Баритовая вода применение

Популярная библиотека химических элементов

Барий

56
2 8 18 18 8 2
БАРИЙ
137,34
6s2

В 1774 г. шведский химик Карл Вильгельм Шееле и его друг Юхан Готлиб Ган исследовали один из самых тяжелых минералов – тяжелый шпат BaSO4. Им удалось выделить неизвестную раньше «тяжелую землю», которую потом назвали баритом (от греческого βαρυς – тяжелый). А через 34 года Хэмфри Дэви, подвергнув электролизу мокрую баритовую землю, получил из нее новый элемент – барий. Следует отметить, что в том же 1808 г., несколько раньше Дэви, Йене Якоб Берцелиус с сотрудниками получил амальгамы кальция, стронция и бария. Так появился элемент барий. Естествен вопрос: почему барий не открыли раньше, ведь главный его минерал BaSO4 известен с XVII в.? «Вскрыть» этот минерал, выделить из него «землю», окисел, оказалось не под силу предшественникам Шееле и Гана. Еще алхимики прокаливали BaSO4 с деревом или древесным углем и получали фосфоресцирующие «болонские самоцветы». Но химически эти самоцветы не BaO, а сернистый барий BaS.

Интересно, что в чистом виде сульфид бария не светится: необходимы микропримеси веществ-активаторов – солей висмута, свинца, молибдена и других металлов.

Барий вокруг нас

В земной коре содержится 0,05% бария. Это довольно много – значительно больше, чем, скажем, свинца, олова, меди или ртути. В чистом виде в земле его нет: барий активен, он входит в подгруппу щелочноземельных металлов и, естественно, в минералах связан достаточно прочно.

Основные минералы бария – уже упоминавшийся тяжелый шпат BaSO4 (чаще его называют баритом) и витерит BaCOз, названный так по имени англичанина Уильяма Витеринга (1741…1799), который открыл этот минерал в 1782 г. В небольшой концентрации соли бария содержатся во многих минеральных водах и морской воде. Малое содержание в этом случае плюс, а не минус, ибо все соли бария, кроме сульфата, ядовиты.

Знаменитый польский писатель-фантаст и философ Станислав Лем в своей книге «Сумма технологии» высказал мысль, что природа – вовсе не такой уж гениальный конструктор, каким ее хотят представить многие ученые. Возможно, что это и так, но природе нельзя отказать в одном – в большой придирчивости. Так, создавая живое вещество, она из 107 известных нам элементов использовала около 20 (включая микроэлементы). И барию здесь повезло. Он попал в число «избранных», правда, в основном как спутник кальция. Барий встречается в стеблях морских водорослей, в известковом покрове морских животных, в золе деревьев и растений.

Чистый барий и баритовая вода

Барий можно получить разными способами, в частности при электролизе расплавленной смеси хлористого бария и хлористого кальция. Можно получать барий и восстанавливая его из окиси алюмотермическим способом. Для этого витерит обжигают с углем и получают окись бария:

BaCO3 + C → BaO + 2CO.

Затем смесь BaO с алюминиевым порошком нагревают в вакууме до 1250°C. Пары восстановленного бария конденсируются в холодных частях трубы, в которой идет реакция:

3BaO + 2Al → Al2O3 + 3Ba.

Интересно, что в состав запальных смесей для алюмотермии часто входит перекись бария BaO2.

Получить окись бария простым прокаливанием витерита трудно: витерит разлагается лишь при температуре выше 1800°C. Легче получать BaO, прокаливая нитрат бария Ba(NO3)2:

2Ba (NO3)2 → 2BaO + 4NO2 + O2.

И при электролизе и при восстановлении алюминием получается мягкий (тверже свинца, но мягче цинка) блестящий белый металл. Он плавится при 710°C, кипит при 1638°C, его плотность 3,76 г/см3. Все это полностью соответствует положению бария в подгруппе щелочноземельных металлов.

Известны семь природных изотопов бария.

Самый распространенный из них барий-138; его больше 70%.

Барий весьма активен. Он самовоспламеняется от удара, легко разлагает воду, образуя растворимый гидрат окиси бария:

Ba + 2H2O → Ba (OH)2 + H2.

Водный раствор гидрата окиси бария называют баритовой водой. Эту «воду» применяют в аналитической химии для определения CO2 в газовых смесях. Но это уже из рассказа о применении соединений бария. Металлический же барий практического применения почти не находит. В крайне незначительных количествах его вводят в подшипниковые и типографские сплавы. Сплав бария с никелем используют в радиолампах, чистый барий – только в вакуумной технике как геттер (газопоглотитель).

