67 гостей
Реферат: Барій та його сполуки
реферат
Барій та його сполуки
Виконав студент: Глушков А.М
Прийняв викладач:
Красноярськ, 2002 г.
зміст
ВСТУП. 3
ПОШИРЕНІСТЬ У ПРИРОДІ. 3
ОТРИМАННЯ МЕТАЛЕВОГО БАРІЮ .. 4
Термічний розклад гідриди Ва (NH3) 6. 6
Електроліз хлориду барію. 6
Очищення. 6
ХІМІЧНІ І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ .. 6
ЗАСТОСУВАННЯ. 8
З'ЄДНАННЯ (ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ) 8
Неорганічні сполуки. 9
ОТРИМАННЯ тітоната БАРІЮ .. 12
Використання тітоната барію в радіоелектроніці. 15
Список використаних джерел. 16
Важкий шпат, BaSO4, був першим відомим з'єднанням пан. Його відкрив на початку XVII ст. італійський алхімік Касціароло. Він же встановив, що цей мінерал після сильного нагрівання з вугіллям світиться в темряві червоним світлом і дав йому назву «ляпіс Соларіс» (сонячний камінь).
Окис барію ВаО відкрив в 1774 р Шеєле. Він назвав її «важкої землею». У 1797 р, прожарюючи нітрат барію, Вокелен отримав: окис барію. Карбонат барію був відкритий в 1783 р в Шотландії, і названий «вітериту».
Металевий барій вперше отримав Деві в 1808 р Назва, «барій» походить від слова «баріс» (важкий).
У природі барій зустрічається у вигляді сполук (сульфатів, карбонатів, силікатів, алюмосилікатів і т.д.) в різних мінералах. Зміст барію в земній корі 0,05 вагу. % - більше, ніж вміст стронцію. Нижче перераховані найважливіші мінерали барію:
Барит (перський шпат), BaSO4, містить 65,7 Ва0, зустрічається у вигляді гранул або безбарвних прозорих трубчастих кристалів (іноді забарвлених домішками в жовтий, коричневий, червоний, сірий, блакитний, зелений або чорний колір) з щільністю 4,3-4 , 7 г / см3 і твердістю 3-3,5 за шкалою Mooca. Поклади бариту є в Росії, США, Франції, Румунії та інших країнах. У природі зустрічаються різновиди бариту, які містять сульфат стронцію (барітоцелестін), сульфат свинцю і радію.
Барит застосовують в хімічній промисловості для одержання солей барію, використовуваних в піротехніці, виробництві фарб і лаків, паперової промисловості, для приготування фотопаперу, цементування пухких порід під час буріння нафтових свердловин, захисного облицювання стін рентгенівських камер.
Витерит, ВаСОз, містить 77,7% Ва0. Зустрічається в невеликих кількостях в Росії, Англії, Японії, США. Це біла маса з сіруватим або жовтим відтінком; твердість 3-3,5 за шкалою Mooca, щільність 4,25-4,35 г / см ". Деякі різновиди витерита містять карбонат кальцію або карбонат стронцію (ВаСО3 * СаСО3, ВаСО3 * SrСО3).
Гіалофан (барієвий польовий шпат) K2 Ba [AI2Si4 O12], зустрічається у вигляді прозорих безбарвних (або забарвлених домішками в жовтий, блакитний, червоний кольори) моноклінних кристалів з щільністю 2,6-2,82 г1смР.
Відомі також інші мінерали барію:
барієвий брюстеріг SrBa [Al2 Si6 O16 (OH) 2] * 3H2 0, барієвий апатит [Ba10 (PO4) 6] Cl2, барієва селітра Ba (NO3) 2
З'єднання барію знайдені в багатьох силікатних і вапнякових породах, підземних і морських, водах, на сонці.
Металевий барій отримують металотермічним відновленням окису або хлориду барію, термічним розкладанням гідриду і нітриду барію або Ba (NH.3) e, електролізом розплавленого хлориду барію (сумішей BaCl2 і NaCI, BaCI2 і BaF2) або насиченого розчину BaCI2 * H2 Oна ртутному катоді. Щоб уникнути контактів з повітрям всі ці процеси ведуть у вакуумі або захисній атмосфері. У процесі промислової переробки бариту або витерита отримують хлорид або окис барію, з яких металотермічним відновленням виробляють технічний барій (див. Схему 1).
Схема 1 Відновлення окису або хлориду барію
У промисловості металевий барій отримують термічним відновленням окису барію порошком металевого алюмінію (надлишок) при температурі 1200-1250 °. Процес йде в вакуумі (0,1 мм рт. Ст.).
