Реферат

Барій та його сполуки

Виконав студент: Глушков А.М

Прийняв викладач:

Красноярськ, 2002 р .

Зміст
ВСТУП 3
ПОШИРЕНІСТЬ У ПРИРОДІ 3
ОТРИМАННЯ МЕТАЛЕВОГО барію 4
Термічне розкладання гідриди Ва (NH3) 6 6
Електроліз хлориду барію 6
Очищення 6
ХІМІЧНІ І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ 6
ЗАСТОСУВАННЯ 8
Сполуки (ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ) 8
Неорганічні сполуки 9
ОТРИМАННЯ ТІТОНАТА барію 12
Використання тітоната барію в радіоелектроніці 15
Список використаних джерел 16

ВСТУП

Важкий шпат, BaSO4, був першим відомим з'єднанням пан. Йоговідкрив на початку XVII ст. італійський алхімік Касціароло. Він же встановив,що цей мінерал після сильного нагрівання з вугіллям світиться в темрявічервоним світлом і дав йому назву «ляпіс соларіс» (сонячний камінь).

Окис барію ВаО відкрив у 1774 р. Шеєле. Він назвав її «важкоїземлею ». У 1797 р., прожарюючи нітрат барію, Вокелен отримав: окис барію.
Карбонат барію був відкритий в 1783 р. в Шотландії, і названий «вітеріту».

Металевий барій вперше отримав Деві в 1808 р. Назва,
«Барій» походить від слова «Барис» (важкий).

ПОШИРЕНІСТЬ У ПРИРОДІ

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 утриманнястронцію. Нижче перераховані найважливіші мінерали барію:

Барит (персидский шпат), BaSO4, містить 65,7 Ва0, зустрічається ввигляді гранул або безбарвних прозорих трубчастих кристалів (інодізабарвлених домішками в жовтий, коричневий, червоний, сірий, блакитний, зеленийабо 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 сульфатстронцію (барітоцелестін), сульфат свинцю і радію.

Барит застосовують в хімічній промисловості для одержання солейбарію, що використовуються в піротехніку, виробництві фарб і лаків, паперовоїпромисловості, для приготування фотопаперу, цементування пухких порідпід час буріння нафтових свердловин, захисного облицювання стін рентгенівськихкамер.

Вітер, ВаСОз, містить 77,7% Ва0. Зустрічається в невеликихкількостях в Росії, Англії, Японії, США. Це біла маса з сіруватим абожовтим відтінком; твердість 3-3,5 за шкалою Mooca, щільність 4,25-4,35 г/см ".
Деякі різновиди вітеріту містять карбонат кальцію або карбонатстронцію (ВаСО3 * СаСО3, ВаСО3 * SrСО3).

Гіалофан (барієвої польовий шпат) K2Ba [AI2Si4O12], зустрічається у виглядіпрозорих безбарвних (або забарвлених домішками в жовтий, блакитний, червонийкольору) Моноклінна кристалів з щільністю 2,6-2,82 г1смР.

Відомі також інші мінерали барію: барієвої брюстеріг SrBa [Al2Si6O16 (OH) 2] * 3H20, барієвої апатит
[Ba10 (PO4) 6] Cl2, барієва селітра Ba (NO3) 2

З'єднання барію знайдені в багатьох силікатних і вапняковихпородах, підземних і морських, водах, на сонці.

ОТРИМАННЯ МЕТАЛЕВОГО барію

Металевий барій отримують металлотерміческім відновленнямокису або хлориду барію, термічним розкладом гідриди нітриду баріюабо Ba (NH.3) e, електролізом розплавленого хлориду барію (сумішей BaCl2 і
NaCI, BaCI2 і BaF2) або насиченого розчину BaCI2 * H2O на ртутному катоді.
Щоб уникнути контактів з повітрям всі ці процеси ведуть у вакуумі абозахисній атмосфері. У процесі промислової переробки бариту або вітерітуотримують хлорид або окис барію, з яких металлотерміческімвідновленням виробляють технічний барій (див. схему 1).

Схема 1 Відновлення окису або хлориду барію

У промисловості металевий барій отримують термічнимвідновленням окису барію порошком металевого алюмінію (надлишок) притемпературі 1200-1250 °. Процес іде у вакуумі (0,1 мм рт. Ст .).

