Baryum

Kovové baryum

Všechny rozpustné soli barya jsou prudce jedovaté. Baryum je poměrně měkký, lehký, reaktivní kov, který se svými vlastnostmi více podobá vlastnostem alkalických kovů. V kapalném amoniaku se rozpouští za vzniku černého roztoku. Baryum patří k lepším vodičům elektrického proudu a tepla. Je nejreaktivnější z kovů alkalických zemin a reaktivitou se podobá alkalickým kovům, jeho reaktivita je natolik vysoká, že může být dlouhodobě uchováváno pouze pod vrstvou alifatických uhlovodíků (jako petrolej, nafta) s nimiž nereaguje. Soli barya barví plamen zeleně.

Baryum je velmi reaktivní a v přírodě vytváří pouze barnaté sloučeniny Ba²⁺. V laboratoři lze připravit sloučeniny (tzv. superbáze), ve kterých může mít stroncium baridový anion Ba²⁻, takovéto sloučeniny jsou velmi nestabilní a patří mezi nejsilnější redukční činidla. Baryum reaguje za pokojové teploty s vodou i kyslíkem. Na vzduchu se okamžitě pokrývá vrstvou nažloutlého oxidu barnatého, práškové baryum je na vzduchu schopno samovolného vznícení. Při zahřátí se snadno slučuje s dusíkem na nitrid barnatý Ba₃N₂ a s vodíkem na hydrid barnatý BaH₂ a i s velkým množstvím prvků tvoří za vyšších teplot sloučeniny.

Baryum je zásadotvorný prvek a rozpouští se v běžných kyselinách za tvorby barnatých solí. Nerozpouští se v roztocích hydroxidů.

Těživec (baryt) BaSO₄ byl poprvé poznán na základě objevu boloňského obuvníka v roce 1602, který zjistil, že při žíhání síranu barnatého s organickými látkami začíná látka fosforeskovat – boloňské fosfory.

Roku 1732 objevil William Withering uhličitan barnatý v nerostu, který byl později po něm nazván witherit. Oxid barnatý byl objeven roku 1774 Carlem Scheelem, který zprvu nepoznal, že jde o sloučeninu nové zeminy, která souvisí s těživcem. Zjistil to teprve Johan Gottlieb Gahn a po něm to pak potvrdil Carl Scheele. Po tomto objevu dali těživci název baryt z řeckého barys – těžký. Tento název přešel i na prvek – baryum.

Baryum poprvé připravil sir Humphry Davy roku 1808 elektrolýzou barnatého amalgamu, který si připravil elektrolýzou slabě zvlhčeného hydroxidu barnatého za použití rtuťové katody.

Psilomelan – Ba(Mn²⁺)(Mn⁴⁺)₈O₁₆(OH)₄

Největší producenti barya v roce 2010

Díky své vysoké reaktivitě je v přírodě možné se setkat prakticky pouze se sloučeninami barya. Ve všech svých sloučeninách se vyskytuje pouze v mocenství Ba²⁺.

Výskyt barya v přírodě i okolním vesmíru je poměrně vzácný, jak to již vyplývá z jeho vysokého atomového čísla. V zemské kůře se vyskytuje v množství 0,025–0,045 %, čímž se řadí na 14. místo v zastoupení prvků podle výskytu. Jeho procentuální obsah odpovídá 390 ppm (parts per milion = počet částic na 1 milion částic) a ve výskytu se řadí před stroncium. V mořské vodě je jeho koncentrace pouze 0,03 mg Ba/l a ve vesmíru připadá na jeden atom barya přibližně 8 miliard atomů vodíku.

Nejznámějším minerálem barya je síran barnatý, baryt neboli těživec BaSO₄ a witherit BaCO₃. Další, méně významné, minerály baria jsou:

• nitrobaryt, chemicky dusičnan barnatý Ba(NO₃)₂
• barylit Ba₄Al₄Si₇O₂₄
• alstonit (Ca, Ba)CO₃
• celsian BaAl₂Si₂O₈
• hagertyt Ba(Fe²⁺₆Ti₅Mg)O₁₉,
• harmotom (Ba_0.5,Ca_0.5,Na,K)₅Al₅Si₁₁O₃₂·12(H₂O)
• kukharenkoit Ba₃CeF(CO₃)₃
• psilomelan Ba(Mn²⁺)(Mn⁴⁺)₈O₁₆(OH)₄
• sanbornit BaSi₂O₅
• todorokit (Mn,Mg,Ca,Ba,K,Na)₂Mn₃O₁₂·3H₂O.

Baryt se vyskytuje na mnoha místech ve světě, známá jsou ložiska v Rumunsku, Anglii, Itálii, Spojených státech amerických a na Ukrajině. V Česku se ložiska barytu vyskytují v okolí Příbrami, Harrachova a Teplic.

