Barium

Hööftartikel: Isotopen vun Barium
Iso	VN	t_½	VO	VE (MeV)	VP
¹²⁸Ba	nee	2,43 d	ε	0,521	¹²⁸Cs
¹²⁹Ba	nee	2,33 h	ε	2,433	¹²⁹Cs
¹³⁰Ba	0,106 %	Ba is mit 74 Neutronen bestännig.
¹³¹Ba	nee	11,50 d	ε	1,370	¹³¹Cs
¹³²Ba	0,101 %	Ba is mit 76 Neutronen bestännig.
¹³³Ba	nee	10,51 a	ε	0,517	¹³³Cs
¹³⁴Ba	2,417 %	Ba is mit 78 Neutronen bestännig.
¹³⁵Ba	6,592 %	Ba is mit 79 Neutronen bestännig.
¹³⁶Ba	7,854 %	Ba is mit 80 Neutronen bestännig.
¹³⁷Ba	11,23 %	Ba is mit 81 Neutronen bestännig.
¹³⁸Ba	71,7 %	Ba is mit 82 Neutronen bestännig.
¹³⁹Ba	nee	83,06 min	β^-	2,317	¹³⁹La
¹⁴⁰Ba	nee	12,752 d	β^-	1,047	¹⁴⁰La

Barium (vun’t grek. βαρύς „swor“ vun wegen de grote Dicht vun’t Mineral Baryt) is en cheemsch Element ut dat Periodensystem mit dat Atomteken Ba un de Atomtall 56. Barium is en Eerdalkalimetall, dat in’n elementaren Tostan en sülvrig-witte Klöör un en metallschen Gleem opwiest. Vun wegen sien hoge Reaktivität kummt dat in de Natur nich gediegen vör. Metallsch Barium tünnert licht, sien waterlöslichen Verbinnen sünd giftig.

Historie

Mineralen, de Barium bargt, weern to’n eersten mol 1602 vun den italieenschen Schohmaker un Alchemisten Vincenzo Casciarolo ünnersöcht. Em weern glemige Stenen opfallen, de in’n Düstern lüchten deen, na den se hitt maakt worrn sünd. De Lüüd hebbt vun disse Stenen as „Bolgneser Steen“ Bescheed kregen, vun wegen dat Ulisse Aldrovandi doröver wat schreven hett. Dat weer de Baryt, de bi’t Hittmaken mit orgaansche Stoffen phosphoreszeert^[1].

De sweedsche Chemiker Carl Wilhelm Scheele hett 1774 bi’t Ünnersöken vun Gips to’n eersten mol Bariumoxid (BaO) faststellt, dat toeerst as „ne’e alkalische Eer“ betekent weer. Twee Johr later hett Johan Gottlieb Gahn de glieke Verbinnen bi en glieke Ünersöken funnen. Jüst so ok in’t 18.Johrhunnert is den engelschen Mineralogen William Withering in Bargwarken in Cumberland, woneem Blie afboet weer, in swor Mineral opfallen, dat aver keen Blieierz wesen künn. He hett dat „terra ponderosa“ nöömt, dat vundaag as Witherit (Bariumcarbonat BaCO₃) bekannt is.

As Metall, aver noch nich in Reinform, is Barium 1808 to’n ersten mol vun Sir Humphry Davy in England dör en Elektrolys vun en Mischen ut Bariumoxid un Quecksülveroxid tüügt worrn. Dorna is de Naam Barium na dat Mineral Baryt inföhrt worrn.

De eerste Reindorstellen is 1855 maakt worrn. Robert Bunsen un Augustus Matthiessen harrn dat ut en Mischen vun Bariumchlorid un Ammoniumchlorid dör en Smöltelektrolys maakt. Dat sworere Radium is 1910 vun Marie Curie mit Barium isoleert worrn, vun wegen, dat dat cheemsch so gliek is. En grote Rull hett dat Element 1938 ok bi de karncheemschen Experimenten vun Otto Hahn un Fritz Straßmann speelt, de Uran mit langsome Neutronen beslaten hebbt un verbaast weern, dat se in de Reakschoonsprodukten dat veel lichtere Barium finnen deen. Jemehr Beobachten hebbt se richtigerwies as en Splitten vun’n Urankarn düüt.

