Уравнение оксида бария с водородом

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 M_r = 153,33; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 5,72; t_пл ≈ 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: получение и применение

Многообразие окружающего мира не перестает удивлять человечество. Исследователи открывают перед нами новые горизонты, основываясь на полученных результатах предыдущего поколения. В этом смысле химия – наука, которая не может быть полностью изученной, современные технологические решения находят наиболее оптимальные и необходимые области применения для уже познанных человечеством элементов. XIX век стал временем открытий, XXI – периодом более эффективного их использования. Например, оксид бария, — вещество, изученное многосторонне, но кто знает, какие новые технологии будут связаны с ним в будущем.

Барий

Щелочноземельный металл, который входит в состав земной коры привлек внимание химиков в XVIII веке. Первое упоминание об этом элементе связано с его кислородным соединением – оксидом бария. Он имеет очень высокую для своего вида плотность, поэтому получил название «тяжелый», которое в дальнейшем стало названием самого элемента. Металл химически активен, поэтому для его получения в чистом виде необходимо провести ряд реакций в присутствии катализатора. Наиболее распространенным в природе минералом, содержащим барий, является его сульфат BaSO₄ (тяжелый шпат барит) и BaCO₃ (витерит). Именно с данными соединениями связан процесс получения такого вещества, как оксид бария. В дальнейшем оно используется для выделения металла в чистом виде и имеет собственные направления применения.

Важнейшие соединения

Как и все типичные металлы, барий вступает в химическую реакцию с кислородом, при этом полученное вещество зависит от условий процесса и катализатора. Например, простая реакция окиси с водой дает возможность образовывать Ba(OH)_{2 —} гидроксид бария. Оксид бария получают из нитрата. Типичны соединения со всеми галогенами: BaF₂, BaCI₂, BaI₂, BaS, BaBr₂. Образование нитратов, сульфидов, сульфатов, происходит за счет взаимодействия минералов с соответствующими кислотными растворами. На сегодняшний день все важнейшие соединения бария находят свое применение. Но исключить новые открытия в сферы использования данного вещества нельзя, с ростом технологичности приборов его значение будет только возрастать как на промышленном, так и на бытовом уровне.

Оксиды

Бинарная связь химического элемента с кислородом наиболее распространенная форма вещества в природе. При этом оксиды образуют металлы и неметаллы. Именно характеристика элемента при взаимодействии с кислородом стала основой формирования периодической системы Менделеева Д. И. Для металлургической отрасли наиболее приемлемым способом выделения вещества является процесс его получения из оксида. Предварительно металлическая природная руда (соли металлов) подвергается различным химическим воздействиям, направленным на получение окиси. Как правило, данный процесс сопровождается нагреванием до необходимой температуры. Исключением не является и оксид бария. Формула полученного вещества имеет вид: BaO. Оксиды можно получить и другими способами. Например, из гидроксидов, солей и самих оксидов более высокой степени окисления.

Оксид бария

Прежде всего необходимо отметить, что все соединения данного металла токсичны (исключение составляет сульфат), поэтому требуется соблюдать элементарные правила безопасности при работе. Это касается многих химических элементов. Другое название – барит безводный — не следует путать с сульфатом, который является природным минералом. В нормальных (стандартных) условиях белые кристаллы или порошок, иногда бесцветные с типичной решеткой кубического вида, являются соединением металла с кислородом и называются оксид бария. Формула вещества — BaO. Техническая модификация оксида может иметь серый цвет, который ему придает уголь, не полностью выведенный из состава.

Физические свойства

Типичное агрегатное состояние оксида твердое, плотность 5,72 (20 0 С), молярная масса – 153,34 г/моль. Соединение имеет достаточно высокую теплопроводность 4,8-7,8 Вт/(мК)(80-1100К), и тугоплавкость температура кипения – 2000 0 С, плавления – 1920 0 С. Оксид бария был открыт в 1774 году Шееле Карлом Вильгельмом.

