What is 钡?
钡 (symbol Ba) is element 56 on the periodic table, a 碱土金属 in period 6, group 2. Dense, reactive, and the reason a "barium meal" makes your digestive tract show up on X-rays. At room temperature it is a solid.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示钡在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 222 pm — that is 0.222 nm, so about 2252 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
钡 is liquid over a 1170 K window, from 1000 K to 2170 K.
故事
Dense, reactive, and the reason a "barium meal" makes your digestive tract show up on X-rays.
钡的故事始于17世纪初的意大利,当时Vincenzo Casciarolo是一名博洛尼亚鞋匠和业余炼金术士。他在寻找贤者之石时,在博洛尼亚附近发现了奇异的重石。这些石头加热后会在黑暗中发出诡异的光。几个世纪以来,这些“博洛尼亚石”(硫化钡)一直令学者着迷,直到人们了解了它们的真实性质。
1774年,瑞典药剂师Carl Wilhelm Scheele在分析软锰矿(二氧化锰)时取得了关键突破。他发现一些样品含有未知的“重土”,这种物质与硫酸形成白色沉淀,这是钡存在的第一项化学证据。
1792年,格拉斯哥大学的苏格兰医生Thomas Charles Hope系统研究了这种神秘物质。他以希腊语“barys”(意为沉重)为词源,将其命名为“baryta”,以体现它相较于其他类土物质异常高的密度。
1808年,杰出的英国化学家Sir Humphry Davy终于利用革命性的电解技术分离出金属钡。他将电流通过熔融氢氧化钡,制得银色的纯钡金属液滴——但这些液滴一接触空气就立即燃烧起来!
早期钡研究人员经常面临危险。金属的极强反应性导致了许多实验室火灾和爆炸。Antoine Lavoisier在研究钡化合物时险些烧掉眉毛,而其他化学家也曾因其与空气中水分发生意外反应而遭受严重烧伤。
19世纪,钡从实验室里的新奇物质转变为工业主力。随着石油工业发现重晶石在钻井泥浆中的价值,重晶石开采迅速发展。1895年X射线的发明创造了新的医学应用,而20世纪的电子革命则使钛酸钡成为现代电容器不可或缺的材料。
如今,钡通过分析化学领域的Scheele奖和皇家学会颁发的Davy奖章来纪念其发现者。从发光的石头到智能手机元件,钡的历程体现了人类对物质本身不断发展的认识。
应用
硫酸钡作为消化系统X射线成像的主要造影剂,彻底改变了医学诊断。其较高的原子序数使其能够阻挡X射线,让医生可以非常清晰地观察胃、肠道和结肠。全球每年进行超过1000万次钡剂检查,用于发现原本可能被忽视的癌症、溃疡和消化系统疾病。
硫酸钡可作为高性能涂料中的优质白色颜料和填充剂,提供出色的遮盖力、亮度和耐化学性。汽车漆使用钡化合物来提高耐久性和色彩稳定性,而建筑涂料则依靠钡来增强耐候性并防止褪色。
石油工业每年消耗超过800万吨硫酸钡(重晶石),将其用作钻井泥浆中的加重剂。这种高密度矿物能够增加泥浆密度,以抵消高压油气地层的压力,防止深井钻探作业中发生危险的井喷,钻探深度可达30000多英尺。
钛酸钡凭借其铁电性质推动了电子技术革命,使电容器能够在微小空间内储存大量电荷。阴极射线管电视和电脑显示器曾在电子枪和荧光粉涂层中使用钡化合物,而现代智能手机中的陶瓷电容器则含有钛酸钡,用于电源管理。
硝酸钡和氯酸钡能在烟花、信号弹和军用信号装置中产生绚丽的绿色火焰。这种独特的绿色纯度高、亮度强,因此钡化合物在专业烟火中不可替代,从奥运会开幕式到海上紧急信号弹都有应用。
含有氧化钡的光学玻璃具有出色的清晰度和折射性能,可用于相机、望远镜和科学仪器中的精密镜片。含钡的冕牌玻璃具有更优异的光学性能,而陶瓷应用则利用钡来增强介电性能。
如果你曾经做过“钡餐检查”或消化系统X射线检查,那么你就摄入过硫酸钡!这种粉笔状、草莓味的饮料能让医生在X射线下清楚地观察你的消化道,帮助安全有效地诊断从溃疡到肠梗阻等各种疾病。
你的汽车漆中可能含有硫酸钡,用于提高耐久性和光泽度。刹车片使用钡化合物来保持摩擦稳定,火花塞陶瓷中加入钡以增强耐热性。甚至汽车玻璃中也可能含有钡,以提高光学清晰度。
你家中的高档涂料和底漆含有硫酸钡,以提供更好的遮盖力和更长的使用寿命。高端化妆品使用硫酸钡作为粉底和粉饼中的安全、无毒填充剂和增白剂。
你的智能手机、平板电脑和笔记本电脑中含有用于高效管理电力的钛酸钡电容器。这些微小元件能够精确地储存和释放电能,从而实现快速充电和现代电子设备的稳定运行。
