Оксид бария: способы получения и химические свойства
Оксид бария BaO — бинарное неорганическое вещество. Белый, тугоплавкий, термически устойчивый, летучий при высоких температурах. Энергично реагирует с водой (образуется щелочной раствор). Проявляет основные свойства.
Относительная молекулярная масса Mr = 153,33; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 5,72; tпл ≈ 2020º C.
Способ получения
1. Оксид бария получается при разложении карбоната бария при температуре 1000 — 1450º C. В результате разложения образуется оксид бария и углекислый газ:
2. В результате разложения нитрата бария при температуре 620 — 670º С образуется оксид бария, оксид азота (IV) и кислород:
3. Оксид бария можно получить сжиганием бария в в кислороде при температуре до 500º С, в результате реакции образуется оксид бария:
2Ba + O2 = 2BaO,
4. Пероксид бария разлагается при температуре выше 790º С с образованием оксида бария и кислорода:
5. Карбонат бария вступает в реакцию с углеродом (коксом) и образует оксид бария и угарный газ при выше 1000º С:
BaCO3 + C = BaO + 2CO
Химические свойства
1. Оксид бария реагирует с простыми веществами :
1.1. Оксид бария реагирует с кислородом при температуре до 500º С и образует пероксид бария:
2BaO + O2 = 2BaO2
1.2. При 1100 — 1200º С оксид бария вступает в реакцию с алюминием и образует барий и алюминат бария:
4BaO + 2Al = 3Ba + Ba(AlO2)2
1.3. Оксид бария вступает во взаимодействие с кремнием при 1200º С с образованием силиката бария и бария:
3BaO + Si = BaSiO3 + 2Ba
2. Оксид бария взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Оксид бария взаимодействует с кислотами:
Оксид бария с разбавленной соляной кислотой образует хлорид бария и воду:
BaO + 2HCl = BaCl2 + H2O
2.2. Оксид бария реагирует с кислотными оксидами.
Оксид бария при комнатной температуре реагирует с углекислым газом с образованием карбоната бария:
BaO + CO2 = BaCO3
2.3. Оксид бария взаимодействует с водой при комнатной температуре, образуя гидроксид бария:
Оксид бария
Оксид бария известен в качестве соединения бария и кислорода. В письменном обозначении в составе химических формул оксид бария обозначается, как ВаО. В ряде химических реакций выступает оксидом основного вида. Допустим и элементарный визуальный анализ вещества в соответствии со стандартными условиями, где ВаО представлен в виде бесцветных кристаллов с кубической по форме решеткой.
Оксид бария входит в число элементов, относящихся к подгруппе IV, то есть к неорганическим основаниям, представленным оксидами, гидроксидами и пероксидами металлов. Любое из оснований данного вида представляет собой соединение, где явно выражено наличие гидроксильного радикала (OH). Такие основания реагируют с кислотой, вследствие чего характерно образование солей.
Сырье, в основном используемое при получении бария, применяется в виде барита или, что реже, витерита. Реакция получения оксида бария – это реакция восстановления минералов при помощи каменного угля, кокса либо газа природного происхождения. Собственно именно в результате взаимодействия данных веществ и происходит стабильное получение сульфида и оксида бария.
Основные уравнения реакций оксида бария
• Реакция взаимодействия металлического бария и кислорода, в результате которой происходит образование оксида бария: 2Ва + О2 → 2ВаО. В подобном типе реакции обеспечивается получение не только оксида, но и пероксида бария: Ва + О2 → ВаО2;
• Реакция разложения карбоната бария при условии обязательного нагревания, где получение оксида бария сопровождается выделением углекислого газа: ВаСО3 → ВаО + СО2↑. Существует обратная реакция оксида бария и оксида углерода (IV) при условиях комнатной температуры;
• Реакция разложения нитрата бария при условиях нагревания, где полученными веществами являются оксид бария, оксид азота и кислород: 2Ba(NO3)2 → 2BaO + 4NO2 + O2;
• Реакция гидроксида бария и оксида серы (IV): Ва(НО)2 + 2SО2 → Ва(НSО3)2, где результатом взаимодействия веществ становится образование (Ва(НSО3)2).
Получение металлического бария возможно и с проведением реакции восстановления. Главное, какой оксид использовать в реакции дополнительно. Например, наиболее яркая реакция — это химическая реакция с участием оксида алюминия:
3ВаО + 2Аl → 3Ва + Аl2О3
Кроме этого, гарантированное получение бария обеспечивается посредством электролиза смеси хлорида бария и кальция в расплавленном состоянии.