ЗВаО + 2А1 = ЗВа + Аl2О3 - 25 ккал

Відновлення проводиться в кварцових або герметичних фарфоровихкапсулах. Після видалення повітря струмом водню в них створюється вакуум,потім окис барію та порошок алюмінію протягом 2-3 год нагрівають притемпературі 1250 °. Після закінчення відновлення нагрівання припиняють. Післяохолодження перед розбиранням встановлення в неї подають сухе повітря.

силікотермічним відновлення окису барію проводиться у вакуумі всталевий трубці (температура 1200 °):

ЗВаО + Si = 2Ва + ВаSiO3 - 37 ккал

У процесі магнійтерміческого відновлення окису барію у вакуумівиходить металевий барій. У цьому випадку утворюється проміжнийоксид Ba2O:

2ВаО + Mg = Ba2O + Mg0 Вa2О = Ва0 + Ва

При цінкотерміческом відновлення окису барію у вакуумі утворюєтьсясплав цинку та барію.

Металлотерміческое відновлення хлориду барію натрієм, калієм абометалевим цинком у вакуумі призводить до утворення сплавів барію знатрієм, барію з калієм і барію з цинком. Якщо відновлення хлориду баріюйде при нагріванні з карбідом кальцію CaC2, утворюється сплав барію ікальцію.

Термічне розкладання гідриди Ва (NH3) 6

Термічна вакуумна дисоціація гідридах барію (900-1000 °), нітриду
Ва3N2 (160-180 °) та Ва (NH3) 6 (кімнатна температура) супроводжуєтьсяутворенням металевого барію.

Електроліз хлориду барію

При електролізі розплавленого хлориду барію (або розплавленоїсуміші BaCl2-NaCI, BaCl2 - BaF2) з розплавленим свинцевим або олов'янимкатодом утворюються сплави барію зі свинцем або оловом. Під час електролізунасиченого розчину хлориду барію на ртутному катоді утворюється амальгамабарію.

електролітичним методом внаслідок трудомісткості практично невикористовується в промисловості.

Очищення

Сирий металевий барій очищають перегонкою у вакуумі (1-1,5 мм рт. ст.,температура 800 °) в апаратурі, подібної яка застосовується для очищення магнію.

ХІМІЧНІ І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Барій - білий сріблястий метал з об'ємно-центрованої кубічноїгратами (модифікація?-Ва стійка нижче 375 °, модифікація?-Ва - від 375до 710 °). Щільність барію 3,74 г1см3, твердість 3 за шкалою Мооса (твердішесвинцю). Ковкий метал. При забруднення ртуттю стає крихким. Т. пл.
710 °, т. кип. 1696 °. Солі барію фарбують полум'я газового пальника в жовто -зелений колір.

Найважливіший радіоактивний ізотоп барію - (? - і?-активний 140Ва --утворюється при розпаді урану, торію та плутонію; період напіврозпаду 13,4дня. 140Ва витягують хроматографічних із суміші продуктів розпаду. Розпадізотопу 140Ва супроводжується виділенням радіоактивного 140La.

При опроміненні цезію Дейтрон утворюється ядерний ізотоп 133Ва зперіодом напіврозпаду 1,77 днів. Зі свинцем, нікелем, сурмою, оловом ізалізом барій утворює сплави.

Барій хімічно активніше кальцію та стронцію. Металевий барійзберігають у герметичних посудинах під петролейним ефіром або парафіновим маслом.
На повітрі металевий барій втрачає блиск, покривається коричнево -жовтою, а потім сірою плівкою окису і нітриду:

Ва + 1/202 = Ва0 + 133,1 ккал.

ЗВа + N2 = Ba3N2 + 89,9 ккал

Під дією галогенів металевий барій утворює безводнігалогеніди ВаХ2 (X == F?, С1?, ВГ?, I?). Металевий барій розкладаєводу:

Ва + 2Н2О = Ва (ОН) 2 + 112 + 92,5 ккал

Розчинення металевого барію в рідкому аміаку (-40 ")супроводжується утворенням Аміакати Ba (NH3) 6-При звичайній температурібарій реагує з двоокисом вуглецю:

5Ва + 2C02 = ВаС2 + 4Bа0

Металевий барій - сильний відновник. З його допомогою привідновленні хлориду америцію (1100 °) і фториду кюрія (1300 °) булиотримані елементи америцій (N 95) та кюрій (N 96). При високій температурібарій відновлює закис вуглецю, а що виділяється вільний вуглецьреагує з барієм з утворенням карбіду ВаС2.

