Où le baryum est-il utilisé ? Sulfate de baryum pour fluoroscopie - application, propriétés, instructions en médecine

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BARYUM– élément chimique du groupe 2 tableau périodique, numéro atomique 56 ans, parent masse atomique 137.33. Situé dans la sixième période entre le césium et le lanthane. Le baryum naturel se compose de sept isotopes stables avec des nombres de masse 130 (0,101 %), 132 (0,097 %), 134 (2,42 %), 135 (6,59 %), 136 (7,81 %), 137 (11,32 %) et 138 (71,66 %). Baryum majoritaire composants chimiques montre degré maximum oxydation +2, mais peut aussi avoir zéro. Dans la nature, le baryum n’existe qu’à l’état divalent.

Histoire de la découverte.

En 1602, Casciarolo (cordonnier et alchimiste bolognais) ramassa dans les montagnes environnantes une pierre si lourde qu'il soupçonna qu'il s'agissait d'or. En essayant d'isoler l'or d'une pierre, l'alchimiste l'a calciné avec du charbon. Bien qu'il n'ait pas été possible d'isoler l'or, l'expérience a donné des résultats clairement encourageants : le produit de calcination refroidi brillait en rougeâtre dans l'obscurité. La nouvelle d'un tel trouvaille insolite Un minéral inhabituel, qui a reçu plusieurs noms, a fait sensation dans l'environnement alchimique - pierre de soleil(Lapis solaris), la pierre de Bologne (Lapis Boloniensis), le phosphore bolognais (Phosphorum Boloniensis) ont participé à diverses expériences. Mais le temps a passé et l'or n'a même pas pensé à se démarquer, alors l'intérêt pour le nouveau minéral a progressivement disparu et il a longtemps été considéré comme une forme modifiée de gypse ou de chaux. Seulement un siècle et demi plus tard, en 1774, les célèbres chimistes suédois Karl Scheele et Johan Hahn étudièrent attentivement la « pierre de Bologne » et découvrirent qu'elle contenait une sorte de « terre lourde ». Plus tard, en 1779, Guiton de Morveau nomma cette « terre » barote (barote) d'après mot grec"barue" - lourd, et a ensuite changé le nom en baryte (baryte). Sous ce nom, la terre de baryum est apparue dans les manuels de chimie de la fin du XVIIIe et du début du XIXe siècle. Par exemple, dans le manuel d'A.L. Lavoisier (1789), la barytine est inscrite dans la liste des substances terreuses salifiantes corps simples, et un autre nom pour la barytine est donné - « terre lourde » (terre pesante, lat. terra ponderosa). Le métal encore inconnu contenu dans le minéral a commencé à être appelé baryum (latin - Barium). Dans la littérature russe du XIXe siècle. Les noms barytine et baryum ont également été utilisés. Le prochain minéral de baryum connu était le carbonate de baryum naturel, découvert en 1782 par Withering et nommé plus tard withérite en son honneur. Le baryum métallique a été préparé pour la première fois par l'Anglais Humphry Davy en 1808 par électrolyse d'hydroxyde de baryum humide avec une cathode de mercure et évaporation ultérieure du mercure de l'amalgame de baryum. Il convient de noter que dans le même 1808, un peu avant Davy, l'amalgame de baryum a été obtenu par le chimiste suédois Jens Berzelius. Malgré son nom, le baryum s'est avéré être un métal relativement léger avec une densité de 3,78 g/cm 3, c'est pourquoi en 1816 le chimiste anglais Clark a proposé de rejeter le nom « baryum » au motif que si la terre de baryum (oxyde de baryum) est effectivement plus lourd que les autres terres (oxydes), alors le métal, au contraire, est plus léger que les autres métaux. Clark voulait nommer cet élément plutonium en l'honneur de l'ancien dieu romain, souverain du royaume souterrain de Pluton, mais cette proposition n'a pas rencontré le soutien d'autres scientifiques et le métal léger a continué à être qualifié de « lourd ».

Baryum dans la nature.

DANS la croûte terrestre contient 0,065% de baryum, il se présente sous forme de sulfate, carbonate, silicates et aluminosilicates. Les principaux minéraux de baryum sont la barytine (sulfate de baryum) susmentionnée, également appelée spath lourd ou persan, et la withérite (carbonate de baryum). Les ressources minérales mondiales de barytine étaient estimées en 1999 à 2 milliards de tonnes, dont une partie importante était concentrée en Chine (environ 1 milliard de tonnes) et au Kazakhstan (0,5 milliard de tonnes). Il existe d'importantes réserves de barytine aux États-Unis, en Inde, en Turquie, au Maroc et au Mexique. Les ressources russes de barytine sont estimées à 10 millions de tonnes, sa production est réalisée sur trois gisements principaux situés à Khakassie, Kemerovo et Régions de Tcheliabinsk. La production annuelle totale de barytine dans le monde est d'environ 7 millions de tonnes, la Russie en produit 5 000 tonnes et importe 25 000 tonnes de barytine par an.

Reçu.

