باریم چیست و چه کاربردی دارد؟
باریم چیست؟
باریم (Barium) یک عنصر شیمیایی فلزی، نرم رنگی متمایل به سفید دارد که در گروه فلزات قلیایی خاکی جدول تناوبی قرار دارد. جالبه بدانید این عنصر در طبیعت هرگز به حالت آزاد یافت نمیشود، زیرا بسیار واکنش پذیر است و به سرعت با اکسیژن و رطوبت هوا ترکیب شده و لایهای از اکسید و هیدروکسید روی سطح آن تشکیل میدهد.
| عنوان مشخصه | توضیحات |
|---|---|
| نام ماده شیمیایی | باریم |
| نام لاتین (انگلیسی) | Barium |
| نام دیگر | نام دیگری ندارد |
| فرمول شیمیایی | Ba |
| عدد اتمی | ۵۶ |
| جرم اتمی | ۱۳۷.۳۳ g/mol |
| حالت استاندارد (۲۵°C) | جامد (فلز) |
| رنگ و ظاهر | نقرهای-سفید، براق و نرم |
| حلالیت در آب | شدیداً واکنش میدهد (حل نمیشود، واکنش میدهد) |
| نقطه ذوب | ۷۲۷ درجه سانتیگراد |
| نقطه جوش | ۱۸۴۵ درجه سانتیگراد |
| چگالی | ۳.۶۲ گرم بر سانتیمتر مکعب |
| سختی (مقیاس موس) | حدود ۱.۲ |
آلیاژهای باریم
برخلاف فلزاتی مانند آلومینیوم یا مس، خود فلز باریم به خاطر نرمی، واکنش پذیری و سنگینی به ندرت به عنوان عنصر اصلی در آلیاژهای تجاری استفاده میشود. در عوض، باریم بیشتر نقش عنصر افزودنی (جزء کوچک اما کلیدی) را در آلیاژهای دیگر ایفا میکند. در اینجا ۴ مورد از پرکاربردترین آلیاژهایی که باریم در آنها نقش حیاتی دارد، معرفی میکنم:
۱. فروباریم (Ferrobarium)
مهمترین آلیاژ باریم است. فروباریم به عنوان اکسیژن زدا و گوگردزدا در تولید فولاد استفاده میشود. باریم با اکسیژن و گوگرد موجود در فولاد مذاب ترکیب شده و آنها را به صورت سرباره حذف میکند. این کار باعث میشود فولاد تمیزتر، چکشخوارتر و مقاومتر به خوردگی شود. معمولاً 30 تا 60 درصد این آلیاژ را باریم تشکیل می دهد.
۲. آلیاژ آلومینیوم-باریم
افزودن باریم به آلومینیوم، سیالیت آلیاژ را در حالت مذاب بهبود میبخشد و ریختهگری قطعات ظریف را آسانتر میکند. همچنین اندازه دانه های بلوری آلومینیوم را ریزتر کرده و مقاومت به خزش یا تغییر شکل در دمای بالا را افزایش میدهد. این آلیاژها در ساخت قطعات خودرو و بدنه برخی ماشین آلات صنعتی سبک کاربرد دارند. در این آلیاژ مقدار باریم معمولاً کمتر از 10 درصد می باشد.
۳. آلیاژ منیزیم-باریم
منیزیم بسیار سبک اما ضعیف است. باریم با ایجاد محلول جامد، استحکام و سختی منیزیم را به طور قابل توجهی افزایش میدهد بدون اینکه وزن زیادی به آن اضافه کند. همچنین باریم، مقاومت به خوردگی منیزیم را در محیط های مرطوب بالا میبرد. از این آلیاژ در صنایع هوافضا بخصوص قطعات داخلی هواپیما، بدنه لپتاپ های نظامی و قطعات سبک خودروهای مسابقه ای استفاده میشود. این آلیاژ معمولاً ۱ تا ۱۰ درصد باریم دارد.
۴. آلیاژ سرب-باریم (Lead-Barium)
قدیمیترین کاربرد باریم در آلیاژها مربوط به باتری های اسیدی-سربی است. اضافه کردن مقدار ناچیز باریم به صفحات سربی، سختی و استحکام مکانیکی آنها را افزایش داده و از تاب برداشتن صفحات در اثر شارژ جلوگیری میکند. همچنین مقاومت به خوردگی در برابر اسید سولفوریک را بهبود میبخشد. امروزه باتریهای خودروها از سرب-کلسیم استفاده میکنند، اما در برخی باتریهای صنعتی سنگین هنوز از سرب-باریم بهره میبرند.
در این آلیاژ مقدار خیلی کمی باریم استفاده می شود، چیزی حدود کمتر از کمتر از ۱ درصد.
ترکیبات باریم
۱. سولفات باریم
مهمترین ترکیب باریم از نظر حجم مصرف. ماده معدنی طبیعی آن باریت نام دارد. این ترکیب به شدت نامحلول در آب و برخلاف اکثر ترکیبات باریم غیرسمی است. کاربرد اصلی آن در گل حفاری صنعت نفت، ماده حاجب رادیولوژی و تولید رنگ سفید مخصوص (لیتوپون) است.
۲. کربنات باریم
ترکیب کربنات باریم یکی از پرمصرفترین ترکیبات در صنایع بشمار می رود. این ماده به صورت پودر سفید و نامحلول در آب است، اما در اسیدها حل میشود و دیاکسید کربن آزاد میکند. این ترکیب بیشتر در تولید شیشه های اپتیکال و کریستال، ساخت آجرهای مغناطیسی (فریت باریم)، سم موش و تصفیه آب و شکر کاربرد دارد.