Наведена нижче схема ілюструє хімічну активність барію.

Розчинні солі барію надзвичайно отруйні. Введений внутрішньовеннохлорид барію миттєво викликає смерть. Карбонат і сульфіт барію отруйні,тому що вони розчиняються в соляній кислоті, що міститься в шлунковомусоку.

ЗАСТОСУВАННЯ

Металевий барій застосовується для металлотерміческоговідновлення америцію і кюрія, в антифрикційних сплавах на основісвинцю, а також у вакуумній техніці. Сплави свинець - барій витісняютьполіграфічні сплави свинець - сурма.

сполуки (ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ)

Відомі численні сполуки, в яких барій присутній увигляді двовалентного катіона. Іон Ва2 + безбарвний, має стійкувосьміелектронную конфігурацію. Радіус іона 1,34 А. Він володієвідносно великим обсягом і слабко вираженою тенденцією до поляризації,тому не утворює стійких комплексних сполук. Гідроокис Ba (OH) gє сильне підставу.

Неорганічні з'єднання

Гідриди барію, ВаН2, одержують нагріванням металевого барію, сплавівкадмій - барій, ртуть - барій або окису барію в атмосфері водню:

Ва + Н2 = ВаН2 + 55 ккал Ва0 + 2Н2 = BaH2 +
Н2О

BaH2 - сірувато-білі кристали з щільністю 4,21 г/см3. Вище 675 ° С вонипіддаються термічній дисоціації. Гідрид барію розкладає воду івзаємодіє з азотом, соляною кислотою і аміаком.

Гідриди барію застосовують як каталізатора реакцій гідрогенізації.

Окис барію, ВаО, отримують безпосереднім синтезом з елементів.
Крім того, використовують термічне розкладання гідроксиду, перекису,карбонату або нітрату барію. Застосовують також прожарювання суміші карбонатубарію з вугіллям, сульфату барію з односерністим залізом або нагріваннясульфіду барію з окисом магнію і водою.

ВаО являє собою кубічні (грати типу NaCI) абогексагональних безбарвні кристали (або білий аморфний порошок), дужегігроскопічні, з щільністю 5,72 г/см3 (для кубічної модифікації) та 5,32г/см3 (для гексагональної) і твердістю 3,3 за шкалою Mooca; т. пл. 1923 °,т. кип. 2000 °. Ва0 люмінесцирує під дією ультрафіолетових променів іфосфоресціюючий в рентгенівських променях.

Розчиняючись у воді, окис барію дає гідроксид барію Ba (OH) 2. Увідміну від оксидів кальцію та стронцію окис барію при температурі 500 ° впомітних кількостях поглинає двоокис вуглецю. На холоду окис баріювзаємодіє з хлором, а при нагріванні - з киснем, сіркою, азотом,вуглецем, двоокисом сірки, сірковуглецем, двоокисом кремнію, двоокисомсвинцю, окисом заліза, хрому, а також із 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. У результаті заміщення в цементі окису кальцію окисом баріюотримують цементи з винятковою стійкістю по відношенню до води,що містить сульфат-іони.

Перекис барію, ВАО2, отримують, сильно прожарюючи гідроокис, нітратабо карбонат барію в струмі повітря в присутності слідів води. Інші способиотримання: безпосередній синтез з елементів при нагріванні,прожарювання окису барію з окисом міді, нагрівання окису барію з хлораткалію, нагрівання окису барію до 350 °, дегідратація кристалогідрат

BaO2 * 8H2O при 120 °:

Ва + 02 = Ва02 + 145,7 ккал Ba0 + СВЗ =
Ва02 + Сu

Ba0 +1/2 02 = Ва02 + 12,1 ккал 3ВаО + КclO3
= ЗВа02 + КСl

Ba02 являє собою білий порошок парамагнітний з щільністю 4,96г1см3 і т. пл. 450 °. Він розкладається до Ba0 (600 °) або до кисню (795 °),стійкий при звичайній температурі (може зберігатися роками), поганорозчиняється у воді, спирті та ефірі, розчиняється в розведених кислотах.

