عنصر باریم (Barium) با نماد شیمیایی Ba، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۵۶ می باشد. این عنصر در حقیقت پنجاه و ششمین عنصر از جدول تناوبی بوده که در گروه IIA و دوره ششم جدول تناوبی قرار گرفته است. در واقع عنصر باریم یک فلز نرم و به رنگ نقره ای و از عناصر گروه فلزات قلیایی خاکی است. این فلز با عناصر بریلیوم (Be)، منیزیم (Mg)، کلسیم (Ca)، استرانسیم (Sr)، و رادیوم (Ra)، در گروه دو اصلی جدول تناوبی قرار گرفته است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر باریوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر باریم
عنصر باریم برای اولین بار در سال ۱۷۷۴ میلادی، توسط شیمیدان سوئدی به نام کارل اسچیل (Carl Scheel) شناسایی شد. اما به صورت علمی در سال ۱۸۰۸ میلادی، توسط شیمیدان انگلیسی به نام سر همفری دیوی (Sir Humphry Davy) استخراج شده است. برای نخستین بار، گوتون دموروو (Louis-Bernard Guyton-Morveau) اکسید آن را باروت (barote) نامگذاری کرده بود. بعد از آن، آنتونی لاووازیه (Antoine Lavoisier) کلمه باروت را به واژه باریتا تغییر داد. سرانجام و پس از مدت کوتاهی این عنصر باریم نامگذاری شد. واژه باریم از کلمه یونانی باری (barys) به معنای سنگین گرفته شده است.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۵۶ جدول تناوبی
عنصر باریم چهاردهمین عنصر فراوان بر روی کره زمین است. این عنصر به دلیل واکنش پذیری شیمیایی بالایی که دارد، هرگز در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی شود. به عبارت دیگر، عنصر باریم فقط در ترکیب با عناصر دیگر وجود دارد. منبع عمده این عنصر، دو کانی طبیعی باریت یا سولفات باریم (BaSO۴) و وایتریت یا کربنات باریم (BaCO۳) می باشد. هر دوی این ترکیبات در آب نامحلول اند. به بیان دیگر، باریوم بیشتر به صورت ترکیبات سولفاتی و کربناتی پیدا می شود که می توان باریوم مورد نظر را با استفاده از الکترولیز جدا کرد.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر باریم
باریم یک فلز شیمیایی بسیار فعال است. زمانیکه در معرض هوای مرطوب قرار گیرد، می تواند به صورت خود به خودی آتش بگیرد. خصوصیات قابل توجه باریم از ساختار اتمی ([۵۴Xe] 6s۲) آن ناشی می شود. همانند دیگر فلزات قلیایی خاکی، دو الکترون در دورترین لایه الکترونی باریم وجود دارد. فاصله این دو الکترون تا هسته، نسبت به فاصله الکترون های نظیر در سایر فلزات قلیایی خاکی از جمله اتم های بریلیم، منیزیم، کلسیم و یا استرانسیم بیش تر است. بنابراین این الکترون های لایه ظرفیت به آسانی جذب سایر اتم ها می شود. در نتیجه با توجه به ساختار الکترونی باریوم انتظار داریم که این عنصر دو الکترون از دست داده تا به حالت اکتت یا پایدار خود برسد. پس باریم یک فلز دو ظرفیتی است.
دقت داشته باشید که خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر باریم شباهت زیادی به کلسیم دارد. اما این عنصر نسبت به کلسیم واکنش پذیری بیشتری نشان می دهد. این عنصر اگر در معرض هوا قرار گیرد، به آسانی اکسید می شود. از این رو، بدست آوردن خالص ترین فرم آن مشکل است. حال اگر باریوم در حضور اکسیژن هوا بسوزد، باریم اکسید و پروکسید ایجاد می شود. تعدادی از ترکیبات این عنصر، به دلیل چگالی بالا قابل توجه می باشند. به عنوان مثال، سولفات باریم که به آن اسپار سنگین (Heavy Spar) نیز می گویند. این عنصر همچنین با آب و یا الکل جهت تولید هیدروژن واکنش می دهد. علاوه بر آن، با آمونیاک و هالوژن ها بسیار واکنش پذیر است. با بسیاری از اسید ها نیز واکنش می دهد.
از دیگر ویژگی های عنصر باریوم می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر به صورت جامد است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب ۷۲۲ و ۱۸۹۷ درجه سانتی گراد است.
- عنصر باریم پارا مغناطیس است.
- ساختار بلوری آن به شکل مکعبی مرکز پر (bcc) است.
- این عنصر آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی باریم برابر با ۱۳۷.۳۲۷ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۳.۵۱ g/cm۳ می باشد.
- شعاع اتمی آن نیز برابر با ۲۵۳ pm می باشد.
- یون های باریم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد،۰ ، +۱ و +۲ را دارند. از این جهت به عنوان اکسید بازی بسیار قوی محسوب می شود. اعداد اکسایش ۰، و +۲ متداول تر می باشند.
- انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۵۰۲.۹ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر باریم
همانطور که در مقالات پیشین نشریه بیان شده است، ایزوتوپ های یک عنصر، تنها در تعداد نوترون ها با هم تفاوت دارند. باریمی که در طبیعت وجود دارد از ترکیب هفت ایزوتوپ ۱۳۰Ba (0.106 %)، ۱۳۲Ba (0.101 %)، ۱۳۴Ba (2.417 %)، ۱۳۵Ba (6.592 %)، ۱۳۶Ba (7.854 %)، ۱۳۷Ba (11.232 %) و ۱۳۸Ba (71.698 %) تشکیل شده است. از بین این هفت ایزوتوپ، تنها ۱۳۰Ba ناپایدار است و مابقی آنها پایدار می باشند. علاوه بر آن، ۳۳ ایزوتوپ پرتوزای باریوم نیز شناخته شده است. پایدار ترین ایزوتوپ رادیواکتیو آن، ایزوتوپ پرتوزای ۱۳۳Ba است که نیمه عمر آن برابر با ۱۰/۵۱ سال می باشد. لازم به ذکر است که بقیه رادیوایزوتوپ ها، دارای نیمه عمر هایی از چند هزارم ثانیه تا چند دقیقه می باشند.