Vörkamen

Barium kummt in de Natur nich elementar för, vun wegen dat dat so goot mit anndere Elementen reageert. Barium hett en Andeel vun ruchweg 0,039 % an de Eerdköst un is dormit in de Köst dat 14. fakenste Element^[2].

Baryt is en Bariummineral un de Hööftborn för dat Element

An’n fakensten is dat Element in de Mineralen Baryt (ok Sworspat, kristallin Bariumsulfat) un Witherit (Bariumcarbonat) to finnen. Wunnen warrt dat vör allen ut Baryt. De Produkschoon vun Barium weltwiet is in de verleden Johren vun ruchweg 4,8 Millionen Tünnen (1973) op 6,7 Millionen Tünnen (2003) stegen^[3]. Man geiht dorvun ut, dat dat op de Eer noch ruchweg zwei Milliarden Tünnen Barium gifft^[4].

In Düütschland gifft dat Bariumverbinnen vörallen in’t Suerland, in’n Harz un in Rhienland-Palz. In de helen Welt gifft dat Vökamen, de den Afbo lohnt. De Hööftfödderlänner sünd China, Mexiko, Indien, de Törkie, de USA, Düütschland, Tschechien, Marokko, Irland, Italien un Frankriek.

Winnen un Dorstellen

Jeed Johr warrt twüschen veer un söss Millionen Tünnen Bariumsulfat wunnen. Man, blots en lütten Deel dorvun warrt to Metall wieterverarbeit. Dat Winnen ut Bariumcarbonat geiht eenfacher, man de Verbinnen is in de Natur veel rorer antofinnen. Technisch warrt Barium ut Baryt över Bariumsulfid un Bariumcarbonat in Bariumoxid ümwannelt, dat denn mit Silizium, Aluminium oder annere Stoffen to dat Reinmetall reduzeert warrt. De Reakschoonsglieken vun dissen Afloop sünd:

$\mathrm {BaSO_{4}\,(s)+2\,C\,(s)\rightarrow BaS\,(s)+2\,CO_{2}\,(g)}$
Bariumsulfat reageert mit Kohlenstoff to Bariumsulfid un Kohlenstoffdioxid.

$\mathrm {BaS(s)+H_{2}O\,(l)+CO_{2}\,(g)\rightarrow BaCO_{3}\,(s)+H_{2}S\,(g)}$
Bariumsulfid warrt mit Water un Kohlenstoffdioxid versett un reageert to Bariumcarbonat un Swevelwaterstoff.

$\mathrm {BaCO_{3}\,(s)\rightarrow BaO\,(s)+CO_{2}\,(g)}$
Bariumcarbonat is nich löslich un fallt ut dat Water ut, bi’t Hittmaken verfallt Bariumcarbonat to Bariumoxid un Kohlenstoffdioxid.

$\mathrm {3\,BaO\,(s)+2\,Al\,(s)\rightarrow Al_{2}O_{3}\,(s)+3\,Ba\,(s)}$
Bariumoxid reageert mit Aluminium to Aluminiumoxid un rein Barium. Disse Reaktschoon ist en Form vun’n Thermit-Vörgang.

Hoochreinet Barium warrt dör Elektrolys vun smölt Bariumchlorid maakt un dorna dör en Hoochvakuumsublimatschoon lopen laten^[5].

Egenschoppen

Physikaalsch Egenschoppen

Barium is en paramagneetsch Eerdalkalimetall, dat ünner Normalbedingen as Faststoff vörliggt un in een kubisch-ruumzentreert Gidder kristalliseert. De sülverwitte Klöör vun dat metallsche Barium warrt an d Luft gau mattgrau, vun wegen dat sik en Oxidschicht utbillt.

Barium hett en gröne bit blassgröne Flammenklöör mit charakteristische Spektrallienen bi 524,2 un 513,7 nm. De Dicht vun Barium is 3,62 g/cm³ (bi 20 °C), wat dormit to de Lichtmetallen tellt. De Mohshard is 1,25, wat vergliekswies week is, liekers ave harder as de annern Eerdalkalimetallen un Blie. De Smöltpunkt liggt bi 1.000 K (727 °C) un de Kaakkpunkt bi 1,913 K (1.640 °C). Dat elektrocheemsche Stadardpotential liggt bi −2,912 V.