Přírodní baryum je směsí sedmi izotopů v zastoupení ¹³⁰Ba (0,106 %), ¹³²Ba (0,101 %), ¹³⁴Ba (2,417 %), ¹³⁵Ba (6,592 %), ¹³⁶Ba (7,854 %), ¹³⁷Ba (11,232 %) a ¹³⁸Ba (71,698 %)[3]. Dalších 35 uměle připravených izotopů barya je silně radioaktivních, protože jejich poločas přeměny se pohybuje ve zlomcích sekund až milisekund, výjimku tvoří pouze izotop ¹³³Ba, který má poločas přeměny 10,55 let.[4] Baryum také vzniká jako jeden z produktů při výbuchu jaderné bomby, například:

²³⁵U + ¹n → ¹⁴⁵Ba + ⁸⁸Kr + 3 ¹n

Baryt

Kovové baryum se průmyslově nejčastěji vyrábí z rudy barytu. V prvním kroku se ruda redukuje uhlíkem na sulfid barnatý a oxid uhličitý. V druhém kroku probíhá reakce sulfidu barnatého s vodou a oxidem uhličitý za vzniku uhličitanu barnatého a sulfanu. Ve třetím kroku se uhličitan barnatý tepelně rozloží na oxid barnatý a oxid uhličitý. Čtvrtý krok je vakuová redukce oxidu barnatého za vzniku barya.

BaSO₄ + 2 C → BaS + 2 CO₂

BaS + H₂O + CO₂ → BaCO₃ + H₂S

BaCO₃ → BaO + CO₂

3 BaO + 2 Al → Al₂O₃ + 3 Ba

Kovové baryum lze také vyrobit, ale ne v takové čistotě, elektrolýzou taveniny chloridu barnatého ve směsi s chloridem draselným. Dalším produktem této reakce je elementární chlor, který je ihned dále zpracováván v chemické výrobě. K elektrolýze se používá grafitová anoda, na které se vylučuje chlor, a železná katoda, na které se vylučuje baryum.

K přípravě elementárního barya se dá využít i samostatná vakuová redukce oxidu barnatého hliníkem nebo křemíkem při 1 200 °C.

3 BaO + 2 Al → Al₂O₃ + 3 Ba

3 BaO + Si → BaSiO₃ + 2 Ba

K malé přípravě barya lze také využít tepelný rozklad azidu barnatého na dusík a baryum.

Baryem obarvená pyrotechnika

Sloučeniny barya, například peroxidu BaO₂ nebo dusičnanu barnatého Ba(NO₃)₂ se využívají při výrobě pyrotechnických produktů pro jejich výraznou barevnou reakci v plameni - barví plamen světle zeleně.

• Peroxid barnatý se používá k bělení hedvábí, rostlinných vláken a slámy, k přípravě hydrogenperoxidu a peruhličitanu barnatého, jako přípravek k odbarvování olovnatých skel a jako dezinfekční prostředek.
• Další uplatnění mají sloučeniny barya ve speciálních aplikacích sklářského průmyslu, příkladem mohou být katodové trubice pro výrobu obrazovek barevných televizních přijímačů. V některých zářivkách slouží elementární baryum jako getr, tedy látka sloužící k likvidaci stopových množství kyslíku a vodních par v inertním plynu, jímž je svítidlo naplněno.
• Síran barnatý BaSO₄ patří mezi nejvýznamnější sloučeniny barya. V analytické chemii se nízké rozpustnosti této sloučeniny využívá pro gravimetrické stanovení obsahu síranů ve vzorku. Pro nízké obsahy síranů, kdy vážení vysráženého síranu barnatého neposkytuje spolehlivé výsledky, je vhodnější metoda nefelometrická, hodnotící intenzitu vzniklého zákalu. V gumárenském průmyslu se používá jako plnivo kaučukových výrobků, které současně barví výsledný produkt bíle
• Suspenze síranu barnatého ve vodě vykazuje značně vysokou hustotu a nalézá uplatnění při těžbě ropy. Po vyčerpání většiny ropy z ložiska se barytová suspenze vtlačuje do vrtu a vytlačuje zbytky lehčí ropy k povrchu a umožňuje tak prakticky kompletní vytěžení vrtu.
• Baryum je jako poměrně velký atom schopno značné absorpce rentgenového záření. Při rentgenovém snímkování trávicího traktu vypije pacient suspenzi síranu barnatého ve vodě a po několika desítkách minut je možné získat velmi kvalitní snímek pacientova žaludku a střev. Nízká rozpustnost této sloučeniny přitom zamezí možnosti otravy pacienta toxickým iontem Ba²⁺. Síran barnatý je také složkou omítek, kterými jsou pokrývány zdi rentgenových ordinací a brání tak nechtěnému ozáření lékařského personálu.
• Velmi čistý síran barnatý je téměř ideálně bílý a nalézá uplatnění při výrobě součástí spektrometrických zařízení pro měření barevnosti různých látek (textilní průmysl, barviva v automobilovém průmyslu, …).
• Uhličitan barnatý se používá k výrobě skel, v keramickém průmyslu, k přípravě oxidu a peroxidu barnatého a je složkou otravných návnad na hlodavce.
• Titaničitan barnatý se od roku 2007 začíná používat do baterií příští generace, které mají sloužit k napájení elektromobilů.