Les principales matières premières pour la production de baryum et de ses composés sont la barytine et, plus rarement, la withérite. Restaurer ces minéraux charbon, du coca ou gaz naturel, le sulfure et l'oxyde de baryum sont obtenus respectivement :

BaSO4 + 4C = BaS + 4CO

BaSO 4 + 2CH 4 = BaS + 2C + 4H 2 O

BaCO 3 + C = BaO + 2CO

Le baryum métallique est obtenu en le réduisant avec de l'oxyde d'aluminium.

3BaO + 2Al = 3Ba + Al 2 O 3

Ce processus a été réalisé pour la première fois par le physicien-chimiste russe N.N. Beketov. C'est ainsi qu'il décrit ses expériences : « J'ai pris de l'oxyde de baryum anhydre et, en y ajoutant une certaine quantité de chlorure de baryum, comme fondant, j'ai mis ce mélange avec des morceaux d'argile (aluminium) dans un creuset en carbone et je l'ai chauffé pendant plusieurs heures. Après refroidissement du creuset, j'y trouvai un alliage métallique d'un tout autre type et propriétés physiques, plutôt que de l'argile. Cet alliage a une structure cristalline grossière, est très cassant, une nouvelle fracture a un léger éclat jaunâtre ; l'analyse a montré qu'à 100 heures il était constitué de 33,3 baryum et de 66,7 d'argile, ou, autrement, pour une partie de baryum, il contenait deux parties d'argile... » Actuellement, le processus de réduction avec l'aluminium est effectué sous vide à des températures de 1 100 à 1 250°C, tandis que le baryum obtenu s'évapore et se condense sur les parties les plus froides du réacteur.

De plus, le baryum peut être obtenu par électrolyse d'un mélange fondu de chlorures de baryum et de calcium.

Substance simple.

Le baryum est un métal malléable blanc argenté qui se brise lorsqu'il est frappé brusquement. Point de fusion 727° C, point d'ébullition 1637° C, densité 3,780 g/cm 3 . A pression normale, il y a deux modifications allotropiques: jusqu'à 375° C, a -Ba à réseau cubique centré est stable, au-dessus de 375° C, b -Ba est stable. À hypertension artérielle une modification hexagonale se forme. Le baryum métallique a une activité chimique élevée ; il s'oxyde intensément dans l'air, formant un film contenant BaO, BaO 2 et Ba 3 N 2, et s'enflamme avec un léger chauffage ou impact.

2Ba + O2 = 2BaO ; Ba + O 2 = BaO 2; 3Ba + N 2 = Ba 3 N 2,

Le baryum est donc stocké sous une couche de kérosène ou de paraffine. Le baryum réagit vigoureusement avec l'eau et les solutions acides, formant de l'hydroxyde de baryum ou les sels correspondants :

Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2

Ba + 2HCl = BaCl 2 + H 2

Avec les halogènes, le baryum forme des halogénures ; avec l'hydrogène et l'azote, lorsqu'il est chauffé, il forme respectivement de l'hydrure et du nitrure.

Ba + Cl 2 = BaCl 2; Ba + H 2 = BaH 2

Le baryum métallique se dissout dans l'ammoniac liquide pour former une solution bleu foncé, à partir de laquelle l'ammoniac Ba(NH 3) 6 peut être isolé - des cristaux à l'éclat doré qui se décomposent facilement avec la libération d'ammoniac. Dans ce composé, le baryum a un état d’oxydation nul.

Application dans l'industrie et la science.

L'utilisation du baryum métallique est très limitée en raison de sa grande réactivité chimique ; les composés du baryum sont beaucoup plus largement utilisés. Un alliage de baryum et d'aluminium - un alliage Alba contenant 56 % de Ba - constitue la base des getters (absorbeurs de gaz résiduels dans la technologie du vide). Pour obtenir le getter lui-même, le baryum est évaporé de l'alliage en le chauffant dans un ballon sous vide de l'appareil, ce qui entraîne la formation d'un « miroir de baryum » sur les parties froides du ballon. DANS petites quantités le baryum est utilisé en métallurgie pour purifier le cuivre fondu et le plomb des impuretés de soufre, d'oxygène et d'azote. Le baryum est ajouté aux alliages d'impression et antifriction ; un alliage de baryum et de nickel est utilisé pour fabriquer des pièces pour les tubes radio et les électrodes de bougies d'allumage dans les moteurs à carburateur. De plus, il existe des utilisations non standard du baryum. L'une d'elles est la création de comètes artificielles : celles libérées par vaisseau spatial La vapeur de baryum est facilement ionisée rayons de soleil et se transforme en un nuage de plasma brillant. La première comète artificielle a été créée en 1959 lors du vol d'un avion automatique soviétique. station interplanétaire"Lune-1". Au début des années 1970, l'Allemagne et physiciens américains, conduire une recherche électro champ magnétique Terre, ils ont libéré 15 kilogrammes de minuscule poudre de baryum sur le territoire colombien. Le nuage de plasma résultant s’étendait le long des lignes du champ magnétique, permettant de clarifier leur position. En 1979, des jets de particules de baryum ont été utilisés pour étudier les aurores.

Composés de baryum.

Les composés divalents du baryum présentent le plus grand intérêt pratique.

