Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Barium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 222 pm — das entspricht 0,222 nm; etwa 2,25 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Barium ist über einen Bereich von 1170 K flüssig, von 1000 K bis 2170 K.
Die Geschichte
Dicht, reaktiv und der Grund, warum eine „Bariumbreimahlzeit“ Ihren Verdauungstrakt auf Röntgenbildern sichtbar macht.
Die Geschichte des Bariums beginnt im frühen 17. Jahrhundert in Italien mit Vincenzo Casciarolo, einem Schuhmacher aus Bologna und Hobbyalchemisten. Auf der Suche nach dem Stein der Weisen entdeckte er in der Nähe von Bologna seltsame schwere Steine, die nach dem Erhitzen unheimlich im Dunkeln leuchteten. Diese „Bologna-Steine“ (Bariumsulfid) faszinierten Gelehrte jahrhundertelang, bevor jemand ihre wahre Natur verstand.
Im Jahr 1774 gelang dem schwedischen Apotheker Carl Wilhelm Scheele bei der Untersuchung von Pyrolusit (Mangandioxid) der entscheidende Durchbruch. Er entdeckte, dass einige Proben eine unbekannte „schwere Erde“ enthielten, die mit Schwefelsäure einen weißen Niederschlag bildete – der erste chemische Nachweis für die Existenz von Barium.
Der schottische Arzt Thomas Charles Hope von der University of Glasgow untersuchte diesen rätselhaften Stoff 1792 systematisch. Er nannte ihn „Baryta“, abgeleitet vom griechischen „barys“ für schwer, und erkannte damit seine ungewöhnlich hohe Dichte im Vergleich zu anderen erdähnlichen Stoffen.
Der brillante englische Chemiker Sir Humphry Davy isolierte metallisches Barium schließlich 1808 mit seiner revolutionären Elektrolysetechnik. Indem er elektrischen Strom durch geschmolzenes Bariumhydroxid leitete, erzeugte er silbrige Tropfen reinen Bariummetalls – die sich jedoch bei Kontakt mit Luft sofort entzündeten.
Frühe Bariumforscher waren ständig Gefahren ausgesetzt. Die extreme Reaktivität des Metalls verursachte zahlreiche Laborbrände und Explosionen. Antoine Lavoisier hätte bei der Untersuchung von Bariumverbindungen beinahe seine Augenbrauen verloren, während andere Chemiker durch unerwartete Reaktionen mit Luftfeuchtigkeit schwere Verbrennungen erlitten.
Im 19. Jahrhundert entwickelte sich Barium von einer Laborkuriosität zu einem industriellen Arbeitspferd. Der Barytabbau expandierte schnell, als die Erdölindustrie seinen Wert in Bohrspülungen entdeckte. Die Erfindung der Röntgenstrahlen im Jahr 1895 schuf neue medizinische Anwendungen, während die Elektronikrevolution des 20. Jahrhunderts Bariumtitanat für moderne Kondensatoren unverzichtbar machte.
Heute ehrt Barium seine Entdecker durch den Scheele Award in analytischer Chemie und die Davy Medal der Royal Society. Von leuchtenden Steinen bis zu Smartphone-Bauteilen spiegelt die Reise des Bariums das wachsende Verständnis der Menschheit von der Materie selbst wider.
Anwendungen
Bariumsulfat hat die medizinische Diagnostik als wichtigstes Kontrastmittel für Röntgenaufnahmen des Verdauungssystems verändert. Seine hohe Ordnungszahl macht es für Röntgenstrahlen undurchlässig und ermöglicht Ärzten, Magen, Darm und Dickdarm mit bemerkenswerter Klarheit sichtbar zu machen. Weltweit werden jährlich über 10 Millionen Bariumuntersuchungen durchgeführt, bei denen Krebs, Geschwüre und Verdauungsstörungen erkannt werden, die sonst unentdeckt blieben.
Bariumsulfat dient als hochwertiges weißes Pigment und Füllstoff in Hochleistungsfarben und sorgt für außergewöhnliche Deckkraft, Helligkeit und chemische Beständigkeit. Autolacke verwenden Bariumverbindungen für Haltbarkeit und Farbstabilität, während Architekturbeschichtungen auf Barium für Wetterbeständigkeit und Schutz vor dem Verblassen setzen.
Die Erdölindustrie verbraucht jährlich über 8 Millionen Tonnen Bariumsulfat (Baryt) als Beschwerungsmittel in Bohrspülungen. Dieses dichte Mineral erhöht die Dichte der Spülung, um dem hohen Druck von Erdöl- und Erdgaslagerstätten entgegenzuwirken und gefährliche Ausbrüche bei Tiefbohrungen bis in Tiefen von über 30.000 Fuß zu verhindern.
