Element Bari: Element químic amb nombre atòmic 56

Està situat al 6è període i al grup 2 dels alcalinoterris. L'element s'empra en metal·lúrgia i els seus composts en radiologia, en la producció de petroli i en pirotècnia.

Bari
56Ba
cesi ← bari → lantani Sr ↑ Ba ↓ Ra Taula periòdica
Aspecte
Gris platejat Bari sota atmosfera de gas inert d'argó Línies espectrals del bari
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Bari, Ba, 56
Categoria d'elements	Metalls alcalinoterris
Grup, període, bloc	2, 6, s
Pes atòmic estàndard	137,33
Configuració electrònica	[Xe] 6s2 2, 8, 18, 18, 8, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	3,51 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	3,338 g·cm−3
Punt de fusió	1.000 K, 727 °C
Punt d'ebullició	2.170 K, 1.897 °C
Entalpia de fusió	7,12 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	140,3 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	28,07 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 911 1.038 1.185 1.388 1.686 2.170
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	+2 (òxid bàsic fort)
Electronegativitat	0,89 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 502,9 kJ·mol−1
	2a: 965,2 kJ·mol−1
	3a: 3.600 kJ·mol−1
Radi atòmic	222 pm
Radi covalent	215±11 pm
Radi de Van der Waals	268 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Cúbica centrada en la cara
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) 332 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	18,4 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 20,6 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 1.620 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	13 GPa
Mòdul de cisallament	4,9 GPa
Mòdul de compressibilitat	9,6 GPa
Duresa de Mohs	1,25
Nombre CAS	7440-39-3
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del bari
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 130Ba 0,106% 130Ba és estable amb 74 neutrons 132Ba 0,101% 132Ba és estable amb 76 neutrons 133Ba sin 10,51 y ε 0,517 133Cs 134Ba 2,417% 134Ba és estable amb 78 neutrons 135Ba 6,592% 135Ba és estable amb 79 neutrons 136Ba 7,854% 136Ba és estable amb 80 neutrons 137Ba 11,23% 137Ba és estable amb 81 neutrons 138Ba 71,7% 138Ba és estable amb 82 neutrons

El sulfat de bari ${\displaystyle {\ce {BaSO4}}}$  es presenta de manera natural en el mineral barita i fou investigat per primera vegada a principis del segle xvii per Vincenzo Casciarolo (1571-1624), un sabater que es dedicava a l'alquímia. Casciarolo trobà uns còdols brillants a prop de casa seva a Bolonya, Itàlia. Escalfà aquestes pedres fins a envermellir i observà una propietat força curiosa: brillaven a la foscor. De fet, sempre que estigués exposada al sol durant el dia, la «pedra de Bolonya», com es conegué, brillava durant força temps la nit següent. Un altre italià, Ulisse Aldrovandi (1522–1605), publicà un relat del fenomen i així ho posà en coneixement d'un públic més ampli.

 

Ja en el segle xviii, el 1774 el químic suec Carl Wilhelm Scheele (1742–1786) descobrí una nova base, la barita o òxid de bari ${\displaystyle {\ce {BaO}}}$ , com a component menor del mineral pirolusita, i a partir d'aquesta base preparà alguns cristalls de sulfat de bari, que envià al seu col·laborador el químic suec Johan Gottlieb Gahn (1745–1815), que havia descobert el manganès. Un mes després, Gahn trobà que el mineral baritina també estava compost per sulfat de bari.

Mentrestant, el mineralogista William Withering (1741–1799) havia trobat un altre mineral curiosament pesat en una mina de plom a Cumberland, Anglaterra, que clarament no era un mineral de plom. L'anomenà en llatí terra ponderosa i, més tard, es demostrà que era carbonat de bari ${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$ , i ara el mineral s'anomena witherita.

Només després que la bateria elèctrica estigués disponible a principis del segle xix, el químic anglès Humphry Davy (1778-1829) finalment aconseguí el 1808 aïllar l'element per electròlisi d'hidròxid de bari ${\displaystyle {\ce {Ba(OH)2}}}$  fus, a la Royal Institution, a Londres. El seu nom deriva del mineral baritina o barita, i aquest del grec βαρύς barýs «pesant».

 

El bari és un element químic abundant, ordenats els elements per abundància ocupa la posició 14, amb una concentració mitjana a l'escorça terrestre de 500 ppm. També se'l troba dissolt en les aigües, l'oceà Atlàntic en té una concentració de 10 ppb i el Pacífic de 20 ppb.

A la naturalesa hom troba el bari en molts de minerals. Els que en contenen més d'un 50 % són: frankdicksonita 78,33 %, zhangpeishanita 71,21 %, witherita 65,29 %, alforsita 68,19 %, baritina 58,84 %, radiobaritina 58,83 %, barioperovskita 58,18 %, hashemita 55,30 %, muirita 54,36 %, fresnoïta 54,20 %, babeffita 52,91 %, nitrobarita 52,55 %, kampfita 50,96 % i sanbornita 50,21 %.