Cheemsch Egenschoppen

Dat Element hett ruchweg glieke Egenschoppen as Calcium un de annern Eerdalkalimetallen. Sien Reakschoon mit Water un mit Suerstoff is wat duller as bi de annern Eerdalkalimetallen un dat löst sik in meist all Süren licht op. En Utnahm dorvun is de kunzentreerte Swevelsüür, as de Billn vun en Sulfatschicht de Reakschoon anhollen deit (Passiveeren). Vun wegen sien hoge Reaktivität kann een Barium as dat uneddelste Metall betekent warrn un mutt dorüm ünner en Schuulgas oder -fletigkeit opbewahrt warrn.

Anners as de annern Eerdalkalimetallen billt Barium blots en dünne Oxidschit ut un kann dorüm an de Luft vun alleen tünnern.

Isotopen un Radioaktivität

In de Natur gifft dat vun Barium söven bestännige Isotopen, wobi ¹³⁸Ba mit 71,8 % dat fakenste is. Bito sünd vun dat Metall dreeundörtig radioaktive Isotopen mit Halfweertstieten twüschen 10,5 Johren (¹³³Ba) un 150 Nanosekunnen (¹⁵³Ba) bekannt. De gröttste Deel dorvun verfallt aver al binnen wenige Sekunnen. Barium hett Isotopen dörgahn vun 58 bit 97 Neutronen (¹¹⁴Ba bit ¹⁵³Ba).

Bestännige Bariumisotopen kamt bi verschedene Verfallsregen vör, as to’n Bispeel vun’t ¹³⁷I in ¹³⁷Ba. De radioaktiven Bariumisotopen verfallt in Lanthan-, Xenon-, Cäsium- oder Jodisotopen.

De nafolgen Bispelen wiest Verfallsregen, bi de radioaktive Isotopen vun Barium tüügt warrt:

$\mathrm {^{252}_{\ 98}Cf\ \longrightarrow \ _{\ 56}^{142}Ba\ +\ _{\ 42}^{106}Mo\ +\ 4\ _{0}^{1}n}$

Californium verfallt spontan in Barium, Molybdän un veer Neutronen.

$\mathrm {^{1}_{0}n\ +\ _{\ 92}^{235}U\ \longrightarrow \ _{\ 56}^{145}Ba\ +\ _{36}^{88}Kr\ +\ 3\ _{0}^{1}n}$

Uran fangt en langsom Neutron in un verfallt dorbi in Barium, Krypton un dree gaue Neutronen (eerste Nawies vun en Karnsplitten).

Verwennen

In sien elementare Reinform warrt Narium blots wenig bruukt. De Produkschoon dorvun liggt bi blots wenige Tünnen in’t Johr^[6]. De büdenste Anwennen is de as en Gettermaterial in Vakuumröhren to’n Bispeel in Feernsehapparaten. Barium reageert gau mit Restgas, dat dor nich wünscht is, as Suerstoff, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid oder Waterdamp un kann ok Gasen insluten un so ut de Vakuumröhr rutnehmen, de nomalerwies nich goot reageert. Togliek hett dat Metall en teemlich sieten Dampdruck bi de Temperaturen, bi de dat bruukt warrt^[1].

Bito warrt Barium blots in’n lütten Rahmen bruukt. Legeeren vun Nickel mit Barium künnt as Material för Tünnerkersen bruukt warrn. Wieter kann dat ok to Blielegeeren för Lagermetallen togeven warrn, vun wegen dat sik dör den Tosatz de Hard verbetert^[1].

Nawies

Nattcheemsche Methoden

En Nawiesreakschoon is dat Ümsetten mit verdünnte Swevelsüür, wo witt Bariumsulfat utfallt:

\mathrm {SO_{4}^{2\operatorname {-} }+BaCl_{2}\longrightarrow BaSO_{4}\!\downarrow +2\,Cl^{\operatorname {-} }}

In Sellschop mit annere Elementen, de jüst so swor lööslichle Sulfaten billt, kann dit Verfohren aver nich bruukt warrn. Scheden un Nawies gaht denn na dat Chromat-Sulfat-Verfohren, solang dor blots Eerdalkalimetallen bedeeligt sünd. Bi dat Verfohren warrt de Bariumlösen mit Kaliumchromatlösen versett, wobi en gelen Nedderslag vun Bariumchromat tostannen kummt. Wenn noch annere Elementen mit swor lösliche Sulfaten dorbi sünd, mutt en egenten Kationenscheedgang maakt warrn (kiek bi Qualitative Analys).

