Barium
Barium ist auch der lateinische Name der Stadt Bari in Italien, dieser Artikel beschäftigt sich mit dem chemischen Element Barium. Wenn nicht anders angegeben wurden Normalbedingungen und SI-Einheiten benutzt. ''
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Barium ist ein chemisches Element im Periodensystem mit dem Symbol Ba und der Ordnungszahl 56 . Barium ist ein Erdalkalimetall und ein Periode-6-Element, es wurde erstmals 1774 von Carl Wilhelm Scheele identifiziert. Barium sieht im reinen Zustand silbrigweiß aus und kommt allerdings in der Natur, wegen seiner hohen Reaktivität, nicht im reinem Zustand vor. Barium und viele seiner Verbindungen sind hochgiftig.
Barium hat sieben stabile Isotope, von diesen ist 138Ba mit 71,8% das am häufigsten in der Natur vorkommende Isotop. Desweiteren hat Barium 33 weitere radioaktive Isotope von denen 133Ba mit 10,5 Jahren den längsten und 153Ba mit 150 Nanosekunden den kürzesten Halbwertszeit aufweist, die meisten dieser radioaktiven Isotope weisen einen Halbwertzeit von wenigen Sekunden auf. Barium hat durchgängig Isotope von dem Bariumisotop mit der Massenzahl 114 bis zu dem Bariumisotop mit der Massenzahl 153. Bei dem Zerfall von den radioaktiven Bariumisotopen entstehen Lanthan-,Xenon-,Cäsium- und Iodisotope. Beispiele für Zerfallsreihen bei den stabile Bariumisotope entstehen ist die Zerfallsreihe des 137I bei der 137Ba das Endprodukt ist. Hier sind zehn Isotope dargestellt für weitere siehe unter den Weblinks:
Eigenschaften
Isotope und radioaktive Eigenschaften
Isotop | n. Häufigkeit | Atomgewicht | Spin | Halbwertzeit | Zerfallsmodus | ZE MeV | Zerfallsprodukt | Larmorfrequenz T |
130Ba | 0,106 % | 129,90628 | 0+ | 130Ba ist stabil mit 74 Neutronen | % | % | % | |
131Ba | 0% | 130,9069 | 1/2+ | 11,50d | ε | 1,370 | 131Cs | |
132Ba | 0,101 % | 131,90505 | 0+ | 132 Ba ist stabil mit 76 Neutronen | % | % | % | |
133Ba | 0% | 132,906 | 1/2+ | 10,51 y | ε | 0,517 | 133Cs | |
134Ba | 2,417 % | 133,90449 | 0+ | 134Ba ist stabil mit 78 Neutronen | % | % | % | |
135Ba | 6,592 % | 134,90567 | 3/2+ | 135Ba ist stabil mit 79 Neutronen | % | % | % | 19,9 MHz |
136Ba | 7,854 % | 135,90456 | 0+ | 136Ba ist stabil mit 80 Neutronen | % | % | % | |
137Ba | 11,23 % | 137,90582 | 3/2+ | 137Ba ist stabil mit 81 Neutronen | % | % | % | 22,2 MHz |
138Ba | 71,7 % | 137,90524 | 0+ | 138Ba ist stabil mit 82 Neutronen | % | % | % | |
139Ba | 0% | 138,9088 | 7/2- | 83,06 min | β- | 2,317 | 139La | |
140Ba | 0% | 139,9106 | 0+ | 12,752 d | β- | 1,047 | 140La | |
Einige Auszüge aus weiteren Zerfallsreihen an denen Barium (meist nur mit radioaktiven Isotopen) beteiligt ist:
Chemische und physikalische Eigenschaften
Physikalisch | |
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CAS (Chemie) | 7440-39-3 |
Molares Volumen | 38,16 · 10-3 m3/mol |
Verdampfungswärme | 142 kJ/mol |
Schmelzwärme | 7,75 kJ/mol |
Dampfdruck | 98 Pa bei 371 K |
Schallgeschwindigkeit | 1620 m/s |
Elektronegativität | 0,89 (Pauling-Skala) |
Spezifische Wärmekapazität | 204 J/(kg · K) |
Elektrische Leitfähigkeit | 3 · 106/m Ohm |