No s'ha descobert cap funció biològica del bari, tot i que per a algunes espècies sembla que és essencial. Ja a la dècada de 1770 es detectà a la cendra de plantes i hortalisses, i el 1865 es trobà que estava present en algues i algunes espècies marines. Per la seva abundància no és d'estranyar trobar-lo en els aliments fins al punt que probablement hom en consumeix al voltant d'1 mg/dia. Com que aquest element és tan semblant al calci, hom n'absorbeix una part, malgrat que no serveix per res útil.

 

Les plantes alimentàries que contenen més bari són pastanagues (13 ppm pes sec), cebes (12 ppm), enciam (9 ppm), mongetes (8 ppm) i grans de cereals (6 ppm). Mentre que les que en contenen menys són fruites com la poma (1 ppm) i la taronja (3 ppm). Alguns estudis indiquen que els fruits de la nou del Brasil poden tenir-ne fins a 10 000 ppm (1 %).

El mineral més abundant és la baritina ${\displaystyle {\ce {BaSO4}}}$ , d'on se l'extreu, i també de la witherita ${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$ . La producció anual, el 2019, fou de 9 500 milions de tones (Mt) de baritina, essent els principals productors: la Xina 2900 Mt, l'Índia 2200 Mt, el Marroc 1100 Mt, Kazakhstan 620 Mt, Iran 490 Mt, Laos 420 Mt i Mèxic 400 Mt. S'ha calculat que les reserves de bari superen els 400 milions de tones.

La producció comercial del bari depèn de l'electròlisi del clorur de bari ${\displaystyle {\ce {BaCl2}}}$  fus, però el mètode més eficaç és la reducció de l'òxid de bari ${\displaystyle {\ce {BaO}}}$  escalfant-lo amb alumini o silici en un buit elevat. També es pot utilitzar una barreja d'òxid de bari i peròxid de bari ${\displaystyle {\ce {BaO2}}}$ .

Propietats físiques

El bari és un metall del grup dels alcalinoterris, que té una densitat de 3,51 g/cm³, un punt de fusió de 727 °C i un punt d'ebullició de 1870 °C. La seva estructura cristal·lina és cúbica centrada en el cos. És blan (duresa 1,25 en l'escala de Mohs), lleugerament més dur que el plom. Té una brillantor blanca argentada quan se'l talla.

Propietats químiques

La superfície de bari metall està coberta amb una fina capa d'òxid que ajuda a protegir el metall de l'atac de l'aire, però en menor mesura que la capa corresponent del magnesi. Un cop encès, el metall de bari es crema a l'aire per donar una barreja d'òxid de bari, ${\displaystyle {\ce {BaO}}}$  i nitrur de bari, ${\displaystyle {\ce {Ba3N2}}}$ . L'òxid de bari es produeix més normalment escalfant el carbonat de bari ${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$ . Aparentment, el superòxid de bari ${\displaystyle {\ce {BaO2}}}$  també es forma en aquesta reacció. El bari, tres llocs per sota del magnesi a la taula periòdica, és més reactiu amb l'aire que el magnesi.

 

$${\displaystyle {\ce {2Ba(s) + O2(g) -> 2BaO(s)}}}$$

 

$${\displaystyle {\ce {Ba(s) + O2(g) -> BaO2(s)}}}$$

 

$${\displaystyle {\ce {3Ba(s) + N2(g) -> Ba3N2(s)}}}$$

 

 

El bari reacciona fàcilment amb l'aigua per formar hidròxid de bari ${\displaystyle {\ce {Ba(OH)2}}}$  i gas hidrogen ${\displaystyle {\ce {H2}}}$ . La reacció és més ràpida que la d'estronci (immediatament per sobre del bari a la taula periòdica), però probablement més lenta que la del radi (immediatament per sota del bari a la taula periòdica).

$${\displaystyle {\ce {Ba(s) + 2H2O(g) -> Ba(OH)2(aq) + H2(g)}}}$$

 

El clor, el brom i el iodem reaccionen per formar clorur de bari ${\displaystyle {\ce {BaCl2}}}$ , bromur de bari ${\displaystyle {\ce {BaBr2}}}$  i iodur de bari ${\displaystyle {\ce {BaI2}}}$ , respectivament. Les reaccions amb brom i amb iode probablement requereixen calor.

$${\displaystyle {\ce {Ba(s) + Cl2(g) -> BaCl2(s)}}}$$

 

$${\displaystyle {\ce {Ba(s) + Br2(g) -> BaBr2(s)}}}$$

 

$${\displaystyle {\ce {Ba(s) + I2(g) -> BaI2(s)}}}$$

 

El bari natural és una barreja de sis isòtops estables: bari 138 (71,7 %), bari 137 (11,2 %), bari 136 (7,8 %), bari 135 (6,6 %), bari 134 (2,4 %) i bari 132 (0,10 %). El bari 130 (0,11 %) també es produeix de manera natural, però experimenta una desintegració radioactiva mitjançant una doble captura d'electrons amb un període de semidesintegració extremadament llarg, de més de 4×10²¹ anys, i també se'l pot considerar a la pràctica estable. Per altra banda, es coneixen més de 30 radioisòtops de bari, amb un nombre màssic que varia entre 114 i 153. El radioisòtop bari 133 té el període de semidesintegració més alt, 10,5 anys, i s'empra com a font de referència de la radiació gamma.

