Baryum

Rozbalit box

Obsah boxu

Baryum (chemická značka Ba, latinsky Barium) je pátým prvkem 2. skupiny periodické tabulky, patří tedy mezi kovy alkalických zemin. Je to měkký, reaktivní, stříbřitě lesklý kov, který na vzduchu rychle oxiduje. V přírodě se vyskytuje pouze ve formě sloučenin, nejčastěji v minerálech baryt (síran barnatý) a witherit (uhličitan barnatý). Baryum a jeho rozpustné sloučeniny jsou toxické. Jeho nejvýznamnější využití je ve formě síranu barnatého jako součást vrtných kapalin v ropném průmyslu a jako kontrastní látka v rentgenologii. Sloučeniny barya také barví plamen a ohňostroje do charakteristické zelené barvy.

📜 Historie

Název baryum pochází z řeckého slova βαρύς (barys), což znamená "těžký", a odkazuje na vysokou hustotu jeho nejběžnějšího minerálu, barytu.

První zmínky o baryových minerálech pocházejí ze 17. století z italské Bologni. Obuvník a alchymista Vincenzo Casciarolo objevil kameny (baryt), které po zahřátí s uhlím ve tmě světélkovaly. Tento jev, známý jako fosforescence, proslavil tzv. "boloňské kameny" po celé Evropě.

V roce 1774 švédský chemik Carl Wilhelm Scheele zjistil, že baryt obsahuje nový, dosud neznámý prvek. Nedokázal ho však izolovat, pouze identifikoval jeho oxid, který nazval baryta. Podobně anglický chemik William Withering objevil v cumberlandských dolech nový minerál (witherit, uhličitan barnatý), o kterém se také prokázalo, že obsahuje oxid barnatý.

Čisté kovové baryum bylo poprvé izolováno až v roce 1808 v Londýně sirem Humphrym Davym. Podařilo se mu to pomocí elektrolýzy roztavené směsi oxidu barnatého a oxidu rtuťnatého. Davy, který podobným způsobem izoloval i další kovy alkalických zemin jako vápník, stroncium a hořčík, pojmenoval nový prvek baryum podle oxidu baryta.

🔬 Vlastnosti

физикальные свойства

Baryum je stříbřitě bílý, měkký kov, který lze krájet nožem. Svými fyzikálními vlastnostmi se podobá ostatním kovům alkalických zemin, je však hustší. Jeho hustota (3,51 g/cm³) je výrazně vyšší než hustota vápníku (1,55 g/cm³) nebo stroncia (2,64 g/cm³), což odpovídá jeho názvu ("těžký").

Krystalizuje v kubické prostorově centrované mřížce. Je paramagnetické. Baryum a jeho těkavé sloučeniny barví plamen charakteristicky do světle zelené až žlutozelené barvy. Tento jev je způsoben excitací elektronů a jejich následným návratem na nižší energetickou hladinu, při čemž dochází k emisi světla o specifické vlnové délce.

🧪 Chemické vlastnosti

Baryum je velmi reaktivní kov. Na vzduchu rychle reaguje s kyslíkem a dusíkem za vzniku vrstvy oxidu a nitridu, která ho částečně pasivuje. Kvůli své reaktivitě se musí uchovávat pod vrstvou petroleje nebo v atmosféře inertního plynu.

Reaguje bouřlivě s vodou za vzniku hydroxidu barnatého a uvolnění vodíku:

Ba + 2 H₂O → Ba(OH)₂ + H₂↑

Reaguje také s většinou kyselin za vzniku barnatých solí a vodíku. Výjimkou je koncentrovaná kyselina sírová, která na povrchu kovu vytvoří nerozpustnou vrstvu síranu barnatého (BaSO₄), jež brání další reakci.

Baryum se snadno slučuje s halogeny, sírou a dalšími nekovy. Ve svých sloučeninách vystupuje výhradně v oxidačním stavu +2 a tvoří bezbarvé, ve vodě většinou dobře rozpustné soli. Výjimkou jsou právě síran barnatý (BaSO₄), uhličitan barnatý (BaCO₃) a fosforečnan barnatý (Ba₃(PO₄)₂), které jsou prakticky nerozpustné.

🌍 Výskyt v přírodě

Vzhledem ke své vysoké reaktivitě se baryum v přírodě nevyskytuje v elementární formě. Je 14. nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře s průměrným obsahem kolem 500 ppm (parts per million).

Jeho hlavními minerály jsou:

Baryt (BaSO₄) – síran barnatý, známý také jako těživec. Je to nejběžnější a ekonomicky nejvýznamnější zdroj barya. Vyskytuje se v hydrotermálních žilách a jako sedimentární hornina.
Witherit (BaCO₃) – uhličitan barnatý. Je mnohem vzácnější než baryt.

Největší světové zásoby a produkce barytu se nacházejí v Číně, která dominuje světovému trhu. Dalšími významnými producenty jsou Indie, Maroko, Mexiko a Kazachstán. V Česku se baryt těžil v minulosti například v Příbrami nebo v Harrachově.

⚙️ Výroba

Kovové baryum se průmyslově vyrábí především dvěma způsoby:

1. Elektrolýza taveniny chloridu barnatého (BaCl₂): Jedná se o hlavní metodu výroby. Chlorid barnatý se taví při teplotě kolem 962 °C a následně se elektrolyzuje. Na katodě se vylučuje tekuté baryum a na anodě se uvolňuje plynný chlor. Proces je energeticky náročný.