Bariumtitanat revolutionierte die Elektronik mit seinen ferroelektrischen Eigenschaften und ermöglichte Kondensatoren, die enorme Ladungsmengen auf kleinstem Raum speichern. CRT-Fernseher und Computermonitore verwendeten Bariumverbindungen in Elektronenkanonen und Leuchtstoffbeschichtungen, während moderne Keramikkondensatoren in Smartphones Bariumtitanat für das Energiemanagement enthalten.
Bariumnitrat und Bariumchlorat erzeugen in Feuerwerk, Leuchtsignalen und militärischen Signalgeräten leuchtend grüne Flammen. Die charakteristische grüne Farbe ist so rein und hell, dass Bariumverbindungen in der professionellen Pyrotechnik unersetzlich sind – von olympischen Zeremonien bis zu Seenotfackeln.
Optisches Glas mit Bariumoxid erreicht außergewöhnliche Klarheit und Brechungseigenschaften für Präzisionslinsen in Kameras, Teleskopen und wissenschaftlichen Instrumenten. Kronglas mit Barium bietet eine überlegene optische Leistung, während keramische Anwendungen Barium für verbesserte dielektrische Eigenschaften nutzen.
Wenn Sie schon einmal einen „Bariumbreischluck“ oder eine Röntgenaufnahme des Verdauungssystems hatten, haben Sie Bariumsulfat eingenommen. Dieses kreideartige Getränk mit Erdbeergeschmack ermöglicht es Ärzten, Ihren Verdauungstrakt auf Röntgenaufnahmen klar zu sehen, und hilft dabei, von Geschwüren bis zu Darmverschlüssen alles sicher und wirksam zu diagnostizieren.
Der Lack Ihres Autos enthält wahrscheinlich Bariumsulfat für Haltbarkeit und Glanz. Bremsbeläge verwenden Bariumverbindungen für gleichmäßige Reibung, während Zündkerzenkeramik Barium für Hitzebeständigkeit enthält. Auch Autoglas kann Barium für optische Klarheit enthalten.
Hochwertige Farben und Grundierungen in Ihrem Zuhause enthalten Bariumsulfat für eine bessere Deckkraft und längere Haltbarkeit. Hochwertige Kosmetik verwendet Bariumsulfat als sicheren, ungiftigen Füllstoff und Aufheller in Make-up-Grundierungen und Puder.
Ihr Smartphone, Tablet und Laptop enthalten Bariumtitanat-Kondensatoren, die Energie effizient verwalten. Diese winzigen Bauteile speichern und geben elektrische Energie präzise ab und ermöglichen so schnelles Laden und einen stabilen Betrieb moderner elektronischer Geräte.
Beton und Baumaterialien enthalten häufig Bariumsulfat zur Strahlenabschirmung in Krankenhäusern und Kernanlagen. Dichter Barium-Beton schützt medizinisches Personal bei Röntgenuntersuchungen und schirmt Kernreaktoranlagen ab.
Hochwertige Kameraobjektive und Ferngläser verwenden bariumhaltiges optisches Glas für eine überlegene Bildqualität. Bariumoxid verringert die chromatische Aberration und sorgt für außergewöhnliche Klarheit in der professionellen Fotografie und bei wissenschaftlichen Instrumenten.
Banknoten und wichtige Dokumente enthalten manchmal Bariumverbindungen in Sicherheitsfarben und -papieren. Dadurch wird Fälschung durch spezielle Nachweisverfahren erschwert, die Authentifizierungsexperten zur Verfügung stehen.
Woher es stammt
425 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 88 % der Elemente
Barium ist mit 425 Teilen pro Million das 14.-häufigste Element in der Erdkruste und damit häufiger als Kohlenstoff oder Schwefel. Trotz dieser Häufigkeit kommt Barium in der Natur wegen seiner extremen Reaktivität mit Sauerstoff und Wasser nie als freies Metall vor.
Das wichtigste Bariummineral ist Baryt (BaSO₄), das weltweit große Lagerstätten bildet. Bedeutende Barytminen befinden sich in China, Indien, Marokko und den Vereinigten Staaten, wobei China jährlich über 3 Millionen Tonnen produziert – etwa 40 % der weltweiten Produktion.
Witherit (BaCO₃) bildet wunderschöne Kristallgruppen, kommt aber deutlich seltener vor als Baryt. Diese nach dem britischen Mineralogen William Withering benannten Formationen liefern hochreines Barium für spezielle chemische Anwendungen, die Carbonat als Ausgangsmaterial benötigen.