 

Medicina

En l'ènema de bari, un procediment mèdic que s'usa per a examinar la part inferior del aparell digestiu, al pacient se li administra un preparat amb sulfat de bari ${\displaystyle {\ce {BaSO4}}}$  que recobreix la capa interior de l'intestí i s'utilitza com a agent de contrast radiològic. Durant la radiografia, el revestiment de sulfat de bari absorbeix bona part dels raigs X i posa de manifest les zones lesionades.

Indústria química

 

El sulfat de bari es fa servir com a additiu en l'elaboració de cautxú (guants, joguines, pneumàtics i gomes d'esborrar) per a augmentar-ne l'elasticitat. S'empra també en la producció de llots de perforació per a lubricar l'eina de perforació i millorar la sostenibilitat de les parets dels pous d'extracció de petroli, gas i aigua. Mesclat amb sulfur de zinc ${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$  en proporcions semblants dona el pigment blanc conegut com a litopó o blanc de zinc, que s'utilitza en pintures i esmalts per a obtenir recobriments que no s'enfosqueixin en contacte amb sulfurs. Es fa ús en la producció de paper-cartolina perquè hi aporta resistència i densitat. S'usa com additiu en la preparació de formigons baritats, que s'utilitzen en la construcció dels murs i laberints dels acceleradors lineals, per a evitar la fuga de radiacions.

El nitrat de bari ${\displaystyle {\ce {Ba(NO3)2}}}$  i el clorat de bari ${\displaystyle {\ce {Ba(ClO3)2}}}$  s'empren per generar el color verd als focs d'artifici i a les bengales.

El peròxid de bari ${\displaystyle {\ce {BaO2}}}$ es fa servir en el blanqueig de substàncies animals, fibres vegetals i palla; com a decolorant del vidre; en la producció de peròxid d'hidrogen ${\displaystyle {\ce {H2O2}}}$  i oxigen ${\displaystyle {\ce {O2}}}$ ; en càtodes de làmpades fluorescents; per a tenyir i imprimir tèxtils; amb alumini en pols en soldadura; en composicions d'ignífers; com a agent oxidant en síntesi de química orgànica.

Indústria del vidre i la ceràmica

El carbonat de bari ${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$  s'utilitza en la fabricació del vidre, ja que n'augmenta l'índex de refracció i la lluïssor. Del carbonat s'obté el titanat de bari ${\displaystyle {\ce {BaTiO4}}}$ , compost útil en la fabricació de ceràmiques amb propietats dielèctriques elevades.

 

El bari té una mobilitat limitada al medi, ja que tendeix a formar compostos insolubles en condicions comunes de la superfície terrestre i no forma complexos orgànics solubles. El bari alliberat dels minerals durant la intempèrie tendeix a precipitar-se com a sulfat de bari ${\displaystyle {\ce {BaSO4}}}$ ⁣ (mineral baritina), com a carbonat de bari ${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$  (mineral witherita) o altres minerals o a adsorbir-se sobre minerals d'argila, òxids o hidròxids. La barita és pràcticament insoluble en ambients oxidants i és altament resistent a la intempèrie. La solubilitat de la majoria de compostos de bari augmenta a mesura que les condicions es tornen reduïdes o àcides.

No hi ha proves d'efectes toxicològics adversos del bari en plantes o vida salvatge a prop de mines de baritina o en altres llocs. El bari només s'acumula lleugerament de sòl a planta i de planta a animal; tanmateix, s'ha demostrat que els alts continguts de bari del sòl inhibeixen el creixement d'algunes plantes terrestres.

 

El bari pot estimular el metabolisme fins al punt que farà que el cor batega de manera irregular (fibril·lació ventricular). Les seves sals solubles són perillosament tòxiques si es prenen. Els símptomes de la intoxicació per bari són vòmits, còlics, diarrea, tremolors i paràlisi.

Als Estats Units, s'ha proposat una pauta de detecció de sòls de 500 ppm per a la fitotoxicitat, però aquesta referència només té dades limitades per suportar-la. Alguns compostos de bari solubles són tòxics per als animals; per exemple, el carbonat de bari ${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$ , el mineral witherita, tot i que és insoluble en aigua, és tòxic perquè es dissol en l'àcid de l'estómac, i s'ha emprat com a rodenticida.