Получение

Существует несколько способов выделения такого вещества, как оксид бария. Применяются они в соответствии с поставленной целью и количеством получаемого вещества. Для лабораторных и промышленных условий подходят все способы, поэтому как получить оксид бария выбирает производитель. Применяемые методы:

1. Кальцинированием предварительно осажденного нитрата бария, которое происходи с выделением чистого кислорода. 2Ba(NO₃)₂ = 2BaO + 4NO₂ + O₂.
2. Реакция взаимодействия с кислородом металлического бария. 2Ba + O₂ = 2BaO. Катализатором служит температура 500-600 0 С, в этом случае не исключено получение пероксида. 2Ba + O₂ = 2BaO₂. При дальнейшем нагревании до 700 0 С вещество распадается на свободный кислород и оксид бария.
3. Для процесса разложения карбоната бария на оксид и углекислый газ необходимо воздействие высокой температуры. BaCO₃ = BaO + CO₂. Для получения более чистого конечного вещества необходимо удалить излишки углекислорода.

Химические свойства

Большинство бинарных соединений металла с кислородом проявляют основные свойства. Уравнение оксида бария (формула ВаО) показывает, что данное вещество относится именно к таким окислам. При этом данное соединение является солеобразующим. Типичные химические взаимодействия происходят со следующими классами веществ:

1. Взаимодействие с водой происходит достаточно бурно, с выделением тепла и образование щелочного раствора. BaO + H₂O = Ba(OH)₂.
2. С кислородом оксид взаимодействует при наличии катализатора (высокая температура 600-500 0 С), результатом является пероксид, разлагаемый в дальнейшем на составные части для выделения чистого металла или оксида. При этом необходимо увеличить нагрев до 700 0 С. 2Ba + O₂ = 2BaO₂.
3. Как типичный основной оксид бария взаимодействует с кислотами, в результате химической реакции получается вода и соответствующая соль. BaO + H₂SO₄ = H_2O + BaSO₄ или BaO + 2HCI = H₂O + BaCI_2.
4. Кислотные оксиды вступают в реакцию с BaO, результатом взаимодействия являются соли. BaO + CO₂ = BaCO₃ или BaO + SO₃ = BaSO₄.
5. Для высвобождения чистого бария оксид прокаливают с металлами, которые забирают выделяемый кислород. В качестве таковых выступают кремний, алюминий, цинк или магний.

Применение

Барий и его соединения дают очень мощную яркость цвета при покрытии поверхности других веществ. Поэтому оксиды марганца и бария служат единицами измерения коэффициента яркости. Используется для получения зеленого цвета в пиротехнике, при декоративной отделке в составе глазурей и эмалей. Достаточно низкая стоимость обработки и получения, высокий уровень выделения тепла дает возможность использования окисла в качестве катализатора при проведении химических реакций. В частности, данное вещество применяется для выделения чистого металла (Ва), получения гидроксида и пероксида. Производство керамики, используемой при наиболее низких температурах (жидкий азот), происходит с участием оксида бария. В процесс синтеза включаются редкоземельные металлы и окись меди. Достаточно широк спектр применения вещества в приборостроении. Оксид бария используется для покрытия осциллографических и телевизионных трубок, различных видов катодов, электронновакуумных изделий. Служит в качестве активной массы для мощных аккумуляторов медноокисного вида. Оксид бария является одним из основных элементов в составе стекла, которое имеет достаточно специфичное направление применения, используется для покрытия поверхности стержней из урана. Для создания оптических стекол данное вещество так же незаменимо.

Щелочноземельные металлы

К щелочноземельным металлам относятся металлы IIa группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Отличаются легкостью, мягкостью и сильной реакционной способностью.

