Co to jest siarczan baru? Jak zdobyć siarczan baru?
Siarczan baru jest substancja nieorganiczna ze wzorem chemicznym BaSO 4 . Jest to biały proszek, bezwonny, nierozpuszczalny w wodzie. Jego biel i nieprzezroczystość, a także wysoka gęstość wyznaczają główne obszary zastosowania.
Historia tytułów
Bar odnosi się do metali ziem alkalicznych. Te ostatnie zostały nazwane tak, ponieważ według D. I. Mendelejewa, ich związki tworzą nierozpuszczalną masę ziemi, a tlenki "mają wygląd ziemisty". Bar naturalnie występuje w postaci minerału barytowego, którym jest siarczan baru z różnymi zanieczyszczeniami.
Po raz pierwszy został odkryty przez szwedzkich chemików Scheele i Gan w 1774 roku jako część tak zwanego ciężkiego drzewca. Stąd nazwa minerału (od greckiego "Baris" - ciężki), a następnie samego metalu, kiedy w 1808 roku został wyizolowany w czystej postaci przez Humphry Devi.
Właściwości fizyczne
Ponieważ BaSO 4 jest solą kwasu siarkowego, jej właściwości fizyczne są częściowo określone przez sam metal, który jest miękki, aktywny chemicznie i srebrzysto-biały. Naturalny baryt jest bezbarwny (czasem biały) i przezroczysty. Chemicznie czysty BaSO 4 ma kolor od białego do bladożółtego, jest niepalny, o temperaturze topnienia 1580 ° C.
Jaka jest masa siarczanu baru? Jego masa molowa wynosi 233,43 g / mol. Ma wyjątkowo wysoką masę właściwą - od 4,25 do 4,50 g / cm 3 . Biorąc pod uwagę nierozpuszczalność w wodzie, wysoka gęstość sprawia, że jest niezbędna jako wypełniacz do płuczek wiertniczych.
Właściwości chemiczne
BaSO4 jest jednym z najsłabiej rozpuszczalnych związków w wodzie. Można go otrzymać z dwóch wysoce rozpuszczalnych soli. Wziąć wodny roztwór siarczanu sodu - Na 2 SO 4 . Jego cząsteczka w wodzie dysocjuje na trzy jony: dwa Na + i jeden SO 4 2- .
Na 2 SO 4 → 2Na + + SO 4 2- 
Weź również wodny roztwór chlorku baru - BaCl 2 , którego cząsteczka dysocjuje na trzy jony: jeden Ba 2+ i dwa Cl - .
BaCl 2 → Ba 2+ + 2Cl -
Wymieszać wodny roztwór siarczanu i mieszaninę zawierającą chlorek. Siarczan baru powstaje w wyniku połączenia w jedną cząsteczkę dwóch jonów o tej samej wielkości i przeciwnej w ładunku znakowym.
Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4
Poniżej widać pełne równanie reakcji (tzw. Molekularne).
Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2NaCl + BaSO 4 
Rezultatem jest nierozpuszczalny osad siarczanu baru.
Baryt towarowy
W praktyce surowcem do pozyskiwania rynkowego siarczanu baru, przeznaczonego do stosowania w płuczkach wiertniczych do wiercenia odwiertów naftowych i gazowych, jest z reguły baryt mineralny.
Określenie "pierwotny" baryt odnosi się do produktów towarowych, które obejmują surowiec (uzyskany z kopalni i kamieniołomów), a także proste produkty wzbogacania metodami takimi jak mycie, sedymentacja, separacja w ciężkich mediach, flotacja. Większość surowego barytu wymaga doprowadzenia go do minimalnej czystości i gęstości. Minerał, który jest używany jako wypełniacz, jest kruszony i przesiewany do jednolitego rozmiaru tak, że co najmniej 97% jego cząstek ma wielkość do 75 mikronów, a nie więcej niż 30% ma mniej niż 6 mikronów. Baryt podstawowy powinien być również wystarczająco gęsty, aby jego ciężar właściwy wynosił 4,2 g / cm3 lub więcej, ale jednocześnie wystarczająco miękki, aby nie uszkodzić łożysk.