ЗВаО + 2А1 = зва + Аl2 О3 - 25 ккал
Відновлення проводиться в кварцових або герметичних порцелянових капсулах. Після видалення повітря струмом водню в них створюється вакуум, потім окис барію та порошок алюмінію протягом 2-3 год нагрівають при температурі 1250 °. Після закінчення відновлення нагрівання припиняють. Після охолодження перед розбиранням установки в неї подають сухе повітря.
Силікотермічеським відновлення окису барію проводиться у вакуумі в сталевій трубці (температура 1200 °):
ЗВаО + Si = 2Ва + ВаSiO3 - 37 ккал
В процесі магнійтерміческім відновлення окису барію у вакуумі виходить металевий барій. В цьому випадку утворюється проміжний окисел Ba2 O:
2ВаО + Mg = Ba2 O + Mg0 Вa2 О = Ва0 + Ва
При цінкотерміческом відновленні окису барію у вакуумі утворюється сплав цинку і барію.
Металотермічних відновлення хлориду барію натрієм, калієм або металевим цинком у вакуумі призводить до утворення сплавів барію з натрієм, барію з калієм і барію з цинком. Якщо відновлення хлориду барію йде при нагріванні з карбідом кальцію CaC2, утворюється сплав барію і кальцію.
Термічний розклад гідриди Ва ( NH3) 6
Термічна вакуумна дисоціація гідриду барію (900-1000 °), нітриду Ва3 N2 (160-180 °) і Ва (NH 3) 6 (кімнатна температура) супроводжується утворенням металевого барію.
При електролізі розплавленого хлориду барію (або розплавленої суміші BaCl2 -NaCI, BaCl2 -BaF2) з розплавленим свинцевим або олов'яним катодом утворюються сплави барію зі свинцем або оловом. Під час електролізу насиченого розчину хлориду барію на ртутному катоді утворюється амальгама барію.
Електролітичним методом внаслідок трудомісткості практично не використовується в промисловості.
Сирий металевий барій очищають перегонкою у вакуумі (1-1,5 мм рт. Ст., Температура 800 °) в апаратурі, подібної застосовуваної для очищення магнію.
Барій - білий сріблястий метал з об'ємно-центрованої кубічної гратами (модифікація α-Ва стійка нижче 375 °, модифікація β-Ва - від 375 до 710 °). Щільність барію 3,74 г1см3, твердість 3 по шкалі Мооса (твердіше свинцю). Ковкий метал. При забрудненні ртуттю стає крихким. Т. пл. 710 °, т. Кип. Тисячу шістсот дев'яносто шість °. Солі барію забарвлюють полум'я газового пальника в жовто-зелений колір.
Найважливіший радіоактивний ізотоп барію - (β- і γ-активний 140 Ва - утворюється при розпаді урану, торію і плутонію, період напіврозпаду 13,4 дня. 140 Ва витягають хроматографически з суміші продуктів розпаду. Розпад ізотопу 140 Ва супроводжується виділенням радіоактивного 140 La .
При опроміненні цезію дейтронами утворюється ядерний ізотоп 133 Ва з періодом напіврозпаду 1,77 днів. З свинцем, нікелем, сурмою, оловом і залізом барій утворює сплави.
Барій хімічно активніше кальцію та стронцію. Металевий барій зберігають в герметичних судинах під петролейним ефіром або парафіновим маслом. На повітрі металевий барій втрачає блиск, покривається пшеничного, а потім сірою плівкою окису і нітриду:
Ва + 1/202 = Ва0 + 133,1 ккал.
Зва + N2 = Ba3 N2 + 89,9 ккал
Під дією галогенів металевий барій утворює безводні нітрати ВаХ2 (X == F ˉ, С1ˉ, Вг ˉ, I ˉ). Металевий барій розкладає воду:
Ва + 2Н2 О = Ва (ОН) 2 + 112 + 92,5 ккал
Розчинення металевого барію в рідкому аміаку (-40 ") супроводжується утворенням аміакати Ba (NH3) 6 -При нормальній температурі барій реагує з двоокисом вуглецю:
5ВА + 2C02 = ВаС2 + 4Bа0
Металевий барій - сильний відновник. З його допомогою при відновленні хлориду америцію (1100 °) і фториду кюрія (1300 °) були отримані елементи америцій (N 95) і кюрий (N 96). При високій температурі барій відновлює закис вуглецю, а виділяється вільний вуглець реагує з барієм з утворенням карбіду ВаС2.