Oxyde de baryum(BaO) : produit intermédiaire dans la production de baryum - réfractaire (point de fusion environ 2020° C) poudre blanche, réagit avec l'eau pour former de l'hydroxyde de baryum, absorbe le dioxyde de carbone de l'air et se transforme en carbonate :

BaO + H 2 O = Ba(OH) 2; BaO + CO 2 = BaCO 3

Lorsqu'il est calciné dans l'air à une température de 500 à 600 °C, l'oxyde de baryum réagit avec l'oxygène, formant du peroxyde qui, après chauffage supplémentaire à 700 °C, se transforme à nouveau en oxyde, éliminant l'oxygène :

2BaO + O2 = 2BaO2 ; 2BaO2 = 2BaO + O2

C'est ainsi que l'on obtenait l'oxygène jusqu'à la fin du XIXe siècle, jusqu'à ce qu'une méthode permettant de libérer de l'oxygène par distillation de l'air liquide soit mise au point.

En laboratoire, l'oxyde de baryum peut être préparé par calcination du nitrate de baryum :

2Ba(NO3)2 = 2BaO + 4NO2 + O2

Or, l'oxyde de baryum est utilisé comme agent déshydratant, pour obtenir du peroxyde de baryum et pour fabriquer des aimants en céramique à partir de ferrate de baryum (pour cela, un mélange de poudres d'oxyde de baryum et de fer est fritté sous presse dans un champ magnétique puissant), mais le La principale utilisation de l'oxyde de baryum est la fabrication de cathodes thermoioniques. En 1903, le jeune scientifique allemand Wehnelt teste la loi de l'émission d'électrons par les solides, découverte peu auparavant par le physicien anglais Richardson. La première des expériences avec du fil de platine a complètement confirmé la loi, mais expérience de contrôleéchoué : le flux d’électrons a largement dépassé celui prévu. Puisque les propriétés du métal ne pouvaient pas changer, Wehnelt a supposé qu’il y avait une sorte d’impureté à la surface du platine. Après avoir testé d'éventuels contaminants de surface, il est devenu convaincu que les électrons supplémentaires étaient émis par l'oxyde de baryum, qui faisait partie du lubrifiant de la pompe à vide utilisée dans l'expérience. Cependant monde scientifique n'a pas immédiatement reconnu cette découverte, car son observation n'a pas pu être reproduite. Près d'un quart de siècle plus tard seulement, l'Anglais Kohler montra que pour présenter une émission thermoionique élevée, l'oxyde de baryum devait être chauffé à des températures très élevées. basses pressions oxygène. Ce phénomène n'a été expliqué qu'en 1935. le scientifique Paul a suggéré que les électrons sont émis par une petite impureté de baryum dans l'oxyde : à basse pression, une partie de l'oxygène s'évapore de l'oxyde et le baryum restant est facilement ionisé pour former électrons libres, qui quittent le cristal lorsqu'il est chauffé :

2BaO = 2Ba + O2 ; Ba = Ba 2+ + 2е

L'exactitude de cette hypothèse a finalement été établie à la fin des années 1950 par les chimistes soviétiques A. Bundel et P. Kovtun, qui ont mesuré la concentration d'impureté de baryum dans l'oxyde et l'ont comparée au flux d'émission d'électrons thermoioniques. Or, l'oxyde de baryum est la partie active de la plupart des cathodes thermoioniques. Par exemple, un faisceau d'électrons qui forme une image sur un écran de télévision ou un écran d'ordinateur est émis par l'oxyde de baryum.

Hydroxyde de baryum, octahydraté(Ba(OH)2· 8H2O). Poudre blanche, hautement soluble dans eau chaude(plus de 50 % à 80° C), pire au froid (3,7 % à 20° C). Le point de fusion de l'octahydrate est de 78°C ; lorsqu'il est chauffé à 130°C, il se transforme en Ba(OH)2 anhydre. L'hydroxyde de baryum est produit en dissolvant l'oxyde dans de l'eau chaude ou en chauffant du sulfure de baryum dans un courant de vapeur surchauffée. L'hydroxyde de baryum réagit facilement avec le dioxyde de carbone, c'est pourquoi sa solution aqueuse, appelée « eau de barytine », est utilisée dans chimie analytique comme réactif pour le CO 2. De plus, « l’eau de barytine » sert de réactif pour les ions sulfate et carbonate. L'hydroxyde de baryum est utilisé pour éliminer les ions sulfate des huiles végétales et animales et des solutions industrielles, pour obtenir des hydroxydes de rubidium et de césium, en tant que composant de lubrifiants.

Carbonate de baryum(BaCO3). Dans la nature, le minéral est la withérite. Poudre blanche, insoluble dans l'eau, soluble dans acides forts(sauf soufre). Lorsqu'il est chauffé à 1000°C, il se décompose en libérant du CO 2 :

BaCO 3 = BaO + CO 2

Le carbonate de baryum est ajouté au verre pour augmenter son indice de réfraction et est ajouté aux émaux et aux glaçures.

Sulfate de baryum(BaSO4). Dans la nature - la barytine (spath lourd ou persan) - le principal minéral du baryum - est une poudre blanche (point de fusion environ 1680°C), pratiquement insoluble dans l'eau (2,2 mg/l à 18°C), se dissout lentement dans l'acide sulfurique concentré acide.

