Węglan baru: właściwości, struktura chemiczna, zastosowania
Węglan baru jest solą nieorganiczną metalu baru, przedostatniego elementu grupy 2 układu okresowego pierwiastków i należącej do metali ziem alkalicznych. Jego wzór chemiczny to BaCO 3 i jest dostępny na rynku jako biały krystaliczny proszek.
Jak to zdobędziesz? Metal baru znajduje się w minerałach, takich jak baryt (BaSO 4 ) i bielit (BaCO 3 ). Whiterite wiąże się z innymi minerałami, które odejmują poziomy czystości od białych kryształów w zamian za zabarwienie.
Aby wytworzyć BaCO 3 do użytku syntetycznego, konieczne jest wyeliminowanie zanieczyszczeń z bielizny, na co wskazują następujące reakcje:
BaCO3 (s, zanieczyszczony) + 2NH 4 Cl (s) + Q (ciepło) => BaCl2 (aq) + 2NH 3 (g) + H 2 O (l) + CO 2 (g)
BaCl2 (aq) + (NH4) 2CO3 (s) => BaCO3 (s) + 2NH4Cl (aq)
Baryt jest jednak głównym źródłem baru i dlatego zaczynają się od niego produkcje przemysłowe związków baru. Z tego minerału syntetyzowany jest siarczek baru (BaS), produkt, z którego synteza innych związków i BaCO 3 prowadzi do :
BaS (s) + Na2CO3 (s) => BaCO3 (s) + Na2S (s)
BaS (s) + CO 2 (g) + H2O (l) => BaCO3 (s) + (NH4) 2S (aq)
Właściwości fizyczne i chemiczne
Jest to pudrowe, białe i krystaliczne ciało stałe. Jest bezwonny, nieestetyczny, a jego masa cząsteczkowa wynosi 197, 89 g / mol. Ma gęstość 4, 43 g / ml i nieistniejącą prężność pary.
Ma współczynniki załamania wynoszące 1 529, 1 676 i 1 677. Więzień emituje światło, gdy pochłania promieniowanie ultrafioletowe: od jasnego białego światła z niebieskawymi tonami do żółtego światła.
Jest wysoce nierozpuszczalny w wodzie (0, 02 g / l) i w etanolu. W kwaśnych roztworach HCl tworzy rozpuszczalną sól chlorku baru (BaCl 2 ), co wyjaśnia jego rozpuszczalność w tych kwaśnych środowiskach. W przypadku kwasu siarkowego wytrąca się jako nierozpuszczalna sól BaSO4.
BaCO3 (s) + 2HCl (aq) => BaCl2 (aq) + CO2 (g) + H2O (1)
BaCO3 (s) + H2SO4 (aq) => BaSO4 (s) + CO2 (g) + H2O (1)
Ponieważ jest to jonowe ciało stałe, jest również nierozpuszczalne w apolarnych rozpuszczalnikach. Węglan baru topi się w temperaturze 811 ° C; jeśli temperatura wzrasta o około 1380-1400 ° C, słona ciecz ulega rozkładowi chemicznemu zamiast wrzenia. Proces ten zachodzi dla wszystkich węglanów metali: MCO 3 (s) => MO (s) + CO 2 (g).
Rozkład termiczny
BaCO3 (s) => BaO (s) + CO 2 (g)
Jeśli ciała stałe jonowe charakteryzują się dużą stabilnością, dlaczego węglany rozkładają się? Czy metal M zmienia temperaturę, w której ciało stałe ulega rozkładowi? Jony, które tworzą węglan baru, to Ba2 + i CO3 2-, oba objętościowe (to znaczy o dużych promieniach jonowych). CO 3 2- jest odpowiedzialny za rozkład:
CO 3 2- (s) => O2- (g) + CO 2 (g)
Jon tlenkowy (O2-) wiąże się z metalem tworząc MO, tlenek metalu. MO generuje nową strukturę jonową, w której, co do zasady, im bardziej zbliżony jest rozmiar jej jonów, tym bardziej stabilna jest uzyskana struktura (entalpia sieci). Odwrotność występuje, jeśli jony M + i O2- mają bardzo nierówne promienie jonów.