Ba²⁺ + 2 e⁻ → Ba (na katodě)

2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻ (na anodě)

2. Redukce oxidu barnatého (BaO): Oxid barnatý se redukuje hliníkem nebo křemíkem ve vakuu při vysokých teplotách (kolem 1200 °C). Vznikající páry barya se následně kondenzují.

3 BaO + 2 Al → Al₂O₃ + 3 Ba

💡 Využití

Zatímco elementární baryum má jen omezené využití (např. jako getr ve vakuových trubicích k odstraňování zbytkových plynů), jeho sloučeniny jsou průmyslově velmi významné.

Síran barnatý (BaSO₄)

Více než 80 % světové produkce barytu se využívá v ropném a plynovém průmyslu. Jemně mletý baryt se přidává do vrtných kapalin (vrtného bahna). Díky své vysoké hustotě zvyšuje hydrostatický tlak v vrtu, což zabraňuje nekontrolovaným erupcím ropy a zemního plynu.

Další využití síranu barnatého:

Kontrastní látka v medicíně: Vysoce čistý BaSO₄ se používá v rentgenologii pro zobrazení trávicího traktu. Pacient vypije suspenzi síranu barnatého (tzv. "baryová kaše"), která je pro rentgenové záření nepropustná a na snímku tak zviditelní jícen, žaludek a střeva. Přestože jsou rozpustné sloučeniny barya jedovaté, BaSO₄ je díky své extrémní nerozpustnosti v vodě i v tělních tekutinách naprosto neškodný.
Plnivo: Přidává se do barev, plastů, gumy a papíru pro zvýšení hustoty, bělosti a odolnosti.
Zvuková izolace: Používá se v materiálech pro tlumení hluku, například v automobilovém průmyslu.

Další sloučeniny

Uhličitan barnatý (BaCO₃): Používá se jako jed na krysy a potkany. Dále se využívá při výrobě speciálních skel (např. pro televizní obrazovky a monitory, kde pohlcuje rentgenové záření), glazur a v cihlářském průmyslu k odstraňování rozpustných solí z hlíny.
Dusičnan barnatý (Ba(NO₃)₂) a chlorečnan barnatý (Ba(ClO₃)₂): Jsou klíčovými složkami v pyrotechnice, kde slouží jako oxidovadlo a zároveň dodávají plameni a jiskrám charakteristickou jasně zelenou barvu.
Titanát barnatý (BaTiO₃): Je feroelektrický materiál s piezoelektrickými vlastnostmi. Používá se k výrobě kondenzátorů, mikrofonů a dalších elektronických součástek.
Peroxid barnatý (BaO₂): Dříve se používal k výrobě peroxidu vodíku (Brinův proces) a jako oxidovadlo v pyrotechnice.

☣️ Biologický význam a toxicita

Baryum nemá žádný známý biologický význam pro lidský organismus. Všechny ve vodě nebo v kyselinách rozpustné sloučeniny barya jsou vysoce toxické.

Otrava baryem se projevuje podrážděním trávicího traktu, nevolností, zvracením, průjmem a svalovou slabostí. Hlavním mechanismem toxicity je narušení funkce iontových kanálů, konkrétně blokování draslíkových kanálů. To vede k poklesu hladiny draslíku v krvi (hypokalémie), což může způsobit poruchy srdečního rytmu, svalovou paralýzu a v těžkých případech i smrt v důsledku zástavy srdce nebo dýchání.

Jako protijed se podávají roztoky síranů (např. síran sodný nebo síran hořečnatý), které s ionty Ba²⁺ vytvoří v trávicím traktu nerozpustný a netoxický síran barnatý, jenž se z těla vyloučí.

Naopak nerozpustný síran barnatý (BaSO₄) je pro člověka neškodný, protože se v těle nevstřebává, a proto se může bezpečně používat jako kontrastní látka v medicíně.

🧑‍🏫 Pro laiky

Představte si baryum jako velmi energického, ale zároveň "těžkého" člena rodiny kovů.

Jak vypadá? V čisté formě je to stříbrný a měkký kov, ale na vzduchu okamžitě zčerná, protože se snaží reagovat se vším kolem sebe. Je to takový "stydlín", který se hned schová pod tmavou vrstvu.
Proč se jmenuje "těžké"? Jeho název pochází z řeckého slova pro "těžký". A to proto, že jeho nejběžnější kámen, baryt, je na svou velikost překvapivě těžký.
Kde ho najdeme v běžném životě?
- 1. U lékaře:** Pokud jste někdy podstoupili rentgen žaludku, pravděpodobně jste pili hustou bílou tekutinu. To byl neškodný síran barnatý, který "zviditelnil" vaše vnitřnosti pro rentgenové paprsky.
- 2. V ohňostrojích:** Ta krásná jasně zelená barva v rachejtlích? To je hořící baryum.
- 3. Při těžbě ropy:** Když se vrtá hluboko do země pro ropu, používá se husté bahno s příměsí barytu, aby tlak plynu nevytlačil ropu ven příliš rychle. Baryt funguje jako "zátka".
Je jedovaté? Ano i ne. Záleží na formě. Rozpustné sloučeniny barya jsou velmi jedovaté. Ale ten bílý prášek u lékaře (síran barnatý) je tak nerozpustný, že vaším tělem jen projde, aniž by se vstřebal, a je tedy bezpečný. Je to jako mít v ruce klíč od trezoru (jedovaté ionty), ale trezor (nerozpustná sloučenina) je zamčený a klíč nelze použít.

Šablona:Aktualizováno