La production de peintures a longtemps été associée au sulfate de baryum. Certes, au début, son utilisation était de nature criminelle : la barytine broyée était mélangée à du blanc de plomb, ce qui réduisait considérablement le coût du produit final et, en même temps, détériorait la qualité de la peinture. Cependant, ces blancs modifiés étaient vendus au même prix que les blancs ordinaires, générant ainsi des bénéfices importants pour les propriétaires d'usines de teinture. En 1859, le département des manufactures et commerce intérieur des informations ont été reçues sur les machinations frauduleuses des fabricants de Yaroslavl qui ont ajouté du spath lourd au blanc de plomb, ce qui « trompe les consommateurs sur la véritable qualité du produit, et une demande a également été reçue pour interdire auxdits fabricants d'utiliser du spath lourd dans la production de blanc de plomb ». .» Mais ces plaintes n’ont abouti à rien. Qu'il suffise de dire qu'en 1882, une usine de longerons a été fondée à Yaroslavl, qui a produit en 1885 50 000 livres de longerons lourds broyés. Au début des années 1890, D.I. Mendeleïev écrivait : « ... La barytine est mélangée au mélange de blanc dans de nombreuses usines, car le blanc importé de l'étranger contient ce mélange pour en réduire le prix. »

Le sulfate de baryum fait partie de la lithopone, une peinture blanche non toxique à haut pouvoir couvrant, très demandée sur le marché. Pour fabriquer du lithopone, des solutions aqueuses de sulfure de baryum et de sulfate de zinc sont mélangées, au cours desquelles une réaction d'échange se produit et un mélange de sulfate de baryum finement cristallin et de sulfure de zinc - lithopone - précipite, et de l'eau pure reste dans la solution.

BaS + ZnSO 4 = BaSO 4 Ї + ZnSЇ

Dans la production de papiers de qualité coûteuse, le sulfate de baryum joue le rôle de charge et d'agent alourdissant, rendant le papier plus blanc et plus dense ; il est également utilisé comme charge pour le caoutchouc et la céramique.

Plus de 95 % de la barytine extraite dans le monde est utilisée pour préparer des solutions de travail pour le forage de puits profonds.

Le sulfate de baryum absorbe fortement les rayons X et gamma. Cette propriété est largement utilisée en médecine pour diagnostiquer les maladies gastro-intestinales. Pour ce faire, le patient est autorisé à avaler une suspension de sulfate de baryum dans de l'eau ou son mélange avec de la bouillie de semoule - « bouillie de baryum » puis transéclairé. radiographies. Ces zones tube digestif, à travers lesquelles passe la « bouillie de baryum », apparaissent sous forme de points sombres sur l’image. De cette façon, le médecin peut se faire une idée de la forme de l'estomac et des intestins et déterminer la localisation de la maladie. Le sulfate de baryum est également utilisé pour fabriquer du béton de barytine utilisé dans la construction. centrales nucléaires et les centrales nucléaires pour se protéger contre les rayonnements pénétrants.

Sulfure de baryum(BaS). Produit intermédiaire dans la production du baryum et de ses composés. Le produit commercial est une poudre grise friable, peu soluble dans l'eau. Le sulfure de baryum est utilisé pour produire du lithopone, dans l'industrie du cuir pour éliminer Racine des cheveuxà partir de peaux pour obtenir du sulfure d'hydrogène pur. Le BaS est un composant de nombreux phosphores, des substances qui brillent après avoir absorbé l'énergie lumineuse. C'est ce qu'obtenait Casciarolo en calcinant la barytine avec du charbon. En soi, le sulfure de baryum ne brille pas : il nécessite l'ajout de substances activatrices - sels de bismuth, de plomb et d'autres métaux.

Titanate de baryum(BaTiO3). L'un des plus industriels connexions importantes baryum – réfractaire blanc (point de fusion 1616° C) substance cristalline, insoluble dans l'eau. Le titanate de baryum est obtenu par fusion de dioxyde de titane avec du carbonate de baryum à une température d'environ 1300°C :

BaCO 3 + TiO 2 = BaTiO 3 + CO 2

Le titanate de baryum est l'un des meilleurs ferroélectriques (), matériaux électriques très précieux. En 1944, le physicien soviétique B.M. Vul découvrit d'extraordinaires capacités ferroélectriques (très élevées). constante diélectrique) dans le titanate de baryum, qui les retenait dans une large plage de températures - du zéro presque absolu à +125 ° C. Cette circonstance, ainsi que la grande résistance mécanique et résistance à l'humidité du titanate de baryum, ont contribué au fait qu'il est devenu l'un des les ferroélectriques les plus importants utilisés, par exemple, pour la fabrication de condensateurs électriques. Le titanate de baryum, comme tous les ferroélectriques, possède également des propriétés piézoélectriques : il modifie sa Caractéristiques électriques sous pression. Lorsqu'ils sont exposés à un champ électrique alternatif, des oscillations se produisent dans ses cristaux et sont donc utilisés dans les piézoéléments, les circuits radio et systèmes automatiques. Le titanate de baryum a été utilisé pour tenter de détecter les ondes gravitationnelles.

Autres composés de baryum.