Наведена нижче схема ілюструє хімічну активність барію.
Розчинні солі барію надзвичайно отруйні. Введений внутрішньовенно хлорид барію миттєво викликає смерть. Карбонат і сульфіт барію отруйні, так як вони розчиняються в соляній кислоті, яка міститься в шлунковому соку.
Металевий барій застосовується для металотермічних відновлення америцію і кюрія, в антифрикційних сплавах на основі свинцю, а також у вакуумній техніці. Сплави свинець - барій витісняють поліграфічні сплави свинець - сурма.
З'ЄДНАННЯ (ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ)
Відомі численні сполуки, в яких барій присутній у вигляді двовалентного катіона. Іон Ва2 + безбарвний, має стійку восьміелектронную конфігурацію. Радіус іона 1,34 А. Він володіє відносно великим об'ємом і слабо вираженою тенденцією до поляризації, тому не утворює стійких комплексних сполук. Гідроокис Ba (OH) g є серйозна причина.
Гідрид барію, ВаН2, отримують нагріванням металевого барію, сплавів кадмій - барій, ртуть - барій або окису барію в атмосфері водню:
Ва + Н2 = ВаН2 + 55 ккал Ва0 + 2Н2 = BaH2 + Н2 Про
BaH2 - сірувато-білі кристали з щільністю 4,21 г / см3. Вище 675 ° вони піддаються термічній дисоціації. Гідрид барію розкладає воду і взаємодіє з азотом, соляною кислотою і аміаком.
Гідрид барію застосовують як каталізатор реакцій гідрогенізації.
Окис барію, ВаО, отримують безпосереднім синтезом з елементів. Крім того, використовують термічний розклад гідроокису, перекису, карбонату або нітрату барію. Застосовують також прожарювання суміші карбонату барію з вугіллям, сульфату барію з односерністим залізом або нагрівання сульфіду барію з окисом магнію і водою.
ВаО являє собою кубічні (грати типу NaCI) або гексагональних безбарвні кристали (або білий аморфний порошок), дуже гігроскопічні, з щільністю 5,72 г / см3 (для кубічної модифікації) і 5,32 г / см3 (для гексагональної) і твердістю 3 , 3 по шкалі Mooca; т. пл. Тисяча дев'ятсот двадцять три °, т. Кип. 2000 °. Ва0 люминесцирует під дією ультрафіолетових променів і фосфоресцирует в рентгенівських променях.
Розчиняючись у воді, окис барію дає гідроокис барію Ba (OH) 2. На відміну від оксидів кальцію і стронцію окис барію при температурі 500 ° в помітних кількостях поглинає двоокис вуглецю. На холоду окис барію взаємодіє з хлором, а при нагріванні - з киснем, сіркою, азотом, вуглецем, двоокисом сірки, сірковуглецем, двоокисом кремнію, двоокисом свинцю, окисом заліза, хрому, а також з солями амонію.
При нагріванні окис барію відновлюється магнієм, цинком, алюмінієм, кремнієм і ціанідами лужних металів.
Окис барію застосовують для виготовлення скла, емалей і термо 'каталізаторів. В результаті заміщення в цементі окису кальцію окисом барію отримують цементи з винятковою стійкістю по відношенню до води, що містить сульфат-іони.
Перекис барію, ВАО2, отримують, сильно прожарюючи гідроокис, нітрат або карбонат барію в струмі повітря в присутності слідів води. Інші способи отримання: безпосередній синтез з елементів при нагріванні, прожарювання окису барію з окисом міді, нагрівання окису барію з хлоратом калію, нагрівання окису барію до 350 °, дегідратація кристаллогидрата
BaO2 * 8H2 O при 120 °:
Ва + 02 = Ва02 + 145,7 ккал Ba0 + СІО = Ва02 + Сu
Ba0 +1/2 02 = Ва02 + 12,1 ккал 3ВаО + КclO3 = ЗВа02 + КСl
Ba02 являє собою білий парамагнетичний порошок з щільністю 4,96 г1см3 і т. Пл. 450 °. Він розкладається до Ba0 (600 °) або до кисню (795 °), стійкий при звичайній температурі (може зберігатися роками), погано розчиняється у воді, спирті і ефірі, розчиняється в розбавлених кислотах.
Термічний розклад перекису барію прискорюють оксиди - СЕО, Cr2 O3,
Fe2 O3 і Cu0.
