Химияның сиқырлы әлемінде,барийөзінің ерекше сүйкімділігімен және кең қолданылуымен ғалымдардың назарын үнемі аударып келеді. Бұл күмістей ақ металл элементі алтын немесе күміс сияқты көз ілмейтін болса да, көптеген салаларда таптырмас рөл атқарады. Ғылыми-зерттеу зертханаларындағы дәлме-дәл аспаптардан өнеркәсіптік өндірістегі негізгі шикізатқа, медицина саласындағы диагностикалық реагенттерге дейін барий бірегей қасиеттері мен функцияларымен химияның аңызын жазды.
Италияның Порра қаласындағы етікші Кассио Лауро 1602 жылдың өзінде-ақ эксперимент барысында құрамында барий сульфаты бар баритті жанғыш затпен қуырып, оның қараңғыда жарқырайтынына таң қалды. Бұл жаңалық сол кездегі ғалымдар арасында үлкен қызығушылық тудырып, тас Порра тасы деп аталып, еуропалық химиктердің зерттеулерінің өзегіне айналды.
Дегенмен, барийдің жаңа элемент екенін шынымен растаған швед химигі Шееле болды. Ол 1774 жылы барий оксидін тауып, оны «Барыта» (ауыр жер) деп атады. Ол бұл затты терең зерттеп, күкірт қышқылымен қосылған жаңа жерден (оксидтен) тұрады деп есептеді. Екі жылдан кейін ол осы жаңа топырақтың нитратын сәтті қыздырып, таза оксид алды.
Алайда, Шееле барий оксидін ашқанымен, тек 1808 жылы ағылшын химигі Дэви бариттен жасалған электролитті электролиздеу арқылы барий металын сәтті шығарды. Бұл ашылу барийдің металл элементі ретінде ресми расталуын белгіледі, сонымен қатар барийдің әртүрлі салаларда қолданылуына жол ашты.
Содан бері адамдар барий туралы түсінігін үздіксіз тереңдете түсті. Ғалымдар барийдің қасиеттері мен мінез-құлқын зерттей отырып, табиғаттың тылсым сырларын зерттеп, ғылым мен техниканың дамуына ықпал етті. Барийдің ғылыми зерттеулерде, өнеркәсіпте және медицина салаларында қолданылуы да барған сайын кеңейіп, адам өміріне ыңғайлылық пен жайлылық әкелді. Барийдің сүйкімділігі оның практикалық қасиетінде ғана емес, сонымен қатар оның астарында ғылыми құпияда жатыр. Ғалымдар барийдің қасиеттері мен мінез-құлқын зерттеу арқылы табиғаттың құпияларын үздіксіз зерттеп, ғылым мен техниканың прогрессіне ықпал етті. Сонымен қатар, барий де біздің күнделікті өмірімізде тыныш рөл атқарып, өмірімізге ыңғайлылық пен жайлылық әкеледі.
Барийді зерттеудің осы сиқырлы саяхатына кірісейік, оның жұмбақ пердесін ашайық және оның ерекше сүйкімділігін бағалайық. Келесі мақалада біз барийдің қасиеттері мен қолданылуын, сондай-ақ оның ғылыми зерттеулердегі, өндірістегі және медицинадағы маңызды рөлін жан-жақты таныстырамыз. Осы мақаланы оқу арқылы сіз барий туралы тереңірек түсініп, білім аласыз деп ойлаймын.
1. Барийдің қолдану өрістері
Барий - кең таралған химиялық элемент. Бұл табиғатта әртүрлі минералдар түрінде кездесетін күмістей ақ металл. Төменде барийдің кейбір күнделікті қолданылуы берілген
Жану және люминесценция: Барий - аммиакпен немесе оттегімен жанасқанда жарқын жалын шығаратын жоғары реактивті металл. Бұл барийді отшашулар, алаулар және фосфор өндірісі сияқты салаларда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.
Медициналық өнеркәсіп: Барий қосылыстары медицина өнеркәсібінде де кеңінен қолданылады. Барий тағамдары (мысалы, барий таблеткалары) дәрігерлерге ас қорыту жүйесінің жұмысын бақылауға көмектесу үшін асқазан-ішек жолдарының рентгендік зерттеулерінде қолданылады. Барий қосылыстары қалқанша безінің ауруларын емдеу үшін радиоактивті йод сияқты кейбір радиоактивті терапияларда да қолданылады.
Шыны және керамика: Барий қосылыстары жақсы балқу температурасына және коррозияға төзімділігіне байланысты шыны және керамика өндірісінде жиі қолданылады. Барий қосылыстары керамиканың қаттылығы мен беріктігін арттыра алады және электрлік оқшаулау және жоғары сыну көрсеткіші сияқты керамиканың кейбір ерекше қасиеттерін қамтамасыз ете алады.