۳. کلرید باریم
یکی از محلولترین نمکهای باریم در آب و بسیار سمی است. معمولاً به صورت دیهیدرات با بلورهای بیرنگ دیده میشود. از مهمترین ترکیبات این ماده میتوانیم به تولید سایر ترکیبات باریم مثل سولفات و کربنات باریم، تصفیه آب و فاضلاب، صنعت چرمسازی و تولید رنگدانه های سبز در آتشبازی اشاره کرد.
۴. نیترات باریم
یک ماده اکسیدکننده قوی و منبع اصلی تولید رنگ سبز زنده در آتشبازی و مواد محترقه است. به صورت بلورهای سفید و محلول در آب میباشد. مهمترین کاربرد نیترات باریم در صنایع نظامی و در شیمی تجزیه برای شناسایی یون سولفات می باشد.
۵. اکسید باریم
به آن باریا (Baria) نیز میگویند. یک جامد سفید با نقطه ذوب بسیار بالاست که با آب به شدت واکنش داده و هیدروکسید باریم تولید میکند. کاربرد اصلی آن در پوشش داخلی لامپهای خلأ (به عنوان جاذب گازها) و ساخت شیشههای مخصوص (افزایش ضریب شکست نور) است. همچنین در کاتدهای گرمایی و صنایع سرامیکی نیز کاربرد دارد.
۶. هیدروکسید باریم
به عنوان آب باریت نیز شناخته میشود. این ترکیب قلیایی قوی است و در آب محلول میباشد. معمولاً به شکل اکتاهیدرات (Ba(OH)₂·8H₂O) با بلورهای بیرنگ یافت میشود. کاربردها: تیتراسیون اسید-باز در شیمی تجزیه، تولید روانکنندهها و پایدارکنندههای پلاستیک، تصفیه شکر (حذف سولفاتها از ملاس) و ساخت سایر ترکیبات باریم.
فرق آلیاژ باریم با ترکیبات باریم در چیست؟
اگر فلز باریم با یه فلز دیگر ترکیب شود، به آن میگن آلیاژ باریم ولی اگر فلز باریم با یه نافلز مثل اکسیژن، گوگرد و کلر ترکیب شود، به آن ترکیبیات باریم می گویند. در این حالت باریم خاصیت فلزی را از دست داده و به حالت نمک یا اکسید شده در میاد.
کاربردهای باریم
باریم عموماً به خاطر ویژگی هایی که دارد، خیلی کم در صنعت بصورت خالص استفاده می شود و اغلب با مواد دیگر ترکیب می شود.
- حذف ناخالصیها در صنعت الکترونیک
- تولید رنگ سبز در آتشبازی و مواد محترقه
- ساخت شیشههای مخصوص مثل اپتیکال و کریستال
- صنعت حفاری نفت و گاز (گل حفاری)
- تولید فروباریم که در صنعت ریخته گری کاربرد دارد
- صنایع پزشکی بویژه در رادیولوژی
شرایط ایمنی و نگهداری(msds)
نگهداری باریم خالص به دلیل واکنش پذیری فوق العاده بالا نیازمند شرایط خاص و کنترل شده ای است. این فلز باید کاملاً در زیر یک لایه نفت سفید، نفت پارافین یا یک حلال بی اثر دیگر (مانند کروزن) و در ظروف کاملاً در بسته و مقاوم به رطوبت نگهداری شود. تماس حتی با رطوبت کم هوا می تواند باعث اکسید شدن و خطر آتش سوزی خود به خودی گردد.
بنابراین انبارهای نگهداری باریم باید خشک، خنک، دارای تهویه مناسب و به دور از هرگونه منبع جرقه، شعله یا مواد اکسیدکننده باشند. در هنگام کار با باریم، استفاده از دستکش های مقاوم به مواد شیمیایی، عینک ایمنی تمام پوش، روپوش مخصوص و در صورت امکان هود آزمایشگاهی اجباری است. به هیچ عنوان نباید باریم را با آب، اسیدها، حلال های هالوژنه و عوامل اکسید کننده قوی تماس داد زیرا واکنش آن شدید و همراه با تولید گاز هیدروژن قابل اشتعال است. در صورت بروز آتش سوزی، هرگز از آب استفاده نکنید و از کپسول های پودر خشک کلاس D (مخصوص فلزات) یا ماسه خشک بهره ببرید.
خطرات و عوارض باریم
همه ترکیبات محلول باریم و خود فلز باریم بسیار سمی هستند و از راه بلع یا استنشاق وارد بدن میشوند. باریم با مهار کانالهای پتاسیمی در سلولهای عصبی و عضلانی، یک سم عضلانی قوی است که باعث تحریک بیش از حد و سپس فلج عضلات میشود. علائم مسمومیت حاد شامل ترشح بزاق، تهوع، استفراغ، دلپیچه، اسهال خونی، ضعف عضلانی، لرزش و بیحسی صورت و گردن است.
در موارد شدید، فلج تنفسی، آریتمی قلبی و ایست قلبی رخ میدهد. مسمومیت مزمن نیز باعث ضعف عمومی، تنگی نفس، آسیب کلیوی و اختلالات عصبی میشود. سولفات باریم به دلیل نامحلول بودن استثناست، اما استنشاق گرد و غبار آن برای ریه مضر است. درمان مسمومیت با شستشوی معده با سولفات سدیم یا منیزیم انجام میشود.