Польза бариевых солей

Важнее оказались соединения бария. Так, карбонат бария BaCO3 добавляют в стекольную массу, чтобы повысить коэффициент преломления стекла. Сернокислый барий применяют в бумажной промышленности как наполнитель; качество бумаги во многом определяется ее весом, барит BaSO4 утяжеляет бумагу. Эта соль обязательно входит во все дорогие сорта бумаги. Кроме того, сульфат бария широко используется в производстве белой краски литопона – продукта реакции растворов сернистого бария с сернокислым цинком:

BaS + ZnSO4 → BaSO4 + ZnS.

Обе соли, имеющие белый цвет, выпадают в осадок, в растворе остается чистая вода. Белая краска на основе мелкокристаллических сульфата бария и сульфида цинка неядовита и обладает хорошей кроющей способностью.

При бурении глубинных нефтяных и газовых скважин используется в качестве буровой жидкости взвесь сернокислого бария в воде.

Еще одна бариевая соль находит важное применение. Это титанат бария BaTiO3 – один из самых главных сегнетоэлектриков*, считающихся очень ценными электротехническими материалами. Свое название сегнетоэлектрики (правильнее было бы «сеньетоэлектрики») получили от имени французского аптекаря Сеньета, открывшего около 1655 г. двойную калиево-натриевую соль винной кислоты. Сеньет и не думал, что его соль обладает какими-то особыми физическими свойствами, в течение многих лет ее применяли только как слабительное. И лишь в 1918 г. американский физик Андерсон обратил внимание на то, что при температуре от –15 до +22°C эта соль имеет необычно большую диэлектрическую проницаемость. Тогда и родилось понятие о новом классе веществ, называемых теперь сегнетоэлектриками.

* Любой диэлектрик, помещенный в электрическое поле, поляризуется: положительные заряды скапливаются па одном конце, а отрицательные – на другом. Сегнетоэлектрики же поляризуются сами по себе, без воздействия внешнею поля. Среди диэлектриков они выделяются так же, как ферромагнитные материалы среди проводников. Способность к такой поляризация сохраняется только при определенной температуре. Поляризованные сегнетоэлектрики отличаются большей диэлектрической проницаемостью.

В 1944 г. этот класс пополнился титанатом бария, сегнетоэлектрические свойства которого были открыты советским физиком Б.М. Вулом. Особенность титаната бария состоит в том, что он сохраняет сегнетоэлектрические свойства в очень большом интервале температуры – от близкой к абсолютному нулю до +125°C. Это обстоятельство, а также большая механическая прочность и влагостойкость титаната бария способствовали тому, что он стал одним из самых важных сегнетоэлектриков. Получить его сравнительно просто. Витерит BaCO3 при 700…800°C реагирует с двуокисью титана ТЮ2, получается как раз то, что нужно:

BaCO3 + TiO2 → BaTiO3 + CO2.

Титанат бария, как и все сегнетоэлектрики, обладает также пьезоэлектрическими свойствами: изменяет спои электрические характеристики под действием давления. При действии переменного электрического поля в его кристаллах возникают колебания, в связи с чем их используют в радиосхемах и автоматических системах. Титанат бария применяли при попытках обнаружить волны гравитации.

На вопрос, найдет ли этот скромный элемент №56 какое-либо новое применение в народном хозяйстве, сейчас, пожалуй, ответить нельзя. Не следует, конечно, ждать от него слишком многого. Он не очень специфичен, довольно рассеян и уже потому недешев. Кроме того, технология получения многих соединений бария трудоемка и требует больших затрат энергии. Но, думается, что еще не все полезные свойства бария и его соединений известны людям. Не случайно же главная на сегодня бариевая соль – его титанат – служит людям менее полувека…

Зеленый огонь

Окуните стеклянную палочку в раствор соли бария, а затем внесите ее в огонь горелки – пламя сразу же окрасится в зеленый цвет. Это одна из характерных качественных реакций элемента №56. Зеленая окраска пламени – «визитная карточка» бария, даже если он присутствует в микроскопических количествах. Когда во время салютов вы видите зеленые ракеты или как, разбрасывая искры, медленно горит зеленый бенгальский огонь, вспомните, что в их составе обязательно есть соли бария.

Баритовая вода

К примеру, в состав зеленого бенгальского огня входят Ba (NO3)2 и BaCl2.

Как добывали кислород

Прокаливаемая окись бария при 500…600°C начинает поглощать кислород воздуха, образуя перекись бария BaO2. Однако при дальнейшем нагреве (выше 700°C) от перекиси бария отщепляется кислород, и она вновь переходит в окись. В XIX в. этими реакциями пользовались для получения кислорода: окись бария превращали в перекись, а затем, нагревая последнюю, получали кислород. Этот метод применяли до 90-х годов прошлого века, пока не был найден способ извлечения кислорода из жидкого воздуха.

