Barium

Barium ist auch der lateinische Name der Stadt Bari in Italien, dieser Artikel beschäftigt sich mit dem chemischen Element Barium. Wenn nicht anders angegeben wurden Normalbedingungen und SI-Einheiten benutzt.

Stellung im Periodensstem

Caesium - Barium - Lanthan
Sr Ba Ra
	Periodensystem der Elemente, Barium hervorgehoben Periodensystem der Elemente, Barium hervorgehoben Periodensystem

Barium ist ein chemisches Element im Periodensystem mit dem Symbol Ba und der Ordnungszahl 56 . Barium ist ein hochgiftiges Erdalkalimetall und ein Periode-6-Element, es wurde erstmals 1774 von Carl Wilhelm Scheele identifiziert. Barium sieht im reinen Zustand silbrigweiß aus und kommt allerdings in der Natur, wegen seiner hohen Reaktivität, nicht im reinem Zustand vor.

Eigenschaften

Isotope und radioaktive Eigenschaften

Barium hat sieben stabile Isotope, von diesen ist ¹³⁸Ba mit 71,8% das am häufigsten in der Natur vorkommende Isotop. Desweiteren hat Barium 24 weitere radioaktive Isotope von denen ¹³³Ba mit 10,5 Jahren den längsten und ¹⁴⁸Ba mit 0,64 Sekunden den kürzesten Halbwertszeit aufweist, die meisten dieser radioaktiven Isotope weisen einen Halbwertzeit von wenigen Sekunden.Hier sind zehn Isotope dargestellt für weitere siehe unter den Weblinks:

Isotop	n. Häufigkeit	Atomgewicht	Spin	Halbwertzeit	Zerfallsmodus	ZE MeV	Zerfallsprodukt	Larmorfrequenz T
¹³⁰Ba	0,106 %	129.9063	0+	¹³⁰Ba ist stabil mit 74 Neutronen	%	%	%
¹³¹Ba	0%	130.9069	1/2+	11.50d	ε	1.370	¹³¹Cs
¹³²Ba	0,101 %	131.9051	0+	¹³² Ba ist stabil mit 76 Neutronen	%	%	%
¹³³Ba	0%	132.906	1/2+	10.51 y	ε	0.517	¹³³Cs
¹³⁴Ba	2,417 %	133.9045	0+	¹³⁴Ba ist stabil mit 78 Neutronen	%	%	%
¹³⁵Ba	6,592 %	134.9057	3/2+	¹³⁵Ba ist stabil mit 79 Neutronen	%	%	%	19,9 MHz
¹³⁶Ba	7,854 %	135.9046	0+	¹³⁶Ba ist stabil mit 80 Neutronen	%	%	%
¹³⁷Ba	11,23 %	137.9058	3/2+	¹³⁷Ba ist stabil mit 81 Neutronen	%	%	%	22,2 MHz
¹³⁸Ba	71,7 %	137.9052?	0+	¹³⁸Ba ist stabil mit 82 Neutronen	%	%	%
¹³⁹Ba	0%	138.9088	7/2-	83.06m	β-	2.317	¹³⁹La
¹⁴⁰Ba	0%	139.9106	0+	12.752 d	β-	1.047	¹⁴⁰La

Physikalische-chemische Eigenschaften

Physikalisch
Molares Volumen	38,16 · 10^-3 m³/mol
Verdampfungswärme	142 kJ/mol
Schmelzwärme	7,75 kJ/mol
Dampfdruck	98 Pa bei 371 K
Schallgeschwindigkeit	1620 m/s
Elektronegativität	0,89 (Pauling-Skala)
Spezifische Wärmekapazität	204 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	3 · 10⁶/m Ohm
Wärmeleitfähigkeit	18,4 W/(m · K)
1. Ionisierungsenergie	502,9 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	965,2 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	3600 kJ/mol

Aussehen von Bariumstücken, die schon mit einer leichten Oxidschicht überzogen sind.