Przygotowanie chemicznie czystego produktu
Baryt mineralny jest często zanieczyszczony różnymi zanieczyszczeniami, głównie tlenkami żelaza, które barwią go w różnych kolorach. Jest przetwarzany metodą karbotermiczną (ogrzewanie za pomocą koksu). Rezultatem jest siarczek baru.
BaSO 4 + 4 С → BaS + 4 СО
Ten ostatni, w przeciwieństwie do siarczanu, jest rozpuszczalny w wodzie i łatwo reaguje z tlenem, halogenami i kwasami.
BaS + H 2 SO 4 → BaSO 4 + H 2 S
Aby uzyskać produkt o wysokiej czystości, użyj kwas siarkowy. Siarczan baru, powstały w wyniku tego procesu, jest często nazywany "blanfix", co w języku francuskim oznacza "biały ustalony". Jest często spotykany w produktach konsumpcyjnych, takich jak farby.
W warunkach laboratoryjnych siarczan baru powstaje przez połączenie jonów baru i jonów siarczanowych w roztworze (patrz wyżej). Ponieważ siarczan jest najmniej toksyczną solą baru ze względu na jego nierozpuszczalność, czasami traktuje się odpady zawierające inne sole siarczan sodu związać cały bar, który jest dość toksyczny.
Od siarczanu do wodorotlenku iz powrotem
Historycznie, baryt był używany do produkcji wodorotlenku baru Ba (OH) 2 , który jest wymagany do rafinacji cukru. Jest to na ogół bardzo interesujący i szeroko stosowany związek w branży. Jest łatwo rozpuszczalny w wodzie, tworzy roztwór znany jako woda barytowa. Jest dogodne do wiązania jonów siarczanowych w różnych kompozycjach przez tworzenie nierozpuszczalnego BaSO4.
Widzieliśmy powyżej, że po podgrzaniu w obecności koksu z siarczanu, łatwo jest uzyskać rozpuszczalny w wodzie siarczek baru - BaS. Ten ostatni, w kontakcie z gorącą wodą, tworzy wodorotlenek.
BaS + 2H20> Ba (OH) 2 + H 2S
Wodorotlenek baru i siarczan sodu, pobrane w roztworze, po zmieszaniu, dadzą nierozpuszczalny osad siarczanu baru i kaustyczny sód.
Ba (OH) 2 + Na2S04 = BaSO 4 + 2NaOH
Okazuje się, że naturalny siarczan baru (baryt) najpierw przekształca się w wodorotlenek baru metodami przemysłowymi, a następnie służy do otrzymywania tego samego siarczanu przy czyszczeniu różnych układów soli z jonów siarczanowych. W ten sam sposób reakcja będzie miała miejsce podczas oczyszczania z jonów SO4 - roztworu siarczanu miedzi. Jeśli wytworzysz mieszaninę wodorotlenku baru i siarczanu miedzi, to otrzymasz wodorotlenek miedzi i nierozpuszczalny siarczan baru.
CuSO 4 + Ba (OH) 2 → Cu (OH) 2 + BaSO 4 ↓
Nawet w reakcji z samym kwasem siarkowym jego jony siarczanowe zostaną całkowicie związane przez bar.
Użyj w płuczce wiertniczej
Około 80% światowej produkcji siarczanu baru, oczyszczonego i zmielonego barytu jest zużywane jako składnik płuczek wiertniczych w tworzeniu odwiertów naftowych i gazowych. Dodanie go zwiększa gęstość płynu wstrzykiwanego do odwiertu, w celu lepszej odporności na wysokie ciśnienie formowania i zapobiega wypryskom.