Nitrate et chlorate de baryum (Ba(ClO 3) 2) – composant feux d'artifice, l'ajout de ces composés donne à la flamme une couleur vert vif. Le peroxyde de baryum est un composant des mélanges d'allumage pour l'aluminothermie. Le tétracyanoplatinate (II) de baryum (Ba) brille lorsqu'il est exposé aux rayons X et aux rayons gamma. En 1895, le physicien allemand Wilhelm Roentgen, observant la lueur de cette substance, suggéra l'existence d'un nouveau rayonnement, appelé plus tard rayons X. Désormais, le tétracyanoplatinate (II) de baryum est utilisé pour recouvrir les écrans lumineux des instruments. Le thiosulfate de baryum (BaS 2 O 3) donne au vernis incolore une teinte nacrée, et en le mélangeant avec de la colle, on peut obtenir une imitation complète de nacre.

Toxicologie des composés du baryum.

Tous les sels de baryum solubles sont toxiques. Le sulfate de baryum utilisé en fluoroscopie est pratiquement non toxique. Dose létale le chlorure de baryum est de 0,8 à 0,9 g, le carbonate de baryum est de 2 à 4 g. En cas d'ingestion de composés toxiques du baryum, sensation de brûlure dans la bouche, douleur à l'estomac, salivation, nausées, vomissements, étourdissements, faiblesse musculaire, essoufflement, et une lenteur se produit et la fréquence cardiaque diminue. pression artérielle. Le principal traitement de l'intoxication au baryum est le lavage gastrique et l'utilisation de laxatifs.

Les principales sources de baryum pénétrant dans le corps humain sont les aliments (en particulier les fruits de mer) et l'eau potable. Selon les recommandations de l'Organisation Mondiale de la Santé, la teneur en baryum boire de l'eau ne doit pas dépasser 0,7 mg/l ; en Russie, des normes beaucoup plus strictes s'appliquent - 0,1 mg/l.

Youri Krutiakov

DÉFINITION

Baryum- cinquante-sixième élément tableau périodique. Désignation - Ba du latin "barium". Situé en sixième période, groupe IIA. Fait référence aux métaux. La charge nucléaire est de 56.

Le baryum est présent dans la nature principalement sous forme de sulfates et de carbonates, formant les minéraux barytine BaSO 4 et withérite BaCO 3 . La teneur en baryum de la croûte terrestre est de 0,05 % (en masse), ce qui est nettement inférieur à la teneur en calcium.

Comme substance simple le baryum est un métal blanc argenté (Fig. 1) qui, dans l'air, est recouvert d'un film jaunâtre de produits d'interaction avec les composants de l'air. Le baryum a une dureté similaire à celle du plomb. Densité 3,76 g/cm3. Point de fusion 727 o C, point d'ébullition 1 640 o C. Il possède un réseau cristallin centré sur le corps.

Riz. 1. Baryum. Apparence.

Masse atomique et moléculaire du baryum

DÉFINITION

Poids moléculaire relatif de la substance(M r) est un nombre indiquant combien de fois la masse d'une molécule donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, et masse atomique relative d'un élément(A r) - combien de fois poids moyen les atomes d’un élément chimique représentent plus de 1/12 de la masse d’un atome de carbone.

Puisqu'à l'état libre le baryum existe sous forme de molécules Ba monoatomiques, les valeurs de ses valeurs atomiques et masse moléculaire correspondre. Ils sont égaux à 137,327.

Isotopes du baryum

On sait que dans la nature, le baryum peut être trouvé sous la forme de sept isotopes stables 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba et 138 Ba, dont 137 Ba est le plus courant (71,66 %). . Leurs nombres de masse sont respectivement 130, 132, 134, 135, 136, 137 et 138. Le noyau d'un atome de l'isotope du baryum 130 Ba contient cinquante-six protons et soixante-quatorze neutrons, et les isotopes restants n'en diffèrent que par le nombre de neutrons.

Il y a des artificiels isotopes instables baryum avec des nombres de masse de 114 à 153, ainsi que dix états isomères de noyaux, parmi lesquels l'isotope à vie la plus longue 133 Ba avec une demi-vie de 10,51 ans.

Ions baryum

Dehors niveau d'énergie L'atome de baryum possède deux électrons, qui sont de valence :

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 2 .

Par conséquent interaction chimique le baryum donne son électrons de valence, c'est à dire. est leur donneur, et se transforme en un ion chargé positivement :

Ba 0 -2e → Ba 2+ .

Molécule et atome de baryum

À l’état libre, le baryum existe sous forme de molécules Ba monoatomiques. Voici quelques propriétés caractérisant l’atome et la molécule de baryum :

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

AVEC formule chimique BaSO4. C'est une poudre blanche inodore, insoluble dans l'eau. Sa blancheur et son opacité, ainsi que sa haute densité, déterminent ses principaux domaines d'application.

Histoire du nom

Le baryum appartient à métaux alcalino-terreux. Ces derniers sont ainsi nommés car, selon D.I. Mendeleïev, leurs composés forment une masse insoluble de terre et les oxydes « ont un aspect terreux ». Le baryum se trouve naturellement sous la forme de barytine minérale, qui est du sulfate de baryum contenant diverses impuretés.