Барий в рентгеноскопии

Старинная арабская пословица говорит: «Все несчастья в жизни – от желудка». Действительно, желудочные заболевания причиняют много беспокойства медикам, а еще больше – некоторым их пациентам. Здесь врачам помогает барий. Его сернокислую соль применяют при диагностике желудочных заболеваний. BaSO4 смешивают с водой и дают проглотить пациенту. Сульфат бария непрозрачен для рентгеновских лучей, и поэтому те участки пищеварительного тракта, по которым идет «бариевая каша», остаются на экране темными. Так врач получает представление о форме желудка и кишок, определяет место, где может возникнуть язва.

Барий и радиация

В последние годы элемент №56 нашел применение в атомной технике. Во-первых, барий, хорошо поглощающий рентгеновское излучение и гамма-лучи, вводят в состав защитных материалов. Во-вторых, платиноцианатом бария Ba покрывают светящиеся экраны приборов. Под действием рентгеновских или гамма-лучей кристаллы этой соли начинают ярко светиться желто-зеленым цветом. В-третьих, соединения бария используют в качестве носителя при извлечении радия из урановых руд.

• Лантан

• Оглавление

Баритовый бетон

Обычный бетон может использоваться в самых разных ситуациях, поскольку обладает широким спектром характеристик. Это позволяет выполнять самые многочисленные задачи с высоким уровнем эффективности. Но далеко не всегда могут быть использованы стандартные типы состава, поскольку они не позволяют достигнуть требуемых характеристик. Иногда, необходимо обеспечить параметры, не предусмотренные стандартными компонентами. В таком случае, используются специальные заполнители, вяжущие или другие ингредиенты. Они способствуют достижению желаемой цели, что позволяет обеспечить требуемые характеристики и добиться необходимого результата. Стоит отметить, что данные составы обладают довольно высокой стоимостью. Причина заключается в особых технологиях смешивания, а также целом ряде других моментов. Если рассматривать ситуацию в целом, тяжёлые типы бетона пользуются популярностью только в ряде сфер. Как показывает практика, они не применяются в обычном строительстве.  Одним из направлений использования бетона является создание объектов с высокой степенью радиационной защиты. Подобные требования предъявляются к объектам атомной энергетики, а также убежищам повышенного уровня безопасности и некоторым другим сооружениям. Таким образом, следует применять специальный заполнитель, способный эффективно задерживать все типы излучения. Барит является одним из таких материалов. Он представляет собой довольно плотный минерал белого цвета или с его незначительным оттенком. По своей химической формуле это сульфид железа с незначительными примесями оксида. Реакция окисления в таком материале, как баритовый бетон, остановилась. Таким образом, изделию не грозит её дальнейшее протекание, что может обернуться различными неблагоприятными моментами, куда относится, в первую очередь, снижение характеристик.

Едкий барий (гидроксид бария)

Плотность составляет примерно 4,5 грамма на один кубический сантиметр. Поскольку баритовый бетон имеет до 80 процентов данного вещества в своём составе, то итоговый вес позволяет отнести состав к классу очень тяжёлых. Плотность такого материала составляет 2,8-3,5 тонны на один кубический метр. Баритовый бетон, за счёт своей массивности, используется не на всех типах грунта. При недостаточной несущей способности почвы, происходит быстрая осадка.

Следует рассмотреть другой фактор, который требуется принимать во внимание при выполнении задач, направленных на проектирование. Баритовый бетон имеет относительно большой показатель усадки. Это связывается с особенностями структуры изделия после того, как все компоненты смешаны. Баритовый бетон заливается в опалубку или любую другую подготовленную под него форму. Следующим этапом является обеспечение вибрирования, что исключает поры в составе после его становления монолитной массой. Именно это и обеспечивает относительно высокий показатель усадки такого материала, как баритовый бетон. Ещё одним вариантом применения баритового бетона, является использование в качестве материала с повышенной химической стойкостью. Состав можно встретить при сооружении промышленных объектов. Следует отметить довольно высокую стоимость и узкую специализацию применения. Таким образом, баритовый бетон редко встречается и не распространён в наши дни. Несмотря на это, смесь плотно заняла свою нишу при строительстве объектов специального назначения. Баритовый бетон способен выдержать воздействие кислот, щелочей и некоторых других химически активных веществ. Вкупе с высокой прочностью, это имеет весьма важную роль и обеспечивает необходимые характеристики. В любом случае, баритовый бетон можно редко встретить в современном строительстве, но есть направления, где без него довольно сложно представить осуществление каких бы то ни было работ.