Kiedy wiertło jest wiercone, wiertło przechodzi przez inną formację, z których każda ma swoją własną charakterystykę. Im większa głębokość, tym większy procent barytu musi być obecny w strukturze roztworu. Dodatkową zaletą jest to, że siarczan baru jest substancją niemagnetyczną, więc nie koliduje z różnymi pomiarami w studni z urządzeniami elektronicznymi.
Przemysł farb i papieru
Większość syntetycznych BaSO 4 jest stosowana jako składnik białego pigmentu do farb. Tak więc blan utrwalony w mieszaninie z dwutlenkiem tytanu (TiO 2 ) jest sprzedawany jako biała farba olejna stosowana do malowania.
Kombinacja BaSO4 i ZnS (siarczku cynku) wytwarza nieorganiczny pigment zwany litoponem. Jest stosowany jako powłoka dla niektórych gatunków papieru fotograficznego.
Niedawno zastosowano siarczan baru w celu rozjaśnienia papieru przeznaczonego do drukarek atramentowych.
Zastosowanie w przemyśle chemicznym i metalurgii metali nieżelaznych
Do produkcji polipropylenu i polistyrenu BaSO 4 stosowany jako wypełniacz w proporcji do 70%. Wpływa na zwiększenie odporności tworzyw sztucznych na kwasy i zasady, a także nadaje im nieprzezroczystość.
Jest również wykorzystywany do produkcji innych związków baru, w szczególności węglanu, który jest wykorzystywany do produkcji szkła LED do ekranów telewizyjnych i komputerowych (historycznie w lampach katodowych).
Formy stosowane do odlewania metali często pokrywają bar z siarczanem, aby zapobiec przyleganiu do stopionego metalu. Odbywa się to przy wytwarzaniu płyt z miedzi anodowej. Są one odlewane do form miedzianych powleczonych warstwą siarczanu baru. Gdy ciekła miedź zestali się jako gotowa płyta anodowa, może być łatwo usunięta z formy.
Urządzenia pirotechniczne
Ponieważ związki baru emitują zielone światło podczas spalania, sole tej substancji często wykorzystują formuły pirotechniczne. Chociaż azotan i chloran są bardziej powszechne niż siarczany, ten ostatni jest szeroko stosowany jako składnik pirotechnicznych lamp stroboskopowych.
Radiokontrastowe leki
Siarczan barowy jest środkiem nieprzepuszczającym promieniowania, służącym do diagnozowania pewnych problemów medycznych. Ponieważ takie substancje są nieprzezroczyste x promienie (blokują je w wyniku ich wysokiej gęstości), wtedy obszary ciała, w których są zlokalizowane, pojawiają się jako białe plamy na filmie rentgenowskim. To tworzy niezbędne rozróżnienie między jednym (możliwym do rozpoznania) narządem i innymi (otaczającymi go) tkankami. Kontrast pomoże lekarzowi zobaczyć wszelkie szczególne warunki, które mogą istnieć w tym narządzie lub części ciała.
Siarczan baru jest podawany doustnie lub doodbytniczo z lewatywą. W pierwszym przypadku przełyk, żołądek lub jelito cienkie stają się nieprzezroczyste dla promieniowania rentgenowskiego. Dzięki temu można je sfotografować. Jeśli substancja jest podawana przy użyciu lewatywy, wówczas jelita grubego lub jelit można zobaczyć i utrwalić za pomocą promieni rentgenowskich.
Dawka siarczanu baru będzie różna dla różnych pacjentów, wszystko zależy od rodzaju testu. Lek jest dostępny w postaci specjalnej medycznej zawiesiny lub tabletek baru. Różne testy wymagające kontrastu i sprzętu rentgenowskiego wymagają różnych ilości zawiesiny (w niektórych przypadkach konieczne jest przyjmowanie leku w postaci tabletek). Kontrast powinien być stosowany wyłącznie pod bezpośrednim nadzorem lekarza.