Barium ist ein festes, paramagnetisches Erdalkalimetall, das in einem kubisch-raumzentrierten Gitter kristallisiert. Barium verhält sich chemisch ähnlich wie Calcium und den anderen Erdalkalimetallen, es ist eines der unedelsten Metalle; es reagiert heftig mit Wasser und mit Sauerstoff (heftiger als die meisten anderen Erdalkalimetalle), es löst sich leicht in fast allen Säuren außer konzentrierter Schwefelsäure, da hier die Bildung einer Sulfatschicht die Auflösung verhindert, wegen dieser hohen Reaktivtät wird es unter Schutzflüssigkeiten aufbewahrt (siehe Vorsichtsmaßnahmen). Es zählt mit einer Dichte von 3,62 g/cm³(bei 20° C) zu den Leichtmetallen. Es ist ziemlich weich allerdings härter als Blei und die anderen Erdalkalimetalle, es weist eine Mohshärte von 1,25 auf. Barium schilzt mit einem Schmelzpunkt von 1000 K (727° C) und einem Siedepunkt von 1913 (1640° C) K erst bei relativ hohen Temperaturen. Es sieht silberweiß aus, an der Luft wird es schnell mattgrau, weil es eine Oxidschicht bildet, diese sieht dann wie auf dem linken Bild aus. Barium weist eine grün bis fahlgrüne Flammenfärbung auf.

Eigenschaften des isolierten Bariumatoms

Datei:Barium (Elektronenbestzung).png

Elektronenanordnung des Bariums nach dem Bohrschen Atomodell(Das Bohrsche Atommodel ist veraltet, siehe dazu den entsprechenden Artikel, und dient hier nur zu Anschauungszwecken

Barium hat ein Atomgewicht von 137,327 amu, welches sich aus den Atomgewichten der sieben stabilen Isotope zusammensetzt. Der Atomradius beträgt 215 pm (berechnet: 253 pm), der kovalente Radius 198 pm. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe]6s².Für die Elektronen pro Energienivau siehe die das linke Atommodell. Barium kommt in Verbindungen zweifach positiv (basisch) geladen vor.

Geschichte

Barium (griechisch "barys" bedeutet "schwer"), an sich ist zwar ein Leichtmetall, aber die erste Verbindung, die noch vor der Entdeckung des Bariums bekannt war, das Bariumsulfat, hat eine hohe Dichte, hierher ruht der Name, der auf die hohe Dichte hinweist. Bariumoxid wurde 1774 vom schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele erstmals identifiziert, als er Braunstein untersuchte, zwei Jahre später fand Johan Gottlieb Gahn die gleiche Verbindung bei Untersuchungen von Bariumsulfat. Barium als Metall wurde zuerst 24 Jahre später (1808) von Sir Humphry Davy in England entdeckt, als dieser galvanischen Versuche zur Zerlegung von Bariumoxid durchführte, allerdings war dieses sehr unrein. Barium mit einem hohen Reinheitsgehalt (99,9%) konnte erst 1901 hergestellt werden.

Vorkommen

Barium kommt wegen seiner hohen Reaktivität in der Natur nur in Verbindungen vor, die Erdkrustenhäufigkeit liegt bei 0,03% und Barium kommt somit am 14.häufigsten in der Erdkruste vor.

Barium wird vor allem im Mineral Baryt (oder Schwerspat, kristallisiertes Bariumsulfat) gefunden und aus diesem gewonnen. Die deutschen Vorkommen von Bariumverbindungen liegen im Sauerland, Harz und in Rheinland-Pfalz, das größte Vorkommen der Welt findet sich in Meggen (Westfalen), abbauwürdige Vorkommen von Bariumverbindungen finden sich weltweit, die Hauptförderländer von Barium sind China, Mexiko, Indien, Türkei, USA, Deutschland, Marokko, Irland und Frankreich.