混凝土和建筑材料通常含有硫酸钡,用于医院和核设施中的辐射屏蔽。高密度钡混凝土可在X射线检查期间保护医务人员,并屏蔽核反应堆设施。
高质量的相机镜头和双筒望远镜使用含钡光学玻璃,以获得更出色的成像质量。氧化钡可减少色差,并为专业摄影和科学仪器提供非凡的清晰度。
纸币和重要文件有时会在防伪油墨和纸张中加入钡化合物,通过认证专家使用的特殊检测方法增加伪造难度。
来源
425 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 88% of elements
钡是地壳中丰度排名第14的元素,含量为425ppm,比碳或硫更常见。尽管丰度较高,钡由于与氧气和水的极强反应性,在自然界中从不以游离金属形式存在。
最重要的钡矿物是重晶石(BaSO₄),在世界各地形成大型矿床。主要重晶石矿位于中国、印度、摩洛哥和美国,其中中国年产量超过300万吨,约占全球产量的40%。
热液过程形成了大多数商业重晶石矿床:富含矿物质的高温流体在矿脉和空洞中沉淀出硫酸钡。这些矿床通常与铅、锌和萤石矿物伴生,形成给采矿作业带来挑战的复杂矿体。
毒重石(BaCO₃)能形成美丽的晶簇,但其出现频率远低于重晶石。它以英国矿物学家William Withering的名字命名,这些矿物为需要碳酸盐起始材料的特殊化学应用提供高纯度钡。
海洋环境通过生物过程富集钡,在海底形成沉积型重晶石矿床。深海钻探揭示了富钡地层,这些地层记录了古代海洋环境和生物生产力循环。
全球各地都有重要的钡矿床:内华达州的Battle Mountain(世界最大的重晶石矿)、印度的安得拉邦(高品位矿床)、摩洛哥的阿特拉斯山脉(重要储量)以及土耳其的安纳托利亚地区(产量不断增长)。
钡在渐近巨星支星中通过s过程形成,即通过缓慢俘获中子生成重元素。富钡星为研究核合成和数十亿年银河系化学演化提供了天文实验室。
处理
有毒:可溶性钡化合物毒性极强!氯化钡、硝酸钡和氢氧化钡在低至1-2克的剂量下就可能导致致命中毒。症状包括呕吐、腹泻、肌肉麻痹、心律失常和呼吸衰竭,最终导致死亡。
钡中毒主要影响心血管系统和神经系统。它会阻断细胞膜中的钾通道,导致危险的心律异常、肌无力和瘫痪。紧急治疗需要立即补充钾并进行心脏监护。
硫酸钡由于完全不溶于水和生物流体,因此非常安全。它被安全地用于数百万次医学X射线检查,并以原 unchanged 状态通过消化系统。然而,绝不能将其与可溶性钡盐混淆,后者具有致命性。
钡-140和其他放射性同位素同时带来化学毒性和辐射暴露的双重威胁。这些同位素会像钙一样富集在骨骼中,造成长期辐射损伤并增加癌症风险。
金属钡会在空气中自燃,并与水发生爆炸性反应,生成氢气和腐蚀性氢氧化钡。应在惰性气体或矿物油中储存。金属火灾需要专用灭火器——绝不能用水!
发生钡中毒时:立即就医至关重要。如果患者意识清醒,可给予活性炭;只有在中毒控制中心指导下才可催吐,并做好心脏监护和钾治疗的准备。立即联系急救服务——几分钟就可能决定生死。
处理钡化合物的工业工人必须使用完整的呼吸防护、耐化学品手套和护目装备。应严格执行卫生规程,接触后淋浴,并且绝不能在含有钡材料的工作区域内进食或饮水。
快速回答
钡 (symbol Ba) is element 56 on the periodic table, a 碱土金属 in period 6, group 2. Dense, reactive, and the reason a "barium meal" makes your digestive tract show up on X-rays. At room temperature it is a solid.
[Xe] 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 18, 8, 2 electrons respectively.钡 melts at 1000 K (726.9 °C) and boils at 2170 K (1896.9 °C).
The standard atomic weight of 钡 is 137.327 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
钡 has a density of 3.51 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 钡 is about 3.5× heavier.
钡 has a Pauling electronegativity of 0.89. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
钡 was discovered in 1808 by Humphry Davy. It is named after greek barys, "heavy".
钡 makes up about 425 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.