Instrumentelle Methoden

To’n Nawies vun Barium döögt dat Verfohren vun de Atomspektroskopie. De Nawies vun Barium un Bariumsolten geiht dorbi över dat charakteristische Spektrum. Tyypsch Redschoppen dorför sünd to’n Bispeel dat Flammenatomabsorpschoonsspektrometer oder dat Atomemisschoonsspektrometer mit induktiv koppelt Hoochfrequenzplasma. Dormit künnt ok lütte Sporen vun Barium nawiest warrn. Wenn keen Spektrometer fatentokriegen is, kann mitünner ok en eenfache Proov in en Flamm vun en Bunsenbrennerhollen warrn. Barium farvt de Flamm gröön. Dat funkschoneert aver blots, wenn keen annere Stoffen mit en gröne Flammenklöör bimischt sünd.

Toxikologie

All Bariumverbinnen, de in Water oder in Süren to lösen gaht, sünd giftig. De Gröttste Arbeidssteed-Konzentratschoon (MAK-Weert) liggt bi 0,5 mg/m³. Afhangig vun de Löslichkeit vun de Bariumverbinnen, is en Dosis vun 1 bit 15 g för en utwassen Minschen ddölich. In de Röntgenologie warrt dat nich in Water lösliche Bariumsulfat as Kuntrastmiddel to’n Dorstellen vun’n Magen-Darm-Trakt oder vun den Sluckvörgang in de Videokinematografi bruukt, dat dorüm vullstännig free vun waterlösliche Bariumverbinnen wesen mutt. Wohrschau geven warnn mutt dorbi ok op de Gefohr vun’t Verwesseln bi de latienschen Begrepen „Barium sulfuricum“ un „Barium sulfuratum“, de in’n Spraakbruuk vun de Aftheken begäng sünd. Vergiften mit Barium kamt tomeist an’n Arbeitsplatz oder in de Neeg vun Industrietwiegen vör, de Barium verarbeiten doot. Barium kann dorbi inatent oder över verunreinigt Drinkwater in’n Lief opnahmen warrn.

Barium warrt in de Muskulatur, in de Knaken un in de Lung aflagert, in de dat jüst so as Calcium opnahmen warrt, blots gauer. De Halfweertstiet in’n Knaken warrt op ruchweg föfftig Daag schätzt. As Calcium an de Zellmembran vun de Muskulatur ok dör Barium uttuuscht warrn kann, warrt – in lüttste Doseeren – jemehr Dörlaten höger maakt un de Muskelkontrakschoon verstarkt, wat to en anstiegen Blooddruck un to’n Afsacken vun de Hartfrequenz föhren kann, jüst so aver ok to Muskelrammen. Högere Dosen maakt den Muskel swack bit hin to’n Muskellahmen, de op’n Inschränken vun’t Zentrale Nervensystem torüchföhrt warrt. Hartrhythmusstören (Extrasystool un Kamerflimmern), Tremor, en allgemeen swach Geföhl, Swinnelgeföhl, Bang un Atenstören künnt dorbi vörkamen. Bi akute Vergiften kann dat bito noch to Stören vun’n Magen-Darm-Trakt as Liefwehdaag, Breken oder Dörfall geven. Vele vun de Symptomen warrt ok dör den Kaliumaffall verklort, de dorbi tostannen kummt.

As Eerste Hülp kann en Togaav vun Natriumsulfat- oder Kaliumsulfatlösen maakt warrn, wodör de Bariumionen as sworlöslich un dorüm ungiftig Bariumsulfat bunnen warrt.

Barium in de beleevten Natur

Planten nehmt Barium ut’n Bodden op un riekert dat an. De hööchste Kunzentratschoon in en Bruukplant finnt sik mit en Andeel vun een Prozent bi de Paranutt.