کاربرد های عنصر باریم
عنصر باریم بیشتر در تولید شمع اتومبیل، وسایل آتش بازی، لامپ های فلورسنت و به عنوان گیرنده در لامپ های الکترونی مورد استفاده قرار می گیرد. باریم در حقیقت یک بخش مهم از ابررسانا های اکسید مس باریم در دمای بالا است. این فلز به عنوان جذب کننده در لوله های خلا نیز استفاده می شود. نمک های باریم می توانند در فرآیند های پزشکی همچون عکس برداری از دستگاه گوارشی بکار گرفته شوند. ترکیبات باریوم به طور وسیع در صنعت نفت استفاده می شوند. به عنوان نمونه، باریت به عنوان یک مایع حفاری به منظور حفاری چاه های درون پوسته زمین کاربرد دارد. باریت همچنین یک جزء مهم در صنایع تولید لاستیک، تولید کاغذ، تولید رنگ، تولید سرامیک و چینی، تولید شیشه، داروسازی و پزشکی، تولید لنت ترمز و شمع خودرو محسوب می شود.
باریم فلورید جهت ساخت نور در برنامه های مادون قرمز بکار می رود. سولفات باریم نیز به دلیل رنگ سفید ثابتی که دارد در رنگ های موارد تشخیصی با اشعه X و همچنین شیشه سازی استفاده می شود. توجه داشته باشید که رنگ سبزی که در طی نمایش آتش بازی مشاهده می شود، به دلیل وجود نیترات باریم در آنها است. کلرات باریم نیز رنگ های وسایل آتش بازی را ایجاد می کند. کربنات باریم به عنوان مرگ موش مناسب، تولید سیمان، آجر و شیشه کاربرد دارد. از جمله کاربرد های وسیع سولفات باریم، می توان به استفاده از آن به عنوان یک عامل سنگین کننده در چاه زنی در حفر چاه نفت و همچنین تولید لاستیک اشاره کرد. لازم به ذکر است که سولفید باریم ناخالص زمانیکه در معرض نور قرار بگیرد، ویژگی فسفر (درخشندگی در تاریکی) را نشان می دهد.
ترکیبات عنصر باریم
سولفات باریم رایج ترین ترکیب عنصر باریم است. فلز باریوم در حقیقت یک عامل کاهنده فعال محسوب می شود. بنابراین می تواند به راحتی با هالوژن ها، اکسیژن و گوگرد واکنش دهد و هالید ها، اکسید و سولفید تولید نماید. دیگر ترکیبات مهم باریم عبارتند از :
- کربنات باریوم (BaCO۳)
- اکسید باریوم (BaO)
- کلرید باریوم (BaCl۲)
- فلورید باریم (BaF۲)
- یدید باریم (BaI۲)
- هیدروکسید باریوم (Ba(OH)۲)
- سولفید باریوم (BaS)
- نیترات باریوم (Ba(NO۳)۲)
- تیتانات باریوم (BaTiO۳)
- کرومات باریوم (BaCrO۴)
- سولفات باریوم (BaSO۴)
- باریوم سودا (NaHCO۳)
خطرات باریوم بر روی سلامتی انسان
خوشبختانه مقدار باریوم طبیعی موجود در محیط زیست بسیار کم است. از طرفی دیگر، میزان باریم موجود در آب و غذا نیز آنقدر زیاد نیست که بتواند سلامتی انسان را به خطر بیندازد. اما دقت داشته باشید که مقدار مشخصی از باریم در بسیاری از محل های دفن زباله وجود دارد. اگر باریم به شکل گرد و غبار یا گاز استنشاق شود، می تواند سبب تجمع در ریه ها گردد و در نتیجه یک نوع پنوموکونیوز خوش خیم ایجاد نماید.
عوارض باریم به میزان انحلال پذیری ترکیبات آن بستگی دارد. در واقع، آن دسته از ترکیبات باریوم که در آب انحلال پذیرند، برای سلامتی انسان مضر می باشند. مقادیر کم باریم محلول در آب، می تواند باعث مشکلات تنفسی، تغییرات ضربان قلب، افزایش فشار خون، اضطراب، ضعف ماهیچه ها، سوزش معده، تغییر واکنش های عصبی، تورم مغز، آسیب کبد، کلیه و قلب گردد. در حالیکه جذب مقادیر زیادی از باریم محلول در آب می تواند باعث فلج و در بعضی موارد حتی مرگ شود. به بیان دیگر، تمامی ترکیبات باریوم که در آب یا اسید محلول باشند، سمی هستند. لازم به ذکر است که سرطان زایی آن در انسان ثابت نشده است. همچنین درباره اینکه باریم می تواند باعث ناباروی و یا نقص مادرزادی شود، نیز مدرکی وجود ندارد.
طریقه نگه داری فلز باریوم
از آنجاییکه فلز باریم خالص با آب به شدت واکنش می دهد، پس می تواند به سرعت آتش بگیرد و به راحتی خطرات آتش سوزی را به همراه داشته باشد. از طرفی دیگر، همانطور که بیان شد این فلز در دمای اطاق خیلی سریع اکسید می شود. بنابراین برای جلوگیری از اکسیداسیون آن، باید حتما در سیالی با پایه نفت نگهداری شود.