Общая характеристика

От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционная способность. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 :

• Be — 2s 2
• Mg — 3s 2
• Ca — 4s 2
• Sr — 5s 2
• Ba — 6s 2
• Ra — 7s 2

Природные соединения

В природе щелочноземельные металлы встречаются в виде следующих соединений:

• Be — BeO*Al₂O₃*6SiO₂ — берилл
• Mg — MgCO₃ — магнезит, MgO*Al₂O₃ — шпинель, 2MgO*SiO₂ — оливин
• Ca — CaCO₃ — мел, мрамор, известняк, кальцит, CaSO₄*2H₂O — гипс, CaF₂ — флюорит

Получение

Это активные металлы, которые нельзя получить электролизом раствора. С целью их получения применяют электролиз расплавов, алюминотермию и вытеснением их из солей другими более активными металлами.

MgCl₂ → (t) Mg + Cl₂ (электролиз расплава)

CaO + Al → Al₂O₃ + Ca (алюминотермия — способ получения металлов путем восстановления их оксидов алюминием)

Химические свойства

• Реакции с водой

Все щелочноземельные металлы (кроме бериллия и магния) реагируют с холодной водой с образованием соответствующих гидроксидов. Магний реагирует с водой только при нагревании.

Щелочноземельные металлы — активные металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, и, следовательно, способные вытеснить водород из кислот:

Реакции с неметаллами

Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I). Степень окисления у щелочноземельных металлов постоянная +2.

Mg + O₂ → MgO (оксид магния)

При нагревании реагируют с серой, азотом, водородом и углеродом.

Mg + S → (t) MgS (сульфид магния)

Ca + H₂ → (t) CaH₂ (гидрид кальция)

Ba + C → (t) BaC₂ (карбид бария)

Ba + TiO₂ → BaO + Ti (барий, как более активный металл, вытесняет титан)

Оксиды щелочноземельных металлов

Имеют общую формулу RO, например: MgO, CaO, BaO.

Получение

Оксиды щелочноземельных металлов можно получить путем разложения карбонатов и нитратов:

Рекомендую взять на вооружение общую схему разложения нитратов:

Химические свойства

Проявляют преимущественно основные свойства, все кроме BeO — амфотерного оксида.

Реакции с кислотами и кислотными оксидами

Реакция с водой

В нее вступают все, кроме оксида бериллия.

Амфотерный оксид бериллия

Амфотерные свойства оксида бериллия требуют особого внимания. Этот оксид проявляет двойственные свойства: реагирует с кислотами с образованием солей, и с основаниями с образованием комплексных солей.

BeO + NaOH + H₂O → Na₂[Be(OH)₄] (тетрагидроксобериллат натрия)

Если реакция проходит при высоких температурах (в расплаве) комплексная соль не образуется, так как происходит испарение воды:

BeO + NaOH → Na₂BeO₂ + H₂O (бериллат натрия)

Гидроксиды щелочноземельных металлов

Проявляют основные свойства, за исключением гидроксида бериллия — амфотерного гидроксида.

Получение

Получают гидроксиды в реакции соответствующего оксида металла и воды (все кроме Be(OH)₂)

Химические свойства

Основные свойства большинства гидроксидов располагают к реакциям с кислотами и кислотными оксидами.

Реакции с солями (и не только) идут в том случае, если соль растворимы и по итогам реакции выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода).

Гидроксид бериллия относится к амфотерным: проявляет двойственные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.

Жесткость воды

Жесткостью воды называют совокупность свойств воды, зависящую от присутствия в ней преимущественно солей кальция и магния: гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов.

Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.

Вероятно, вы часто устраняете жесткость воды у себя дома, осмелюсь предположить — каждый день. Временная жесткость воды устраняется обычным кипячением воды в чайнике, и известь на его стенках — CaCO₃ — бесспорное доказательство устранения жесткости:

Также временную жесткость можно устранить, добавив Na₂CO₃ в воду:

С постоянной жесткостью бороться кипячением бесполезно: сульфаты и хлориды не выпадут в осадок при кипячении. Постоянную жесткость воды устраняют добавлением в воду Na₂CO₃:

Жесткость воды можно определить с помощью различных тестов. Чрезмерно высокая жесткость воды приводит к быстрому образованию накипи на стенках котлов, труб, чайника.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Блиц-опрос по теме Щелочноземельные металлы