При создании конструкций из баритового бетона, необходимо точно просчитывать характеристики данного типа материала. Основными являются несколько параметров, которые следует детально рассмотреть. Прежде всего, требуется добиться от состава высокого уровня поглощения радиационного излучения. Это главная характеристика, для которой и обеспечения которой и использовался баритовый бетон. Частицы железа в составе заполнителя способствуют тому, что альфа и бета лучи полностью задерживаются. Гамма излучение, также поглощается, но присутствует ряд коэффициентов. Они позволяют рассчитать, слой какой толщины требуется для сведения определённого радиационного фона до безопасного для человека уровня. Удержание радиации очень эффективно при строительстве бункеров и незаменимо в данной сфере. Баритовый бетон способен гарантировать, что, при правильном просчёте, людям и оборудованию внутри убежища не будет нанесено вреда от данного фактора. Баритовый бетон имеет весьма важный показатель прочности, поскольку часто используется в нагруженных конструкциях. Поскольку он относится к классу сверхтяжелых составов, то обеспечивается весьма высокий показатель надёжности. Конкретные значения для различных марок баритового бетона прописаны в специальных ГОСТах и СНиПах. Баритовый бетон обладает прочностью гораздо большей, чем другие типы составов. Чтобы ещё более усилить характеристики монолитной массы, используется процесс армирования. Каркас создаётся заранее и помещается на дно опалубки. Когда заливается баритовый бетон, следует следить за расположением арматуры. Она не должна приближаться к поверхности на пять и менее сантиметров. Это повышает прочность и увеличивает показатель долговечности.

В любом случае, баритовый бетон включает в свой состав цемент. Следует использовать высокие марки данного материала, поскольку они обладают необходимыми качествами. Важно, чтобы цемент не отсырел, иначе баритовый бетон не станет таким прочным, как это от него требуется.

Справочник химика 21

Баритовая вода

Cтраница 2

Барит 619 Баритовая вода 619 Белки 498, 499 Бензины 468 Бензойная кислота 488 Бензол 474 — 478 Берилл 609 Бериллий 607 ел.  

При добавлении баритовой воды к спиртовому раствору хлорофилла выпадает осадок, окрашенный в зеленый цвет. Жидкость над осадком имеет желтую окраску вследствие присутствия в вытяжке каротина и ксантофилла.  

При титровании баритовой воды следует принять все необходимые меры против попадания двуокиси углерода извне.  

Для приготовления баритовой воды берут 70 г восьмиводной гидроокиси бария на 1 л воды, перемешивают, дают отстояться и сливают прозрачный раствор. Хранят баритовую воду в склянке с резиновой пробкой.  

Через несколько секунд баритовая вода в пробирке Б помутнеет вследствие выделения белого осадка ВаСО3, после чего пробирку Б следует удалить.  

В присутствии углерода баритовая вода мутнеет.  

Качественная реакция: баритовая вода мутнеет в присутствии следов углекислоты.  

В склянке 3 баритовая вода остается прозрачной.  

Смесь 6 мл баритовой воды с 6 каплями 5 / 0-го раствора сулемы взбалтывают в течение минуты с 20 мл эфира, затем фильтруют водный слой; при прибавлении к нему раствора сернистого аммония не должно быть потемнения в течение 10 минут.  

Помутнение известковой или баритовой воды, находящейся в капилляре, указывает на присутствие СОз — ионов.  

Помутнение известковой или баритовой воды, находящейся в капилляре, указывает на присутствие СО3 — — ионов.  

К раствору добавляют баритовой воды или раствор хлорида бария. Раствор мутнеет в результате образования бариевой соли полиакриловой кислоты, которая выделяется в виде хлопьев.  

Например, электропроводность баритовой воды изменяется в процессе поглощения ею двуокиси углерода. На этом свойстве основан метод определения СОа. Если через баритовую воду пропускать газ, содержащий С02, и одновременно измерять ее электропроводность, то можно найти количество С02, поглощенное баритовой водой, и рассчитать процентное содержание двуокиси углерода в исследуемом газе.  

К раствору добавляют баритовую воду или раствор хлорида бария. Образуется бариевая соль полиакриловой кислоты, которая выделяется в виде хлопьев.  

Выток кислоты удаляют баритовой водой, затем сгущают слабощелочной фильтрат до консистенции жидкого сиропа. К этому раствору прибавляют поочередно баритовую воду и спирт, пока образуется осадок. Через 24 часа осадок отсасывают на нутче, промывают спиртом, содержащим барит, растирают в ступке с водой и разлагают сильным током углекислоты. Таким образом удается удалить все обладающие восстановительной способностью сахаристые вещества и, после однократного осаждения спиртом, получить стахиозу в виде сиропа, из которого она в течение одной недели выпадает в виде кристаллического ила, если водный раствор был смешан со спиртом до образования мути и была внесена затравка.  

Страницы:      1    2    3    4

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *