钡,原子序数56,原子量137.327,是碱土金属中最活泼的元素,元素名来源于希腊文,原意是“重的”。1774年瑞典化学家舍勒在软锰矿中发现钡,1808年英国化学家戴维通过电离分解出金属钡。钡在地壳中的含量为0.05%,主要矿物有重晶石和毒重石。

基本信息

  元素名称:钡
元素性质数据
   元素性质数据
  元素符号:Ba
  元素英文名称:Barium
  
  相对原子质量:137.3   元素类型:金属元素  

元素介绍

  钡是银白色金属,略具光泽,焰色为黄绿色,有延展性。密度3.51克/厘米3。熔点725℃。沸点1640℃。化合价+2。电离能5.212电子伏特。化学性质相当活泼,能与大多数非金属反应,在高温及氧中燃烧会生成过氧化钡。易氧化,能与水作用,生成氢氧化物和氢;溶于酸,生成盐,钡盐除硫酸钡外都有毒。金属活动性顺序位于钾、钠之间。
  钡是银白色金属,相对密度3.51。金属钡很软,可用小刀切割。金属暴露在空气中,表面形成一层氧化物薄膜,由于它很活泼,且容易被氧化,应保存在煤油和液体石蜡中。钡与氧气发生反应,生成氧化钡(BaO),它在600℃继续与氧气作用,可生成过氧化钡(BaO2)。在高于800℃时,过氧化钡又分解为氧化钡 ,并放出氧气。在室温下,钡与水剧烈反应,生成强碱氢氧化钡,放出氢气。钡与卤素在室温下即可发生反应,生成卤化物。在高温下,钡与氢作用,生成氢化钡;与氮作用,生成氮化钡;与碳作用,生成碳化钡。金属钡的还原性很强,可以还原大多数金属的氧化物、卤化物和硫化物,得到相应的金属。
  钡的最外电子层有两个价电子,氧化态为+2,只形成+2价化合物。可溶性的钡盐都有剧毒,急性中毒的症状是眩晕、呕吐、腹泻、心律紊乱、麻痹,严重者会致死。使用钡盐时要注意切忌与伤口接触,不能入口,废弃的可溶性钡盐都要用硫酸钠处理,将其转变为无毒的硫酸钡。在 1000~1200℃,用金属铝还原氧化钡,可制得金属钡,再用真空蒸馏法提纯。金属钡用作消气剂,除去真空管和显像管中的痕量气体,还用作球墨铸铁的球化剂,还是轴承合金的组分。锌钡白用作白漆颜料,碳酸钡用作陶器釉料,硝酸钡用于制造焰火和信号弹,重晶石用于石油钻井,钛酸钡是压电陶瓷,用于制造电容器。  

物理性质

  颜色和状态: 银白色固体
钡的焰色反应
   钡的焰色反应
  常见化合价:+2
  单质化学符号:Ba
  密度:3.51 g/cm
  熔点: 725℃
  沸点: 1640℃
  原子体积(立方厘米/摩尔):39.24
  元素在太阳中的含量(ppm):0.01
  元素在海水中的含量(ppm):太平洋表面 0.0047
  地壳中含量(ppm):500  钡的焰色
  相对原子质量:137.3
  原子序数:56
  质子数:56
  中子数:82
  同位素:Ba-130、Ba-131[11.7d]、Ba-132 、Ba-133[10.5y] 、Ba-133m[1.6d]、Ba-134、Ba-135、 Ba-135m[1.2d]、Ba-136、Ba-137 
Ba-137m[2.6m]、Ba-138、Ba-139[1.4h]、Ba-140[12.8d]
  摩尔质量:137 g?molˉ(g/mol)
  原子半径:2.78 埃
  所属周期:6
  所属族数:IIA
  电子层排布: 2-8-18-18-8-2
  氧化态:Main Ba2+;Other
  晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。
  晶胞参数
  a = 502.8 pm
  b = 502.8 pm
  c = 502.8 pm
  α = 90°
  β = 90°
  γ = 90°
  莫氏硬度:1.25
  声音在其中的传播速率(m/S):1620
  电离能 (kJ /mol):
  M - M+ 502.8
  M+ - M2+ 965.1
  M2+ - M3+ 3600
  M3+ - M4+ 4700
  M4+ - M5+ 6000
  M5+ - M6+ 7700
  M6+ - M7+ 9000
  M7+ - M8+ 10200
  M8+ - M9+ 13500
  M9+ - M10+ 15100 