Wärmeleitfähigkeit | 18,4 W/(m · K) |
1. Ionisierungsenergie | 502,9 kJ/mol |
2. Ionisierungsenergie | 965,2 kJ/mol |
3. Ionisierungsenergie | 3600 kJ/mol |
überzogen sind.]]Barium ist ein festes, paramagnetisches Erdalkalimetall, das in einem kubisch-raumzentrierten Gitter kristallisiert. Barium verhält sich chemisch ähnlich wie Calcium und die anderen Erdalkalimetallen, es ist eines der unedelsten Metalle; es reagiert heftig mit Wasser und mit Sauerstoff (heftiger als die meisten anderen Erdalkalimetalle), es löst sich leicht in fast allen Säuren außer konzentrierter Schwefelsäure, da hier die Bildung einer Sulfatschicht die Auflösung verhindert, wegen dieser hohen Reaktivtät wird es unter Schutzflüssigkeiten aufbewahrt (siehe Vorsichtsmaßnahmen). Es zählt mit einer Dichte von 3,62 g/cm3(bei 20° C) zu den Leichtmetallen. Es ist ziemlich weich allerdings härter als Blei und die anderen Erdalkalimetalle, es weist eine Mohshärte von 1,25 auf. Barium schilzt mit einem Schmelzpunkt von 1000 K (727° C) und einem Siedepunkt von 1913 (1640° C) K erst bei relativ hohen Temperaturen. Es sieht silberweiß aus, an der Luft wird es schnell mattgrau, weil es eine Oxidschicht bildet, diese sieht dann wie auf dem linken Bild aus. Barium weist eine grün bis fahlgrüne Flammenfärbung auf, wobei charakteristische Spektrallinien von 524,2 und 513,7 nm ausgestrahlt werden.
Eigenschaften des isolierten Bariumatoms
nach dem Bohrschen Atomodell(Das Bohrsche Atommodel ist veraltet, siehe dazu den entsprechenden Artikel, und dient hier nur zu Anschauungszwecken.]]
Barium hat ein Atomgewicht von 137,327 amu, welches sich aus den Atomgewichten der sieben stabilen Isotope zusammensetzt. Der Atomradius beträgt 215 pm (berechnet: 253 pm), der kovalente Radius 198 pm. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe]6s6s2.Für die Elektronen pro Energienivau siehe die das linke Atommodell. Barium kommt in Verbindungen zweifach positiv (basisch) geladen vor.
Barium (griechisch "barys" bedeutet "schwer"), an sich ist zwar ein Leichtmetall, aber die erste Verbindung, die noch vor der Entdeckung des Bariums bekannt war, das Bariumsulfat, hat eine hohe Dichte, hierher ruht der Name, der auf die hohe Dichte hinweist. Bariumoxid (wegen Unwissenheit über die Zusammensetzung dieser Verbindung wurde sie zuerst neue alkalische Erde genannt) wurde 1774 vom schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele erstmals identifiziert, als er Bariumsulfat untersuchte, zwei Jahre später fand auch Johan Gottlieb Gahn die gleiche Verbindung bei ähnlichen Untersuchungen . Unreines Barium wurde zuerst 24 Jahre später (1808) von Sir Humphry Davy in England durch Elektrolyse eines Gemisches aus Bariumoxid und Quecksilberoxid hergestellt, die Namesgebung nach "barys" (schwer) erfolgte. Die erste Reindarstellung des Bariums erfolgt 1855 durch Robert Bunsen und A.Mathiessen über die Schmelzelektrolyse eines Gemisches aus Bariumchlorid und Ammoniumchlorid. 1910 wird über die Nutzung von Barium von Marie Curie Radium gewonnen, welches chemisch dem Barium ähnlich ist.