Jeśli entalpia sieci dla MO jest duża, reakcja rozkładu jest korzystna energetycznie, wymagając niższych temperatur ogrzewania (niższe temperatury wrzenia).
Z drugiej strony, jeśli MO ma małą entalpię sieci (jak w przypadku BaO, gdzie Ba2 + ma większy promień jonowy niż O2-), rozkład jest mniej korzystny i wymaga wyższych temperatur (1380-1400 ° C). W przypadku MgCO 3, CaCO 3 i SrCO 3 rozkładają się w niższych temperaturach.
Struktura chemiczna
Anion CO 3 2- ma rezonans podwójnego wiązania pomiędzy trzema atomami tlenu, z których dwa są ujemnie naładowane, aby przyciągnąć kation Ba2 +.
Podczas gdy oba jony można uznać za sfery naładowane, CO 3 2- ma geometrię płaszczyzny trygonalnej (płaski trójkąt narysowany przez trzy atomy tlenu), prawdopodobnie stając się negatywną „poduszką” dla Ba2 +.
Jony te oddziałują elektrostatycznie, tworząc krystaliczny układ typu rombowego, przy czym wiązania są głównie jonowe.
W takim przypadku, dlaczego BaCO 3 jest nierozpuszczalny w wodzie? Wyjaśnienie opiera się po prostu na tym, że jony są lepiej stabilizowane w sieci krystalicznej, niż uwodnione przez sferyczne warstwy molekularne wody.
Z innej strony cząsteczki wody mają trudności z pokonaniem silnych atrakcji elektrostatycznych między dwoma jonami. W tych sieciach krystalicznych mogą one zawierać zanieczyszczenia, które nadają kolor ich białym kryształom.
Używa
Na pierwszy rzut oka część BaCO 3 może nie obiecywać żadnego praktycznego zastosowania w życiu codziennym, ale jeśli spojrzysz na kryształ białego minerału, białego jak mleko, powód twojego ekonomicznego zapotrzebowania zaczyna mieć sens.
Służy do produkcji szkieł barowych lub jako dodatek do ich wzmocnienia. Jest również stosowany w produkcji okularów optycznych.
Ze względu na wielką entalpię sieci i nierozpuszczalność, jest stosowany do produkcji różnych rodzajów stopów, gum, zaworów, wykładzin podłogowych, farb, ceramiki, smarów, tworzyw sztucznych, smarów i cementów.
Podobnie jest stosowany jako trucizna dla myszy. Krótko mówiąc, sól ta jest używana do produkcji innych związków baru, a zatem służy jako materiał na urządzenia elektroniczne.
BaCO 3 może być syntetyzowany jako nanocząstki, wyrażając w bardzo małych skalach nowe interesujące właściwości whiterite. Te nanocząstki są używane do impregnacji powierzchni metalowych, szczególnie katalizatorów chemicznych.
Stwierdzono, że poprawia katalizatory utleniania i do pewnego stopnia sprzyja migracji cząsteczek tlenu przez ich powierzchnię.
Są one uważane za narzędzia do przyspieszenia procesów, w których tlen jest włączony. I wreszcie, są one wykorzystywane do syntezy materiałów supramolekularnych.
Ryzyko
BaCO 3 jest trujący po spożyciu, powodując nieskończoną liczbę nieprzyjemnych objawów, które prowadzą do śmierci z powodu niewydolności oddechowej lub zatrzymania akcji serca; Z tego powodu nie zaleca się transportu wraz z towarami jadalnymi.
Powoduje zaczerwienienie oczu i skóry, oprócz kaszlu i bólu gardła. Jest to związek toksyczny, chociaż łatwo go manipulować gołymi rękami, jeśli za wszelką cenę uniknie się jego spożycia.
Nie jest palny, ale w wysokich temperaturach rozkłada się tworząc BaO i CO 2, toksyczne produkty i utleniacze, które mogą spalić inne materiały.
W organizmie bar jest odkładany w kościach i innych tkankach, zastępując wapń w wielu procesach fizjologicznych. Blokuje również kanały, przez które przemieszczają się jony K +, zapobiegając ich dyfuzji przez błony komórkowe.