Степень растворимости Ва
Растворимость оксида бария определяется по реакции данного вещества с водой. В этом случае, исходя из данных уравнения по взаимодействию:
ВаО + Н2О = Ва(ОН)2,
где оксид бария — это оксид основного типа.
Следовательно такому оксиду будет соответствовать основание — Ва(ОН)2. Сверяя полученные данные с таблицей растворимости веществ нетрудно определить, что данный вид оснований относится к растворимым и подтверждает тот факт, что реакция вполне осуществима.
Природные источники вещества
По содержанию в природных источниках различается несколько возможных:
- • Земная кора, где масса вещества составляет 0, 05 %;
- • Морская вода, где средняя величина содержания бария составляет 0,02 мг/литр.
Области применения оксидов основного типа
Любое их химических соединений данной группы широко применяется в различных отраслях современной промышленности. В соответствии с краткой классификацией веществ, можно определить следующее разграничение использования оксидов (калия, магния, бария, алюминия):
- • Оксид калия. Широко применяется в производстве удобрений минерального типа, используемых аграрном хозяйстве;
- • Оксид натрия. Незаменим в химической промышленности для получения гидроксида натрия;
- • Оксид бария. Применим в качестве катализатора в осуществлении химических реакций;
- • Оксид магния. Область применения – пищевая промышленность (в виде добавки Е530).
Определение химических свойств вещества на практике
• Ярко протекает реакция взаимодействия оксида бария и воды, вследствие чего отмечается образование щелочи с параллельным выделением тепла: ВаО + Н2О → Ва(ОН)2.
• Взаимодействует оксид бария и с кислотными оксидами, в результате чего характерно образование солей: ВаО + СО2 → ВаСО3, ВаО + SО3 → Ва SО4↓, где оксид бария вступает в реакцию с триоксидом серы;
• Реакция взаимодействия ВаО с кислотами, где обеспечивается итоговое образование солей и воды: ВаО + Н2Сl → ВаСl2 + Н2О, ВаО + Н2SО4 → Ва SО4↓ + Н2О. В течение подобной реакции между оксидом бария и серной кислотой (в разбавленном виде) результатом становится образование сульфата бария и воды.
Также стоит обратить внимание на реакцию оксида бария с соляной кислотой: ВаО + 2НСl (при обязательном условии разбавленного состояния) → ВаСl2 + Н2О, где результатом реакции обеспечено образование хлорида бария BaCl2 и воды H2O.
Описание физических свойств ВаО
Существует в твердом состоянии. Непосредственно сам барий отличается характерным серебристо – белым оттенком, достаточно пластичен, по причине чего относится к ковким металлам.
- • Величина молярной массы оксида бария, гр/моль: 153, 3394;
- • По плотности вещество характеризуется следующими показателями, при условии температурного режима в 20 °C: 5, 72;
- • Растворимость в воде, то есть показатель Кs, при условии температуры в 20° С = 1, 5 г/100 г;
Особенности гидроксида и пероксида бария
Гидроксид бария обозначается, как Ba(OH). Применяется в виде кристаллообразных пластин белого цвета, либо в состоянии раствора, более известного как баритовая вода. Популярен в стекольном производстве, например для создания и разработки непроницаемого стекла для рентгеновских установок. Также используется в производстве керамических изделий, в процессах по очистке воды и в производстве гидроксида калия.
Пероксид бария, обозначаемый, как BaO, получается путем нагревания оксида бария в воздушном пространстве с характерным отсутствием диоксида углерода.
Применение
Выход ВаО достаточно низок, соответственно, учитывая его невысокую стоимость, он пользуется повышенным спросом в работах по покрытию катодов, входящих в электронно-вакуумные приборы, на элементах телевизионных устройства и осциллографических трубок. Известны и иные сферы активного применения:
- • Производство антикоррозионных материалов;
- • Товары из категории сегнето- и пьезо- электрики;
- • Изготовление оптических приборов, таких, как призмы, линзы и прочие;
- • Пиротехнические изделия с целью окрашивания пламени заряда в зеленый цвет;
- • Отрасль атомно-водородной и ядерной энергетики;
- • В составе фторионных аккумуляторных батарей, как электролитный компонент;
- • При разработке и производстве медицинского оборудования.
Хранение
Условия соответствующего хранения ВаО подразумевают полное отсутствие любых легко возгораемых веществ. Также исключены в близком хранении и нахождении восстанавливающие агенты, металлы в порошкообразном состоянии. Категорически запрещается параллельное нахождение любых продуктов питания и сельскохозяйственных животных кормов.