Відомі кристалогідрати BaO2 * 8H2 Oі BaO2 H2 O. Октагід-рат Ba02 • H2 O отримують дією перекису водню на баритові поду в слаболужних розчинах, а також обробкою на холоду розчину хлориду пли гідроксиду барію перекисом натрію:
Ва (ОН) 2 + H2 O2 + 6H2 O = Ва02 * 8Н2 Про
BaO2 * 8H2 O виділяється у вигляді безбарвних гексагональних кристалів, важко розчинних у воді, спирті, ефірі. Нагріте з перекисом водню це з'єднання перетворюється в жовте речовина - надперекнсь барію ВаО ^.
Перекис барію реагує при нагріванні з воднем, сіркою, вуглецем, аміаком, солями амонію, феррицианида калію і т. Д.
З концентрованою соляною кислотою перекис барію реагує, виділяючи хлор:
ВаO2 + 4НС1конц. = BaCl2 + Cl2 + 2H2 O
Перекис барію відновлює солі благородних металів (що володіють малою хімічної активністю) до відповідного металу. Перекис барію застосовують для отримання перекису водню, в запалювальних бомбах, а також в якості каталізатора крекінг-процесу.
BaO2 • H2 O2 є жовті моноклінні мікрокристали, стійкі при 0 °, важко розчинні у звичайних розчинниках.
Гідроокис барію, Ва (ОН) 2, отримують дією води на металевий барій або ВаО. Використовують також обробку розчинів солей барію (особливо нітрату) лугами. У промисловості застосовують дію перегрітого пара на сульфід барію. З цією ж метою можна нагріти до 175 "(під тиском) метасплікат барію BaSiOs з розчином NaOH. Описано метод, заснований на відновленні перекису барію при 550 °:
Ba (OH) 2 - білий порошок з щільністю 4,495 г / см3 і т. Пл. 408 °. У катодних променях гідроокис барію фосфоресцирует жовто-оранжевим кольором. Розчиняється в воді, важко розчинна в ацетоні і метплацетате.
При розчиненні Ва (ОН) 2 в воді виходить безбарвний розчин з сильно лужною реакцією - баритові вода, яка в присутності двоокису вуглецю швидко покривається поверхневою плівкою карбонату барію.
Відомі кристалогідрати Ва (ОН) 2 * 8Н2 О, Ва (ОН) 2 * 7H2 O, Ва (ОН) • 2Н2 O і Ва (ОН) 2 * H2 O. Кристалогідрат Ва (ОН) 2 * 8H2 O виділяється у вигляді безбарвних моноклінних призм з щільністю 2,18 г / см3 і т. пл. 78 °. При нагріванні до 650 ° в струмі повітря кристалогідрат перетворюється в оксид або перекис барію.
Пропускання хлору через баритові воду супроводжується утворенням хлориду, хлората і дуже незначних кількостей гино-хлорита барію:
6Ва (ОН) 2 + 6CL2 = 5BaCl2 + Ва (ClO3) 2 + 6H2 Про
Баритова вода реагує при 100 ° з сірковуглецем:
2Ва (ОН) 2 + CS2 = ВаСО3 + Ba (HS) 2 + H2 O
Металевий алюміній взаємодіє з баритовой водою з утворенням гідроксоалюмінат барію і водню:
2Аl + Ва (ОН) 2 + 10H2 O = Ba [Al (OH) 4 (H2 O) 2] 2 + 3H2
Вище 1000 ° гідроокис барію піддається термічній дисоціації:
Ва (ОН) 2 → ВаО + Н2 O
Баритова вода Ва (ОН) 2 застосовується в якості дуже чутливого хімічного реактиву на двоокис вуглецю.
Фторид барію, BaF2, отримують безпосереднім синтезом з елементів, дією фтористого водню на окис, гідроокис, карбонат або хлорид барію, обробкою баритовой води фтористо-водневої кислотою, обробкою нітрату або хлориду барію фто-Рідом натрію або калію, а також сплавлення хлориду магнію з фторидом кальцію або магнію в атмосфері CO2 і термічним розкладанням гексафторосіліката барію в атмосфері інертного газу.
Безбарвні кубічні кристали BaF2 мають грати типу CaF2 з відстанню між центром іона Ва2 + і іона F ֿ 2,68 А. Щільність 4,83 г / см3, т.пл. 1 280 °, т. Кип. 2137 °. Кристали мало розчинні у воді (1,63 г / л при 18 °), розчиняються в фторістоводо-рідний, соляної та азотної кислоти. Застосовуються для виготовлення емалей і оптичних стекол. Температура плавлення суміші BaF2 * LiF 850 °, а суміші BaF2 * BaCl2 1010 °.