Gewinnung

Jährlich werden etwa 4 bis 6 Millionen Tonnen Barium zu meist über die Verbindung Bariumsulfat gewonnen. Es wird technisch aus Baryt über sein Sulfid und Carbonat in Bariumoxid umgewandelt, das dann mit Silizium oder Aluminium oder ähnlichen Metallen zum Metall reduziert wird. Reaktionsgleichung zu dieser technischen Herstellung:

$BaSO_{4}+2C\rightarrow BaS+CO_{2}$
Bariumsulfat reagiert mit Kohlenstoff zu Bariumsulfid und Kohlendioxid.

$BaS+H_{2}O+CO_{2}\rightarrow BaCO_{3}+H_{2}S$
Bariumsulfid wird mit Wasser und Kohlendioxid versetzt und reagiert zu Bariumcarbonat und Schwefelwasserstoff.

$BaCO_{3}\rightarrow BaO+CO_{2}$
Das Bariumcarbonat fällt aus dem Wasser aus, weil es unlöslich ist, Bariumcarbonat zerfällt beim Erhitzen zu Bariumoxid und Kohlenstoff.

$3BaO+2Al\rightarrow Al_{2}O_{3}+3Ba$
Bariumoxid reagiert mit Aluminium zu Aluminiumoxid und reinem Barium.

Hochreines Barium wird durch Elektrolyse von geschmolzenem Bariumchlorid hergestellt

Anwendungen

Elementares Barium findet nur wenige Anwendungen wie zum Beispiel in Spezialbereichen wie der Metallurgie und bei Vakuumanlagen. Es wird gelegentlich auch als Zusatz für Metalllegierungen benutzt und ist Bestandteil vieler Hochtemperatursupraleiter. Seine Verbindungen, wie Bariumsulfat,Bariumcarbonat und Bariumchlorid und weitere (siehe Verbindungen) finden hingegen trotz ihrer meist giftigen Wirkung vielfach Anwendungen. Beispiele für die Anwendungen von Bariumverbindungen:

Bariumsulfat wird als "Permanentweiß" für Farben und in der Medizin als Röntgenkontrastmittel verwendet
Bariumcarbonat ist ein wirksames Rattengift und wird in der Glasindustrie verwendet.
Unreines Bariumsulfid phosphoresziert nach Lichteinwirkung
Bariumoxid dient zur Herstellung von Spezialgläsern mit hohem Brechungsindex
Bariumnitrat wird wegen seiner brandfördernen Eigenschaften und der grünen Flammenfärbung in der Pyrotechnik benutzt
Bariumchlorid wird zum Härten von Stahl und als Indikator benutzt

Vorsichtsmaßnahmen

Alle wasser- oder säurelöslichen Bariumverbindungen sind hochgiftig. Reines Barium wirkt schon in Mengen ab 300 mg tödlich. Erste Hilfe kann durch Zugabe von Natriumsulfatlösung erfolgen.

Wegen der leichten Oxidierbarkeit und um rein zu bleiben, sollte Barium unter Luftabschluss in geeigneten sauerstofffreien Flüssigkeiten wie z. B. Benzin aufbewahrt werden oder inerten Gasen, was weniger verbreitet ist, weil diese flüchtig sind.

Verbindungen

Manche Verbindungen sind für ihre hohe Dichte bekannt, wie sein Sulfat, dessen Name "Schwerspat" darauf zurückzuführen ist, obwohl Barium selbst ein Leichtmetall ist. Bariumverbindungen verbrennen mit grüner Flamme.Alle wasser- oder säurelöslichen Bariumverbindungen sind hochgiftig. In Verbindungen kommt Barium immer zweifach positiv vor. Bariumverbindungen(siehe für deren Anwendungen ind Anwendungen nach) :

Weblinks

Literatur

Autor:Harry H. Binder,Lexikon der chemischen Elemente. Hirzel, Stuttgart,Februar 1999, ISBN:3777607363
Autor:Ekkehard Fluck, Klaus G. Heumann Periodensystem der Elemente, Tafel . Oktober 2002, ISBN:3527307168