Особые обозначения на упаковке
Полностью исключена одновременная транспортировка с пищевыми продуктами, косметической продукцией, животными кормами и любыми водными организмами. Весь транспортируемый материал должен быть помечен следующими символами:
- • Хn, обозначающий раздражающее действие отмеченных веществ;
- • R, с числовым значением 20/22, что говорит об опасности при вдохе и в случае проглатывания;
- • S, с числовым значением 17, что предписывает ранение вещества в максимальной отдаленности от горюче – смазочных материалов;
- • S, с числовым значением 28, указывающем на незамедлительное промывание, в случае попадания ВаО на поверхность кожных покровов.
Варианты фасовки подразумевают распределение вещества по упаковкам в 1, 20 – 25, 100, 500 и 1000 килограммовые упаковки, которыми служат банки из стекла, мешки из полипропилена, пакеты из полиэтилена. На фасовке любого веса обязателен к указанию класс степени опасности: 5.1. Существует понятие вторичной опасности, означаемой 6.1.
Влияние ВаО на организм человека
Симптоматика отравлений барием как правило выражена в следующем: повышенное слюнотечение, жжение во рту, дискомфорт в пищеводе. Период отравления сопровождается явно выраженными болями в области желудка, тошнотой, рвотой, острыми коликами. При тяжелом отравлении вероятен смертельный исход, наступающий в течение 24 часов. Смертельная доза составляет порядка 0,8 граммов.
При использовании любых соединений бария стоит помнить о том, что изучение его недостаточно, а к жизненно важным микроэлементам он не относится. Вещество характеризуется как высокотоксичное, так что при любом виде контакта рекомендовано соблюдать все меры предосторожности и СИЗ.
Оксид бария — формула, характеристика и свойства вещества
Описание соединения
Вещество представляет собой соединение бария (латинское название — Barium) с кислородом. Металл выступает элементом таблицы Менделеева с порядковым номером 56. Структурная формула оксида бария — BaO. Соединение представляет собой светлое неорганическое вещество. Его открыл в 1774 году шведский химик-фармацевт Карл Вильгельм Шееле.
Барий был обнаружен в составе земной коры в XVIII веке. Первые упоминания о щёлочноземельном металле связаны с его кислородным соединением — окисью. Барий химически активен. Чтобы получить его в чистом виде, нужно провести несколько реакций с катализатором. Поскольку в природе элемент чаще можно найти в его сульфате (барите) и карбонате (витерите), именно из них сначала получают оксид элемента, из которого затем осаждают необходимый металл.
BaO — основной оксид химического элемента. В стандартных условиях (агрегатном состоянии) он представлен порошком или кристаллами белого или серебристого оттенка, которые не имеют запаха и вкуса. Вещество характеризуется кубическим типом кристаллической решётки. Оксид бария в технической модификации может обладать сероватым оттенком. Такой окрас обусловлен углём, который остался в небольшом количестве при получении соединения. Окись также называют безводным баритом.
Основные физические характеристики оксида бария:
- плотность при 20 °C — 5,72 г/см 3 ;
- температура плавления — 2000 °C;
- температура кипения — 1920 °C;
- молярная и молекулярная масса — 153,34 г/моль.
Оксиду свойственна высокая теплопроводность — 4,8−7,8 Вт/(мК)(80−1100К). Это довольно пластичный металл, который легко поддаётся ковке. При температуре 200 °C показатель растворимости вещества в воде равен 1,5 г/100 г.
Химические свойства
Любые соединения с барием токсичны, за исключением его сульфата. Поэтому при работе с окисью металла следует соблюдать меры безопасности.
Вещество не растворяется в воде: оксид бария реагирует с ней. Взаимодействуя с H 2 O, он даёт в результате щелочной раствор плюс тепло. Уравнение соединения показывает, что оно является солеобразующим, соответственно, при взаимодействии безводного барита с кислотными оксидами и кислотами получаются соли.
При нагревании до 600 °C окись бария с кислородом образуют пероксид. В дальнейшем полученное вещество нагревают до температуры 700 °C, чтобы выделить чистый металл и оксид. Восстановление до необходимого элемента происходит путём прокаливания с магнием, алюминием, кремнием и цинком, которые забирают выделяемый кислород.
Также необходимо знать, какой вид химической связи в оксиде бария. Поскольку в соединении содержатся металл и неметалл, связь между их атомами ионная.