Meeresumgebungen reichern Barium durch biologische Prozesse an und erzeugen sedimentäre Barytlagerstätten auf dem Meeresboden. Tiefseebohrungen zeigen bariumreiche Schichten, die Aufschluss über die Bedingungen in früheren Ozeanen und Zyklen biologischer Produktivität geben.
Bedeutende Bariumvorkommen erstrecken sich über die ganze Welt: Battlemountain in Nevada (weltweit größte Barytmine), Andhra Pradesh in Indien (hochgradige Vorkommen), Atlasgebirge in Marokko (große Reserven) und Anatolien in der Türkei (wachsende Produktion).
Barium entsteht in Sternen des asymptotischen Riesenasts durch den s-Prozess, bei dem langsamer Neutroneneinfang schwere Elemente aufbaut. Bariumreiche Sterne dienen als astronomische Laboratorien zur Untersuchung der Nukleosynthese und der chemischen Entwicklung von Galaxien über Milliarden von Jahren.
Handhabung
GIFT: Lösliche Bariumverbindungen sind äußerst giftig. Bariumchlorid, Bariumnitrat und Bariumhydroxid können bei Dosen von nur 1–2 Gramm eine tödliche Vergiftung verursachen. Zu den Symptomen gehören Erbrechen, Durchfall, Muskellähmung, Herzrhythmusstörungen und Atemversagen mit Todesfolge.
Eine Bariumvergiftung betrifft vor allem das Herz-Kreislauf-System und das Nervensystem. Barium blockiert Kaliumkanäle in Zellmembranen und verursacht dadurch gefährliche Herzrhythmusstörungen, Muskelschwäche und Lähmungen. Die Notfallbehandlung erfordert eine sofortige Kaliumzufuhr und eine Überwachung der Herzfunktion.
Bariumsulfat ist aufgrund seiner vollständigen Unlöslichkeit in Wasser und biologischen Flüssigkeiten bemerkenswert sicher. Es wird sicher bei Millionen medizinischer Röntgenuntersuchungen eingesetzt und passiert den Verdauungstrakt unverändert. Verwechseln Sie es jedoch niemals mit löslichen Bariumsalzen, die tödlich sind.
Barium-140 und andere radioaktive Isotope stellen eine doppelte Gefahr durch chemische Giftigkeit und Strahlenbelastung dar. Diese Isotope lagern sich wie Calcium in Knochen ein und verursachen langfristige Strahlenschäden sowie ein erhöhtes Krebsrisiko.
Metallisches Barium entzündet sich an der Luft spontan und reagiert explosionsartig mit Wasser, wobei Wasserstoffgas und ätzendes Bariumhydroxid entstehen. Unter Inertgas oder Mineralöl lagern. Bei Metallbränden sind spezielle Feuerlöscher erforderlich – niemals Wasser verwenden.
Bei einer Bariumvergiftung ist sofortige medizinische Hilfe entscheidend. Bei Bewusstsein Aktivkohle verabreichen, Erbrechen nur auf Anweisung der Giftnotrufzentrale auslösen und sich auf eine Überwachung der Herzfunktion sowie eine Kaliumtherapie vorbereiten. Sofort den Rettungsdienst verständigen – Minuten können über Leben und Tod entscheiden.
Industriearbeiter, die mit Bariumverbindungen umgehen, müssen vollständigen Atemschutz, chemikalienbeständige Handschuhe und Augenschutz verwenden. Strenge Hygienemaßnahmen einhalten, sich nach einer Exposition duschen und in Arbeitsbereichen mit Bariummaterialien niemals essen oder trinken.
Schnelle Antworten
Barium (Symbol Ba) ist Element 56 im Periodensystem, ein Erdalkalimetall in der 6, Gruppe 2. Dicht, reaktiv und der Grund, warum eine „Bariumbreimahlzeit“ Ihren Verdauungstrakt auf Röntgenbildern sichtbar macht. Bei Raumtemperatur ist es fest.
[Xe] 6s²; sie ergibt 6 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 18, 8, 2.Barium schmilzt bei 1000 K (726.9 °C) und siedet bei 2170 K (1896.9 °C).
Die Standardatommasse von Barium beträgt 137.327 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Barium hat eine Dichte von 3.51 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Barium ungefähr 3.5× schwerer.
Barium hat eine Elektronegativität von 0.89 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Ein so niedriger Wert bedeutet, dass es seine Außenelektronen leicht abgibt und dabei positive Ionen bildet.
Barium wurde 1808 von Humphry Davy entdeckt. Es ist nach griechisch barys, „schwer“ benannt.
Barium macht Über 425 mg/kg der Erdkruste aus — genug, um im großen Maßstab abgebaut zu werden.