Термічне розкладання перекису барію прискорюють оксиди - СЕО, Cr2O3,

Fe2 O3 і Cu0.

Відомі кристалогідрати BaO2 * 8H2O і BaO2H2O. Октагід-рат Ba02 • H2Oотримують дією перекису водню на баритові поду в слабколужнихрозчинах, а також обробкою на холоді розчину хлориду пли гідроокисубарію перекисом натрію:

Ва (ОН) 2 + H2O2 + 6H2O = Ва02 * 8Н2О

BaO2 * 8H2O виділяється у вигляді безбарвних гексагональних кристалів,важко розчинних у воді, спирті, ефірі. Нагріте з перекисом водню цез'єднання перетворюється на жовте речовина - надперекнсь барію ВаО ^.

Перекис барію реагує при нагріванні з воднем, сіркою, вуглецем,аміаком, солями амонію, ферріціанідом калію і т. д.

З концентрованою соляною кислотою перекис барію реагує, виділяючихлор:

ВаO2 + 4НС1конц. = BaCl2 + Cl2 + 2H2O

Перекис барію відновлює солі благородних металів (володіютьмалої хімічної активністю) до відповідного металу. Перекис баріюзастосовують для отримання перекису водню, в запалювальних бомбах, а такожяк каталізатор крекінг-процесу.

BaO2 • H2O2 являє собою жовті Моноклінна мікрокристали,стійкі при 0 °, важко розчинні у звичайних розчинниках.

гідроокис барію, Ва (ОН) 2, отримують дією води на металевийбарій або ВаО. Використовують також обробку розчинів солей барію (особливонітрату) лугами. У промисловості застосовують дію перегрітого пара насульфід барію. З цією ж метою можна нагріти до 175 "(під тиском)метасплікат барію BaSiOs з розчином NaOH. Описано метод, заснований навідновлення перекису барію при 550 °:

Ba (OH) 2 - білий порошок з щільністю 4,495 г/см3 і т. пл. 408 °. Укатодних променях гідроокис барію фосфоресціюючий жовто-оранжевим кольором.
Розчиняється у воді, важко розчинна у ацетоні і метплацетате.

При розчиненні Ва (ОН) 2 в воді виходить безбарвний розчин з сильнолужної реакцією - баритові вода, яка в присутності двоокису вуглецюшвидко покривається поверхневою плівкою карбонату барію.

Відомі кристалогідрати Ва (ОН) 2 * 8Н2О, Ва (ОН) 2 * 7H2O, Ва (ОН) • 2Н2O і
Ва (ОН) 2 * H2O. Кристалогідрат Ва (ОН) 2 * 8H2O виділяється у вигляді безбарвнихМоноклінна призм з щільністю 2,18 г/cм3 і т. пл. 78 °. При нагріванні до
650 ° в струмі повітря кристалогідрат перетворюється на оксид або перекисбарію.

Пропущення хлору через баритові воду супроводжується утвореннямхлориду, хлорат і дуже незначних кількостей Гино-Хлорити барію:

6Ва (ОН) 2 + 6CL2 = 5BaCl2 + Ва (ClO3) 2 + 6H2О

Сировина вода реагує при 100 ° з сірковуглецем:

2Ва (ОН) 2 + CS2 = ВаСО3 + Ba (HS) 2 + H2O

Металевий алюміній взаємодіє з баритові водою з утвореннямгідроксоалюмінат барію і водню:

2Аl + Ва (ОН) 2 + 10H2O = Ba [Al (OH) 4 (H2O) 2] 2 +3 H2

Вище 1000 ° гідроокис барію піддається термічної дисоціації:

Ва (ОН) 2> ВаО + Н2O

Сировина вода Ва (ОН) 2 застосовується в якості дуже чутливогохімічного реактиву на двоокис вуглецю.