Способы получения
Безводный барит можно получить несколькими методами. Способ выбирают в зависимости от поставленной цели и после определения объёма получаемого соединения.
В лабораторных и промышленных условиях используют любые методы:
- Кальцинирование. Предварительно осаждённый нитрат бария прокаливают, а в результате реакции образуются оксид металла, диоксид азота и чистый кислород.
- Сжигание. При этой реакции металл сжигают в кислороде. Катализатором служит температура 500−6000°C, однако в этом случае возможно образование пероксида бария — BaO 2 . Важно правильно записать его формулу, чтобы не перепутать с другими оксидами металла. При дальнейшем нагревании соединение распадается на окись вещества и свободный кислород.
- Реакция термического разложения. Для получения необходимого оксида используют гидроксид бария. При температуре 780−800°C образуется BaO и вода.
Также может применяться карбонат бария, который в термических условиях разлагается на оксид и углекислый газ. Чтобы получить более чистый конечный продукт, из вещества удаляют лишний диоксид углерода.
Сфера применения
Поскольку выход BaO низок, он часто применяется в работах по покрытию катодов, которые входят в вакуумные приборы, на деталях телевизионных устройств и осциллографических трубок. Большой спрос также обусловлен низкой стоимостью материала.
Вещество активно используют и в других сферах:
- Соединение бария отличается мощной яркостью при покрытии им поверхностей иных материалов. Окись металла часто применяют в пиротехнике и добавляют в состав эмалей и глазурей для декоративной облицовки, чтобы получить зелёный цвет.
- Оксид нередко используют в качестве катализатора для проведения химических реакций. Обычно оно необходимо для осаждения чистого бария, а также получения пероксида и гидроксида.
- Вещество применяется в сочетании с редкоземельными металлами и окисью меди при производстве керамики, используемой при низких температурах.
- Соединение может выступать одним из главных элементов в составе стёкол специфичных направлений: BaO позволяет производить непроницаемый материал для рентгеновских установок.
Оксид бария выступает в роли электролитного компонента в составе фторионных аккумуляторных батарей. Он используется в отрасли атомно-водородной и ядерной техники. Материалом покрывают урановые стержни. Он незаменим при производстве оптических приборов (призм, линз) и антикоррозийных поверхностей. Кроме того, вещество применяют при разработке и создании оборудования в медицинской сфере.
Влияние на человеческий организм
Барий не относится к жизненно важным микроэлементам. Его соединения могут быть опасны для здоровья и жизни человека, поэтому перед использованием окиси бария необходимо узнать о соответствующих мерах безопасности при работе с веществом.
Оксид металла считается высокотоксичным соединением. При отравлениях этим веществом у человека могут проявляться следующие симптомы:
- повышенное слюнотечение;
- чувство жжения в полости рта;
- дискомфорт в животе.
Интоксикация иногда сопровождается тошнотой или рвотой. Кроме того, пострадавшего могут беспокоить выраженные болезненные ощущения в области желудка или острые колики. Тяжёлое отравление может привести к летальному исходу, который обычно наступает в течение суток. Смертельная доза вещества для человека составляет около 0,8 г.
Меры безопасности
Оксид металла нельзя транспортировать рядом с пищевыми продуктами, косметическими средствами, кормами для животных и разными водными организмами. На фасовке со средством обязательно присутствует один из символов:
- Xn — раздражающее воздействие отмеченного соединения;
- R20/22 — опасность при вдохе или проглатывании оксида;
- S17 — хранение средства на максимальном расстоянии от горюче-смазочных материалов;
- S28 — незамедлительное промывание водой кожного покрова при случайном попадании на него вещества.
Средство с барием выпускают в упаковках по 1, 20−25, 100, 500 и 1000 кг. Фасовкой служат стеклянные банки, полипропиленовые мешки или полиэтиленовые пакеты. На любой упаковке обязательно указывают класс степени опасности 5:1. На некоторых фасовках может присутствовать значение вторичной опасности — 6:1.
Опасное вещество требует особых условий хранения. Оксид бария нужно держать подальше от легко возгораемых средств, восстанавливающих агентов, металлов в порошкообразном виде. Рядом с веществом не должны находиться продукты питания и корма для сельскохозяйственных животных.
Окись бария была изучена со многих сторон. Но учёные стараются найти ему и другое применение. Возможно, что в скором будущем появятся новые технологии, которые будут связаны с этим веществом.
http://promplace.ru/himicheskie-soedineniya-staty/oksid-bariya-2301.htm
http://nauka.club/khimiya/oksid-bariya.html