Il a été découvert pour la première fois par les chimistes suédois Scheele et Hahn en 1774 dans le cadre de ce qu'on appelle le longeron lourd. C'est de là que vient le nom du minéral (du grec « baris » - lourd), puis du métal lui-même, lorsqu'en 1808 il fut isolé sous sa forme pure par Humphry Devi.

Propriétés physiques

Puisque BaSO 4 est un sel d'acide sulfurique, ses propriétés physiques sont déterminées en partie par le métal lui-même, qui est mou, réactif et blanc argenté. La barytine naturelle est incolore (parfois blanche) et transparente. Le BaSO 4 chimiquement pur a une couleur allant du blanc au jaune pâle, il est ininflammable, avec un point de fusion de 1580°C.

Quelle est la masse du sulfate de baryum ? Masse molaire c’est égal à 233,43 g/mol. Il a une densité inhabituellement élevée - de 4,25 à 4,50 g/cm 3 . Compte tenu de son insolubilité dans l’eau, sa haute densité le rend indispensable comme charge dans les fluides de forage aqueux.

Propriétés chimiques

BaSO 4 est l'un des composés les moins solubles dans l'eau. Il peut être obtenu à partir de deux sels hautement solubles. Prenons une solution aqueuse de sulfate de sodium - Na 2 SO 4. Sa molécule dans l'eau se dissocie en trois ions : deux Na + et un SO 4 2-.

Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2-

Prenons également une solution aqueuse de chlorure de baryum - BaCl 2, dont la molécule se dissocie en trois ions : un Ba 2+ et deux Cl -.

BaCl 2 → Ba 2+ + 2Cl -

Mélanger une solution aqueuse de sulfate et un mélange contenant du chlorure. Le sulfate de baryum est formé à la suite de la combinaison en une seule molécule de deux ions de même charge et de signe opposé.

Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4

Ci-dessous vous pouvez voir l’équation complète de cette réaction (appelée moléculaire).

Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2NaCl + BaSO 4

En conséquence, un précipité insoluble de sulfate de baryum se forme.

Barytine commerciale

En pratique, la matière première pour l'obtention de sulfate de baryum commercial, destiné à être utilisé dans les fluides de forage lors du forage de puits de pétrole et de gaz, est, en règle générale, la barytine minérale.

Le terme barytine « primaire » fait référence aux produits commerciaux, qui comprennent les matières premières (obtenues dans les mines et carrières), ainsi que les produits de simple enrichissement par des méthodes telles que le lavage, la précipitation, la séparation en milieu lourd et la flottation. La plupart de La barytine brute nécessite de l'amener à un minimum de pureté et de densité. Le minéral utilisé comme charge est broyé et tamisé jusqu'à une taille uniforme de sorte qu'au moins 97 % de ses particules mesurent jusqu'à 75 microns et pas plus de 30 % soient inférieures à 6 microns. La barytine primaire doit également être suffisamment dense pour densité spécifiqueétait de 4,2 g/cm 3 ou plus, mais suffisamment souple pour ne pas endommager les roulements.

Obtention d'un produit chimiquement pur

La barytine minérale est souvent contaminée par diverses impuretés, principalement des oxydes de fer, qui la colorent. Couleurs variées. Il est traité par carbothermie (chauffage au coke). Le résultat est du sulfure de baryum.

BaSO 4 + 4 C → BaS + 4 CO

Ce dernier, contrairement au sulfate, est soluble dans l'eau et réagit facilement avec l'oxygène, les halogènes et les acides.

BaS + H 2 SO 4 → BaSO 4 + H 2 S

Pour obtenir un produit très pur, de l'acide sulfurique est utilisé. Le sulfate de baryum produit par ce procédé est souvent appelé blancfix, qui signifie « blanc fixé » en français. On le retrouve souvent dans les produits de consommation, comme les peintures.

DANS conditions de laboratoire Le sulfate de baryum est formé en combinant des ions baryum et des ions sulfate en solution (voir ci-dessus). Le sulfate étant le sel de baryum le moins toxique en raison de son insolubilité, les déchets contenant d'autres sels de baryum sont parfois traités avec du sulfate de sodium pour lier tout le baryum, qui est assez toxique.

Du sulfate à l'hydroxyde et vice-versa

Historiquement, la barytine était utilisée pour produire de l'hydroxyde de baryum Ba(OH) 2, nécessaire au raffinage du sucre. Il s’agit généralement d’un composé très intéressant et largement utilisé dans l’industrie. Il est très soluble dans l’eau et forme une solution appelée eau de barytine. Il est pratique à utiliser pour lier les ions sulfate dans compositions diverses en formant du BaSO 4 insoluble.

Nous avons vu plus haut que lorsqu'on le chauffe en présence de coke, il est facile d'obtenir du sulfure de baryum hydrosoluble - BaS - à partir du sulfate. Ce dernier, lorsqu'il interagit avec eau chaude forme de l'hydroxyde.

BaS + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 S

L'hydroxyde de baryum et le sulfate de sodium, pris en solution, une fois mélangés, donneront un précipité insoluble de sulfate de baryum et d'hydroxyde de sodium.