фторид барію, BaF2, отримують безпосереднім синтезом з елементів,дією фтористого водню на окис, гідроокис, карбонат або хлоридбарію, обробкою баритові води фтористо-водневої кислотою, обробкоюнітрату або хлориду барію фто-Рідом натрію або калію, а також сплавленняхлориду магнію з фторидом кальцію або магнію в атмосфері CO2 і термічнимрозкладанням гексафторосіліката барію в атмосфері інертного газу.

Безбарвні кубічні кристали BaF2 мають грати типу CaF2 звідстанню між центром іона Ва2 + і іона F? 2,68 А. Плотность 4,83 г/см3,т.пл. 1280 °, 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. Температураплавлення суміші BaF2 * LiF 850 °, а суміші BaF2 * BaCl2 1010 °.

ОТРИМАННЯ ТІТОНАТА барію

Під титанату барію розуміють з'єднання BaO-TiO2, в якомуспіввідношення катіонів і аніонів може бути різним від BaTiO3 до
Ba6Ti17O40, проміжні речовини - політканати нестехлометрічни і в нихможуть додані речовини, частково заміщають Ba і Ti, тобто проведенолегування.

BaTiO3 має структуру нерівномірно, а з кубічної межі або обсяг -центрованої кристалічної гратами. Кубічна структура характерна до
120 ° C.

При більш низьких температурах відбувається спотворення структури, вонапереходить в тірагональную, і, виникає деформація кисневої подрешеткі,як Ti кілька зміщується.

Деформація викликає поляризацію. Для іона існує 2 енергетичнорівноважних стабільних положення, симетричних щодо центру.
Напрямок поляризації єдине всередині домену тому що поляризація виникаєбез зовнішнього ... поля, то вона спонтанна. Зовнішнє напруга викликаєупорядкування орієнтації диполів. Тим поляризацією і напруженістю полявиникає гістерезис.

При Т> 120 ° C = Тс сегнетоелектричних властивості пропадають з за висотисиметрії кристала (кубічна структура). При Т> Тс діелектричнапроникність ЕR залежить від температури поз Кюрі-Вейтса

Гарні нелігірованние речовини BaTiO3 - діелектрики. З D Е ~ 3Ев. Ітип енергія активації докором 0,1 еВ. Тобто при номінальній температуріці носії повністю іонізовані. Крім легованих елементів рольдонора грає кисневі варіації при кисневої мстехлометріі за рахунокзвіту. s = rBaTiO3-1 »10ом-1м-1

Nd» 5 * 10 ^ 25м-3

Із РЕДС і Холу

Таким чином частина домішки носить акцепторні характер. Акцепторизахоплюють електрони і на поверхні крісталіта створюється негативнийповерхневий заряд. Негативний поверхневий заряд викликає збільшенняелектростатичного потенціалу на кордоні зерна. Питома провідністьзалежить від висоти потенційного бар'єру Зі зростанням температури провідністьзростає. Для збереження електронейтральності зразка в приповерхневому шарікристала виникає позитивний просторовий заряд. У тому шарі,товщиною S рухомих носіїв заряду мало і щільність. Просторовийзаряду визначається практично тільки легуючих домішок донорів nD r = e * nД

Усередині кристала відсутні акцептори, здатні компенсуватидонори.

Якщо А - площа приповерхневої області з глибиною ОЗ "S", то r * А * S - прикордонне "+" ОЗ

N'а - концентрація акцепторів, що 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 отриманого рівняння зі зростаннямтемператури R зростає.

У деякому інтервалі температур тому що при високій температурі Nазменшується за вивільнення електронів з захоплених по кордонахзерні.

Використання тітоната барію в радіоелектроніці

Особливе місце серед п/п приладів з aR> 0 займають прилади на основітінаната барію BaTiO3. У діапазоні? T 100 - 150 K вони мають дужевисоким ТКС, до 0,3 К-1. Термістори з позитивним температурнимкоефіцієнтом опору - РТС - термістори-позістори.aR => 0 - ТКС.
Термістори з a> 0 називаються РТС-термісторів або позісторамі. ТКС> 0 маєбольшіство металлові деякі полікристалічні п/п
Керамічні позістори мають ТКС> 0 у вузькому діапазоні температур. Поза цимдіапазону їх ТКС