Barium kommt wegen seiner hohen Reaktivität in der Natur nur in Verbindungen vor, die Erdkrustenhäufigkeit liegt bei etwa 0,03% und Barium kommt somit am 14.häufigsten in der Erdkruste vor.
Barium wird vor allem im Mineral Baryt (oder Schwerspat, kristallisiertes Bariumsulfat) und Bariumcarbonat gefunden und meist aus Baryt gewonnen. Die deutschen Vorkommen von Bariumverbindungen liegen im Sauerland, Harz und in Rheinland-Pfalz, das größte Vorkommen der Welt findet sich in Meggen (Westfalen), abbauwürdige Vorkommen von Bariumverbindungen finden sich weltweit, die Hauptförderländer von Barium sind China, Mexiko, Indien, Türkei, USA, Deutschland, Marokko, Irland und Frankreich.
Jährlich werden etwa 4 bis 6 Millionen Tonnen Barium zu meist über die Verbindung Bariumsulfat gewonnen, die Gewinnung aus Bariumcarbonat ist zwar um zwei Schritte kürzer, allerdings kommt Bariumcarbonat in der Natur seltener als Bariumsulfat vor. Technisch wird Barium aus Baryt über sein Sulfid und Carbonat in Bariumoxid umgewandelt, das dann mit Silizium oder Aluminium oder ähnlichen Stoffen zum Metall reduziert wird. Reaktionsgleichung zu dieser technischen Herstellung:
Elementares Barium findet nur wenige Anwendungen wie zum Beispiel in Spezialbereichen wie der Metallurgie. Es wird gelegentlich als Zusatz für Metalllegierungen benutzt und ist Bestandteil vieler Hochtemperatursupraleiter. Barium wird in Vakuumröhren verwendet, es ist Bestandteil von Aluminium- und Magnesiumlegierungen in Elektronenröhren (sog. Gettermetall). Barium wird für Nickel-Barium Zündkerzen verwendet. Seine Verbindungen, wie Bariumsulfat, Bariumcarbonat und Bariumchlorid und weitere (siehe Verbindungen) finden hingegen trotz ihrer meist giftigen Wirkung vielfach Anwendungen. Beispiele für die Anwendungen von Bariumverbindungen:
Alle wasser- oder säurelöslichen Bariumverbindungen sind hochgiftig. Reines Barium wirkt schon in Mengen ab 300 mg tödlich, geringere Mengen führen zu Muskelkrämpfen und Herzstörungen. Erste Hilfe kann durch Zugabe von Natriumsulfatlösung erfolgen. Das Natriumsulfat reagiert mit dem Barium zu ungiftigen Bariumsulfat, das enstehende Natrium mit der Magensäure zu Kochsalz.
Wegen der leichten Oxidierbarkeit und um rein zu bleiben, sollte Barium unter Luftabschluss in geeigneten sauerstofffreien Flüssigkeiten wie z. B. Benzin aufbewahrt werden.
Manche Verbindungen sind für ihre hohe Dichte bekannt, wie sein Sulfat, dessen Name "Schwerspat" darauf zurückzuführen ist, obwohl Barium selbst ein Leichtmetall ist. Bariumverbindungen verbrennen mit grüner Flamme. In Verbindungen kommt Barium immer zweifach positiv vor. Wichtige Bariumverbindungen(siehe für deren Anwendungen bei den Anwendungen nach) :
Geschichte
Vorkommen
Gewinnung
Hochreines Barium wird durch Elektrolyse von geschmolzenem Bariumchlorid hergestellt.Anwendungen
Nachweis
Nasschemische Methoden:
Instrumentelle Methoden:
Vorsichtsmaßnahmen
Verbindungen
Weblinks
Literatur
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