Ba(OH) 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaOH

Il s'avère que le sulfate de baryum naturel (barytine) industriellement se transforme d'abord en hydroxyde de baryum, puis sert à produire le même sulfate lors de la purification de divers systèmes salins à partir d'ions sulfate. La réaction se déroulera exactement de la même manière lors de la purification d'une solution de sulfate de cuivre des ions SO 4 2. Si vous faites un mélange d'hydroxyde de baryum + sulfate de cuivre, le résultat sera de l'hydroxyde de cuivre et du sulfate de baryum insoluble.

CuSO 4 + Ba(OH) 2 → Cu(OH) 2 + BaSO 4 ↓

Même lors d’une réaction avec l’acide sulfurique lui-même, ses ions sulfate seront complètement liés au baryum.

Utilisation dans les fluides de forage

Environ 80 % de la production mondiale de sulfate de baryum, de barytine purifiée et broyée, est consommée comme composant des fluides de forage lors de la création de puits de pétrole et de gaz. Son ajout augmente la densité du fluide pompé dans le puits afin de mieux résister à la pression élevée du réservoir et d'éviter les percées.

Lorsqu'un puits est foré, le trépan passe à travers diverses formations, dont chacun a ses propres caractéristiques. Plus la profondeur est grande, plus le pourcentage de barytine qui doit être présent dans la structure de la solution est élevé. Un avantage supplémentaire est que le sulfate de baryum est amagnétique et n’interfère donc pas avec la conduction. diverses mesures dans le puits à l’aide d’appareils électroniques.

Industrie de la peinture et du papier

La plupart des BaSO 4 synthétiques sont utilisés comme composant du pigment blanc pour les peintures. Ainsi, le blancfix mélangé au dioxyde de titane (TiO 2) est vendu comme peinture à l'huile blanche utilisée en peinture.

La combinaison de BaSO 4 et de ZnS (sulfure de zinc) produit un pigment inorganique appelé lithopone. Il est utilisé comme revêtement pour certains types de papier photographique.

Plus récemment, le sulfate de baryum a été utilisé pour éclaircir le papier destiné aux imprimantes à jet d'encre.

Application à l'industrie chimique et à la métallurgie des non-ferreux

Dans la production de polypropylène et de polystyrène, BaSO 4 est utilisé comme charge dans une proportion allant jusqu'à 70 %. Il a pour effet d'augmenter la résistance des plastiques aux acides et aux alcalis et de leur conférer également une opacité.

Il est également utilisé pour produire d'autres composés du baryum, notamment le carbonate de baryum, qui entre dans la fabrication du verre LED pour les écrans de télévision et d'ordinateur (historiquement dans les tubes cathodiques).

Les moules utilisés dans la coulée des métaux sont souvent recouverts de sulfate de baryum pour empêcher l'adhésion au métal en fusion. C’est ce qui se fait dans la fabrication des plaques de cuivre anodiques. Ils sont coulés dans des moules en cuivre recouverts d'une couche de sulfate de baryum. Une fois que le cuivre liquide s’est solidifié en une plaque d’anode finie, il peut être facilement retiré du moule.

Engins pyrotechniques

Puisque les composés de baryum émettent lumière verte Lors de la combustion, les sels de cette substance sont souvent utilisés dans des formules pyrotechniques. Bien que le nitrate et le chlorate soient plus courants que le sulfate, ce dernier est largement utilisé comme composant des flashs pyrotechniques.

Agent de contraste radiologique

Le sulfate de baryum est un agent de radiocontraste utilisé pour diagnostiquer certains problèmes médicaux. Ces substances étant opaques aux rayons X (elles les bloquent en raison de leur haute densité), puis les zones du corps dans lesquelles elles sont localisées apparaissent sous forme de zones blanches sur le film radiographique. Cela crée la distinction nécessaire entre un organe (diagnostiqué) et les autres tissus (environnants). Le contraste aidera le médecin à voir tout conditions spéciales qui peut exister dans cet organe ou cette partie du corps.

Le sulfate de baryum est pris par voie orale ou rectale avec un lavement. Dans le premier cas, elle rend l’œsophage, l’estomac ou l’intestin grêle opaques aux rayons X. De cette façon, ils peuvent être photographiés. Si la substance est administrée par lavement, le côlon ou les intestins peuvent être vus et enregistrés par radiographie.

La dose de sulfate de baryum sera différente selon les patients, selon le type de test. Le médicament est disponible sous la forme d'une suspension médicale spéciale de baryum ou sous forme de comprimés. Divers tests nécessitant un équipement de contraste et de radiographie nécessitent diverses quantités suspensions (dans certains cas, il est nécessaire de prendre le médicament sous forme de comprimés). Le produit de contraste ne doit être utilisé que sous la surveillance directe d'un médecin.

Le sulfate de baryum est substance active, qui est utilisé à des fins de diagnostic pour certaines maladies du tube digestif. C'est une poudre blanche libre, inodore et insipide ; elle est insoluble dans les solvants organiques, ainsi que dans les alcalis et les acides. Permettez-moi de regarder les caractéristiques de ce composant. Parlons des raisons pour lesquelles le sulfate de baryum est nécessaire pour la fluoroscopie, nous décrirons l'utilisation médicale de cette substance, nous décrirons ses propriétés, ce que disent les instructions.

Quel est l'effet du sulfate de baryum ?