Під титанаті барію розуміють з'єднання BaO-TiO2, в якому співвідношення катіонів та аніонів може бути різним від BaTiO3 до Ba6 Ti17 O40, проміжні речовини - політканати нестехлометрічни і в них можуть додані речовини, частково заміщають Ba і Ti, тобто проведено легування.
BaTiO3 має структуру нерівномірно, а з кубічної межі або обсяг-центрованої кристалічною решіткою. Кубічна структура характерна до 120 ° C.
При більш низьких температурах відбувається спотворення структури, вона переходить в тірагональную, і, виникає деформація кисневої підгратки, як Ti кілька зміщується.
Деформація викликає поляризацію. Для іона існує 2 енергетично рівноважних стабільних положення, симетричних щодо центру. Напрямок поляризації єдине всередині домену так як поляризація виникає без зовнішнього ... поля, то вона спонтанна. Зовнішнє напруга викликає впорядкування орієнтації диполів. Між поляризацією і напруженістю поля виникає гістерезис.
При Т> 120 ° C = Тс сегнетоелектрічеськие властивості пропадають через висоти симетрії кристала (кубічна структура). При Т> Тс діелектрична проникність Еr залежить від температури поз Кюрі-Вейтса
Хороші нелігірованние речовини BaTiO3 - діелектрики. З D Е ~ 3Ев. І тип енергія активації докоро 0,1 еВ. Тобто при номінальній температурі ці носії повністю іонізовані. Крім легованих елементів роль донора грає кисневі варіації при кисневої мстехлометріі за рахунок звіту.
s = rBaTiO3-1 »десятого-1м-1
Nd »5 * 10 ^ 25м-3
З РЕДС і Холла
Таким чином частина домішки носить акцепторні характер. Акцептори захоплюють електрони і на поверхні крісталіта створюється негативний поверхневий заряд. Негативний поверхневий заряд викликає збільшення електростатичного потенціалу на кордоні зерна. Питома провідність залежить від висоти потенційного бар'єру Зі зростанням температури провідність зростає. Для збереження електронейтральності зразка в при поверхневому шарі кристала виникає позитивний просторовий заряд. У тому шарі, товщиною S рухомих носіїв заряду мало і щільність. Просторовий заряду визначається практично тільки легирующей домішкою донорів nD
r = e * nд
Усередині кристала відсутні акцептори, здатні компенсувати донори.
Якщо А - площа приповерхневої області з глибиною ОЗ "S", то
r * А * S - прикордонний "+" ОЗ
N'а - концентрація акцепторів, які захопили електрони, заряд ОПЗ "-" e * N'а
За умовою нейтронейтральності
r * А * S- e * N'а = 0 ® S = 
= 
За рівняння пуассона потенціал ПЗ
Dj = -r / (xr * x 0) так як r = e * nд, a * x? S
j 0 = (e / (2 * nд * xr * x 0)) * (N'a / A) ^ 2
b - константа, пов'язана з N'a За отриманим рівнянням з ростом температури R зростає.
У деякому інтервалі температур так як при високій температурі Nа зменшується через вивільнення електронів з захоплених по межах зёрнен.
Використання тітоната барію в радіоелектроніці
Особливе місце серед п / п приладів з aR> 0 займають прилади на основі тінаната барію BaTiO3. В діапазоні ΔT 100 - 150 K вони мають дуже високим ТКС, до 0,3К-1. Термістори з позитивним температурним коефіцієнтом опору - РТС - термістори-позистора.
aR = 
> 0 - ТКС.
Термістори з a> 0 називаються РТС-термісторами або позисторами. ТКС> 0 має большиство Металлова деякі полікристалічні п / п
Керамічні позистора мають ТКС> 0 у вузькому діапазоні температур. Поза цього діапазону їх ТКС <0, як у звичайних напівпровідників.
Список використаних джерел
1. Локшин Е.П., Воскобойников Н.Б. Барій. - Барій і його властивості, ізд.КНЦ РАН. - 1996 г. - 168 с.
2. Лебедєв В.М., Локшин Е.П., Маслобоєв В.А., Дозоровим Р.Б., Михлин Є.Б. Сировинні джерела металів Росії і проблеми їх залучення в переробку // Кольорові метали. - 1997. - №8. - С.46-50.
3. Гуцол А.Ф. Тітоната барію // Успіхи фіз. наук. - 1997. - Т.167. - №6. - С.165-187.