Op Barium anwiest sünd dorgegen de Tieralgen (Desmidiaceae), en Familie vun Gröönalgen (Chlorophyta), de ruchweg een Millimeter groot sünd un in kolle nehrstoffarme Söötwaterflachen, sünners Hoochmoorlannen vörkamt. In jemehr Zellen gifft dat Hollrüüm, de mit Fletigkeit füllt sünd un in de sik bannig lütte Bariumsulfatkristallen befinnt. Dat Barium, wat doröfr bruukt warrt, warrt schienbor ut dat Water ruttogen, ok wenn de Kunzentratschoon dorvun in’t Water blots so lütt as 1 ppb is. Ok dat de Calciumkunzentratschoon üm eenige Gröttornen höger is, ännert nix doran. Annersrüm verdriggt de Plant aver ok Kunzentratschonen bit 35 ppm, de vör annere Organismen döödlich weern. Wat de naue Funkschoon vun disse Bariumkristallen is, is noch nich klor. Vermoodt warrt, dat se en Rull bi’t Wohrnehmen vun de Swor speelt. Man, dat de Plant dat Barium bruken deit, wiest sik dorin, dat se nich wieterwasst, wenn se keen Barium mehr kriegt.

Barium kummt ok in’n Lief vun de Minschen vör, wobi dat en dörsnittlichen Andeel vun 100 ppb an’t Geweev hett. De Andeel an’t Blood un de Knaken liggt mit bit to 70 ppb ’n beten sieter. Mit dat Eten warrt an’n Dag ruchweg een Milligramm Barium opnahmen.

Verbinnen

Bariumverbinnen gifft dat meist blots in de Oxidatschoonsstoop +II. Tomeist sünd dat soltordige Faststoffen ahn Klöör. Tyypsch för Bariumverbinnen is de gröne Flammenklöör.

Suerstoffverbinnen

Dat gifft vun dat Element twee Verbinnen mit Suerstoff, neemlich Bariumoxid un Bariumperoxid. Dat Oxid adsorbeert Water un Kohlenstoffdioxid un warrt för dissen Sinn insett. Bariumperoxid, dat ut Bariumoxid, herstellt warrn kann is en stark Oxidatschoonsmiddel, dat in de Pyrotechnik bruukt warrt. Bariumperoxid is butendem en mööglich Edukt to’n Herstellen vun Waterstoffperoxid. Wenn Bariumoxid in Water löst warrt, billt sik de starke Base Bariumhydroxid, de ünner annern to’n Nawies för Carbonat-Ionen deent.

Verbinnen mit Oxosüren

De technisch wichtigste Bariumverbinnen is Bariumsulfat. In’n Vergliek to annere Bariumverbinnen hett dat den Vördeel, vun wegen de slechte Löslichkeit nich giftig to wesen. Bruukt warrt dat vör allen bi’t Föddern vun Eerdööl bruukt, üm de Dicht vun den Bohrmudd grötter to maken. Butendem deent dat as Füllstoff för Kunststoffen, as Röntgenkontrastmiddel un warrt bito ok as Anstriekfarv insett.

Bariumcarbonat is en wirksom Rottengift, warrt aver ok as Rohstoff bi de Herstellen vun Glas un in de Produkschoon vun hardmagneetsche Ferriten bruukt.

Bariumnitrat un Bariumchlorat warrt in de Pyrotechnik bruukt, vun wegen de brandföddern Egenschoppen un de gröne Flammenklöör.

Borns

↑ ^a ^b ^c Robert Kresse et.al.: Barium and Barium Compounds. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6. Oplaag, 2007, DOI 10.1002/14356007.a03_325.pub2.
↑ Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Oplaag, Wiley-VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.
↑ Statitik vun’n U.S. geological survey to’n Entwickeln vun de Baryt-Föddern
↑ U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, Januar 2008.
↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag 1999, ISBN 3-7776-0736-3
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1239, ISBN 978-3-11-017770-1

Literatur

Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3
Ekkehard Fluck, Klaus G. Heumann: Periodensystem der Elemente, Tafel. Wiley-VCH, Weinheim 2002, ISBN 3-527-30716-8
Erwin Riedel: Anorganische Chemie. de Gruyter, Berlin 2002, ISBN 3-11-017439-1
A. F. Holleman, Egon Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9
W. Morton: (Bericht över en Massenvergiften vun 84 Lüüd dör Bariumcarbonat.) in: Lancet. Elsevier, London 1956/I, 738. ISSN 0023-7507