Le sulfate de baryum est une substance radio-opaque ; il est utilisé à des fins de diagnostic, car il améliore le contraste des images radiographiques lors de la réalisation d'études pertinentes et n'est pas toxique. La radio-opacité maximale d'organes tels que l'œsophage, l'estomac et le duodénum est atteinte très rapidement, immédiatement après son administration.

Quant à l'intestin grêle, la radio-opacité survient au bout d'environ 15 minutes ou une heure et demie, tout dépendra de la viscosité du médicament et de la rapidité de la vidange gastrique immédiate. La visualisation maximale des parties distales de l'intestin grêle et du gros intestin dépendra de la position du corps du patient, ainsi que de pression hydrostatique.

Le sulfate de baryum n'est pas absorbé par le tube digestif et n'entre donc pas directement dans la circulation systémique, bien entendu, s'il n'y a pas de perforation du tractus gastro-intestinal. Cette substance est excrétée dans les selles.

Quelles sont les indications d'utilisation du sulfate de baryum ?

Un produit est prescrit pour la radiographie du tractus gastro-intestinal, notamment de l'intestin grêle, à savoir ses parties supérieures.

Quelles sont les contre-indications d’utilisation du sulfate de baryum ?

Parmi les contre-indications à l’utilisation du sulfate de baryum figurent les conditions suivantes :

Avoir une hypersensibilité à cette substance ;
Il n'est pas prescrit en cas d'obstruction du côlon ;
En cas de perforation gastro-intestinale, l'utilisation de baryum est contre-indiquée ;
Si vous avez des antécédents d'asthme bronchique ;
Lorsque le corps est déshydraté ;
Pour la colite ulcéreuse aiguë ;
Pour les réactions allergiques.

En plus de ce qui précède, cette substance n'est pas utilisée si le patient souffre de mucoviscidose; une diverticulite aiguë est également considérée comme une contre-indication.

Quels sont les effets secondaires du sulfate de baryum ?

Parmi les effets secondaires du sulfate de baryum, le mode d'emploi note les conditions suivantes : une constipation prolongée peut se développer personnage difficile, des spasmes dans certaines parties des intestins sont possibles et des diarrhées peuvent survenir.

De plus, des réactions anaphylactoïdes se développent, qui se manifestent par des difficultés respiratoires, des ballonnements douloureux, une oppression thoracique, des douleurs à l'estomac et aux intestins.

Si après la première étude radiologique de contraste, le patient a développé un Effets secondaires, vous devez absolument en informer votre médecin.

Quelles sont les utilisations et la posologie du Sulfate de Baryum ?

Pour réaliser une étude du tube digestif supérieur, une suspension de sulfate de baryum est prise par voie orale ; pour réaliser un double contraste, il faut ajouter du sorbitol, ainsi que du citrate de sodium. Dans ce cas, ce qu'on appelle la « bouillie de baryum » est préparée comme suit : 80 g de poudre sont dilués dans cent millilitres d'eau, après quoi une procédure de diagnostic est effectuée.

Pour le diagnostic radiologique du côlon, une suspension est préparée à partir de 750 g de poudre de sulfate de baryum et d'un litre d'eau. De plus, une solution de tanin à 0,5% est administrée par lavement directement dans le rectum.

A la veille de l'intervention diagnostique, il est déconseillé de manger des aliments solides. Après l'étude, vous devez consommer suffisamment un grand nombre de liquide, accélérant ainsi l’évacuation du sulfate de baryum des intestins.

instructions spéciales

Préparations contenant du sulfate de baryum (analogues)

Le médicament Bar-VIPS contient du sulfate de baryum ; il est disponible en poudre pour la préparation d'une suspension diagnostique à usage interne. Cet agent de radiocontraste a une composition complexe et présente une faible toxicité.

Le médicament suivant est Coribar-D, il est également produit sous forme de pâte, possède des propriétés adhésives prononcées et fournit une image de haute qualité du relief de la membrane muqueuse du tube digestif.

Micropack est à lui forme posologique se présente également sous forme de pâte à partir de laquelle une suspension est préparée, et le médicament est également produit sous forme de poudre. Le produit suivant est le Micropack Colon ; lorsqu'il est utilisé, vous pouvez obtenir une image claire du microrelief.

Mikropak Oral, Mikropak ST, Microtrust oesophagus pasta, Co 2-granulate, Sulfobar, Falibarit, Falibarit XDE, ainsi qu'Adsobar, tous ces médicaments de radiocontraste répertoriés contiennent également le principe actif sulfate de baryum. Ils sont produits à la fois sous forme de pâte, à partir de laquelle une suspension est préparée, et sous forme de poudre fine.

Les produits de contraste radiologiques sont utilisés à des fins diagnostiques pour identifier toute pathologie du tube digestif, notamment de l'œsophage, de l'estomac, mais aussi de toutes les parties de l'intestin. De plus, le sulfate de baryum est contenu dans le médicament du même nom.

Conclusion

Avant de procéder à une étude de contraste aux rayons X, la veille, vous devez vous abstenir de manger des aliments solides à digestion longue. Dans ce cas, un tel examen de contraste doit être prescrit par le médecin traitant conformément aux indications disponibles.