化学性质

  化学性质很活泼,在室温下钡在空气中缓慢氧化生成氧化膜阻碍进一步氧化。在空气中或氧气中燃烧呈现绿色火焰,生成过氧化钡BaO2。能跟卤素,硫等非金属化合,在120℃时吸收氢气并化合生成氢化钡BaH2。常温下跟水反应生成氢氧化钡放出氢气。跟盐酸 、稀硫酸等反应生成钡盐并放出氢气。钡盐除硫酸钡外都有毒。用于生产钡镍合金、钡等合金,制钡盐,制烟火。1808年英国化学家戴维用汞做阴极、电解由重晶石制得的电解质时发现了金属钡。自然界主要含钡的矿物有重晶石和碳酸钡矿。电解熔融的氯化钡(含有氯化铵)可制得钡。
   
  Ba+2H2O=Ba(OH)2+H2   
  
  2Ba+O2=2BaO  (点燃)
  Ba+Cl2=BaCl2 
  
  Ba+6NH3=Ba(NH3)6
  Ba+2HCl=BaCl2+H2
  
   Ba+H2=BaH2     

制备

       1)电解熔融的BaCl2
  2)在真空中用阿Al或Si在147K下还原BaO或 BaCl2
  3)钡的氮化物热分解
  钡的化合物:1、氧化钡   2、过氧化钡   3、氢氧化钡   4、钡盐:硫酸钡、硝酸钡、氯化钡、碳酸钡等  

发现过程

  碱土金属的硫化物具有磷光现象,即它们受到光的照射后在黑暗中会继续发光一段时间。钡的化合物正是因这一特性而开始被人们注意。1602年意大利波罗拉(Bologna,现称博洛尼亚)城一位制鞋工人卡西奥劳罗将一种含硫酸钡的重晶石与可燃物质一起焙烧后发现它在黑暗中发光,引起了当时学者们的兴趣。后来这种石头被称为波罗拉石,并引起了欧洲化学家分析研究的兴趣。到1774年,舍勒认为这种石头是一种新土(氧化物)和硫酸结合成的。1776年他加热这一新土的硝酸盐,获得纯净的土(氧化物),称为baryta(重土),来自希腊文barys(重的)。
  1808年,戴维电解重晶石,获得金属钡,就命名为barium,元素符号定为Ba,我们称为钡。
  钡离子可与硫酸根离子反应生成不溶于酸的硫酸钡沉淀,所以可用氯化钡和稀硝酸来检验硫酸根离子的存在。  

用途

  用于制钡盐、合金、焰火等;也是精制炼时的优良去氧剂。
  钡、同是碱土金属,也是地壳中含量较多的元素。不过钡和锶在地壳中的含量与钙、镁相比,还是较少的。再加上它们的化合物的实际应用不及钙和镁的化合物广泛。因此它们的化合物比钙和镁的化合物晚些被人们认识,只是戴维把钡和锶和钙、镁同时从化合物中电解分离出来。  

钡中毒

  钡及其化合物用途甚广,常见钡盐有硫酸钡碳酸钡氯化钡硫化钡、硝酸钡、氧化钡等,除硫酸钡外,其他钡盐均有毒性。脱毛药中含有的硫化钡,防治农业害虫剂或杀鼠药中含有的氯化钡、碳酸钡等,皆为可溶性钡盐,其毒性甚强,不慎而被小儿误食,可致钡中毒(barium poisoning) 曾有将氯化钡误作白矾制作油条、面饼等食品,以及将碳酸钡误作熟石膏放入豆浆中 引起很多人中毒。X线造影用的硫酸钡不纯或以其他钡盐误作硫酸钡应用均可导致中毒事故。亦有误将实验室用的氯化钾(掺含钡盐)配制治疗用药作静脉滴注导致中毒死亡的报道。  
  急性钡盐中毒症状
 
  急性钡盐中毒临床比较少见,多为误服。凡在水或稀盐酸中可溶解的钡化合物均具毒性,包括氯化钡、碳酸钡、氢氧化钡、硝酸钡、醋酸钡、硫化钡、氧化钡等。钡盐中毒主要表现为胃肠道刺激症状和低钾症候群,如恶心、呕吐、腹痛、腹泻、四肢软瘫、心肌受累、呼吸肌麻痹等。因该类患者多有呕吐、腹痛、腹泻等胃肠道症状而易误诊,集体发病时易误诊为食物中毒,单发时则易误诊为急性胃肠炎。即使发现了低钾血症,也常认为是呕吐、腹泻造成的体液钾丢失所致,而未能引起足够重视。但需注意的是此类患者的低钾血症比较严重,与其体液钾丢失的量不相平行,所以临床上遇到原因不明的迅速发展的低钾血症,同时有胃肠道症状而用胃肠炎不能解释者,应想到有急性钡盐中毒的可能,可将呕吐物或食物行毒物分析,如发现钡盐含量高可得到确诊。口服氯化钡的中毒量为0.2~0.5 g ,致死量为0.8~4.0 g。钡中毒引起低钾血症的可能机制:钡中毒时,细胞膜上的Na +2K+2ATP酶继续活动,故细胞外液中的钾不断进入细胞,但钾从细胞内流出的孔道被特异地阻断,因而发生低钾血症。急性钡盐中毒的治疗首要是洗胃,洗胃液可以选用2 %~5 % 硫酸镁或硫酸钠,解毒剂可选用硫酸钠或硫代硫酸钠,同时积极纠正低钾血症,有心律失常者应用抗心律失常药物,呼吸困难时给予氧疗,必要时人工呼吸。
  职业性急性钡中毒诊断标准
  职业性急性钡中毒是指生产、运输和使用过程中,短时间接触大量可溶性钡化合物而引起的以肌肉麻痹、心血管损害及低钾血症为主要表现的全身性疾病。根据确切的接触大量钡化合物的职业史,以肌肉麻痹、心血管损害、低钾血症为主的临床表现,及心电图、血清钾的检查结果,结合现场调查,进行综合分析,排除其他原因引起的类似疾病,方可诊断。
  接触反应:出现头晕或头痛,咽干、恶心、轻度腹痛和腹泻等神经及消化系统症状,心电图、血清钾正常,在数小时至两日内可自行恢复者。
  诊断及分级标准
  轻度中毒:除上述症状加重外,并有胸闷、心悸、麻木感、无力,肢体运动力弱,肌力Ⅳ级(见GBZ76),心电图有早期低钾所见或血清钾稍低。
  中度中毒:肌力Ⅱ~Ⅲ级(见GBZ76),肌张力降低。心电图、血清钾呈现低钾表现。
  重度中毒:四肢弛张性瘫痪,肌力0~Ⅰ级(见GBZ76),甚至呼吸肌麻痹。心电图及血清钾显示明显的低钾现象,多伴有严重的心律失常、传导阻滞。
  处理原则:治疗原则, 立即脱离现场,皮肤灼伤者用2%~5%硫酸钠彻底冲洗后再按灼伤常规处理(见GBZ51),钡化合物粉尘经呼吸道相消化道进入者,漱口后,口服适量的硫酸钠。 对接触反应者和意外事故的接毒人员应密切监护48h,同时给予预防性治疗。特效治疗,首先应及时、足量补钾,在心电图及血清钾严密的监护下进行,直至检测指标恢复正常;然后酌情减量,稳定后停药。同时静注或静滴硫酸钠或硫代硫酸钠。
  钡中毒的救治
  1997年1月救治2家5口人因吃了硝酸钡污染的年糕所致急性钡中毒。其主要表现为严重低血钾、心肌中毒、心律失常及呼吸肌麻痹。急诊入院时中毒物不明, 2例较重者先后死亡, 余3例经积极抢救成功。5人中, 3女2男, 最小15 岁, 最大63 岁。进食5 h 后来院急诊, 5 人所食年糕及呕吐物经毒理检测分析, 确诊为钡中毒。毒源为制鞭炮的原料硝酸钡。5 人吃年糕0. 5 h~ 1 h 后均出现恶心、频繁呕吐、腹部疼痛、腹泻(为稀水便)。2 h 后口周麻木、四肢无力、呼吸费力。2 例在死亡前出现口吐白沫、气急、紫绀、血钾进行性下降、心率逐渐减慢直至心跳停止。
  钡为金属离子, 致死量018 g~ 019 g, 钡离子是一种极强的肌肉毒剂, 对平滑肌、骨骼肌及心肌产生过度刺激作用, 最后导致麻痹。钡能改变细胞膜的通透性, 使钾大量进入细胞内, 引起低血钾, 如抢救不及时, 死亡率很高。因此,病因一旦明确, 宜尽早洗胃, 尽早使用硫代硫酸钠解毒药,使其与钡结合成不溶性硫酸钡从肾脏排出, 此乃特效解毒剂。凡遇类似重病人, 首剂量应为1218 g 静注, 因当时诊断未明确, 我们使用剂量偏小。二巯基丙磺酸钠与钡形成络合物, 也起解毒作用。纠正低血钾, 以防止心律失常及加重呼吸肌麻痹。本例在两路1% KCl 补液中, 血钾仍呈进行性下降, 在心电监护及监测血钾浓度条件下, 此时应大胆增加补钾量。但是如此大的补钾量临床应注意, 以防血钾过度升高导致心跳停止。