Металл қорытпалары: Барий басқа металл элементтерімен қорытпалар құра алады және бұл қорытпалардың кейбір ерекше қасиеттері бар. Мысалы, барий қорытпалары алюминий мен магний қорытпаларының балқу температурасын жоғарылатып, оларды өңдеуді және құюды жеңілдетеді. Сонымен қатар, магниттік қасиеттері бар барий қорытпалары аккумуляторлық пластиналар мен магниттік материалдарды жасау үшін де қолданылады.
Барий – химиялық таңбасы Ba және атом нөмірі 56 болатын химиялық элемент. Барий – негізгі топ элементтері болып табылатын периодтық жүйенің 6-тобындағы сілтілі жер металы.
2. Барийдің физикалық қасиеттері
Барий (Ba)сілтілі жер металл элементі болып табылады. 1. Сыртқы түрі: Барий – жұмсақ, күмістей ақ түсті металл, кесу кезінде айқын металл жылтырлығы бар.
2. Тығыздығы: Барийдің салыстырмалы түрде жоғары тығыздығы шамамен 3,5 г/см³. Бұл жер бетіндегі ең тығыз металдардың бірі.
3. Балқу және қайнау температуралары: Барийдің балқу температурасы шамамен 727 ° C және қайнау температурасы шамамен 1897 ° C.
4. Қаттылық: Барий - 20 градус Цельсийде шамамен 1,25 Mohs қаттылығы бар салыстырмалы түрде жұмсақ металл.
5. Өткізгіштік: Барий жоғары электр өткізгіштігі бар электр тогын жақсы өткізеді.
6. Иілгіштік: Барий жұмсақ металл болғанымен, оның белгілі бір икемділігі бар және оны жұқа парақтарға немесе сымдарға өңдеуге болады.
7. Химиялық белсенділік: Барий бөлме температурасында көптеген бейметалдармен және көптеген металдармен қатты әрекеттеспейді, бірақ жоғары температурада және ауада оксидтер түзеді. Ол көптеген металл емес элементтермен, мысалы, оксидтермен, сульфидтермен және т.б. қосылыстар түзе алады.
8. Тіршілік формалары: Жер қыртысында барий бар минералдар, мысалы, барит (барий сульфаты) т.б. Барий табиғатта гидраттар, оксидтер, карбонаттар т.б. түрінде де болуы мүмкін.
9. Радиоактивтілік: Барийдің әртүрлі радиоактивті изотоптары бар, олардың ішінде барий-133 медициналық бейнелеуде және ядролық медицинада қолданылатын кең таралған радиоактивті изотоп болып табылады.
10. Қолданылуы: Барий қосылыстары өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, мысалы, шыны, каучук, химия өнеркәсібінің катализаторлары, электронды түтіктер және т.б. Оның сульфаты медициналық тексерулерде контраст агенті ретінде жиі қолданылады. Барий маңызды металл элементі және оның қасиеттері көптеген салаларда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.
3. Барийдің химиялық қасиеттері
Металлдық қасиеттері: Барий - күмістей ақ түсті сыртқы түрі және жақсы электр өткізгіштігі бар металл қатты зат.
Тығыздығы және балқу температурасы: Барий салыстырмалы тығыз элемент, тығыздығы 3,51 г/см3. Барийдің төмен балқу температурасы шамамен 727 градус Цельсий (Фаренгейт бойынша 1341 градус).
Реактивтілігі: Барий металл емес элементтердің көпшілігімен, әсіресе галогендермен (мысалы, хлор және бром) жылдам әрекеттеседі және сәйкес барий қосылыстарын түзеді. Мысалы, барий хлормен әрекеттесіп, барий хлориді түзеді.
Тотықтырғыштық: Барий барий оксидін қалыптастыру үшін тотықтырылуы мүмкін. Барий оксиді металл балқыту және шыны жасау сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Жоғары белсенділік: Барий жоғары химиялық белсенділікке ие және сутегін бөліп, барий гидроксидін түзу үшін сумен оңай әрекеттеседі.
4. Барийдің биологиялық қасиеттері
рөлі мен биологиялық қасиеттерібарийорганизмдерде толық зерттелмеген, бірақ барийдің организмдерге белгілі бір уыттылығы бар екені белгілі.
Қабылдау жолы: Адамдар барийді негізінен тамақ пен ауыз су арқылы жұтады. Кейбір тағамдарда астық, ет және сүт өнімдері сияқты аз мөлшерде барий болуы мүмкін. Сонымен қатар, жер асты суларында кейде барийдің жоғары концентрациясы болады.
Биологиялық сіңуі және метаболизмі: Барий ағзаларға сіңіп, қан айналымы арқылы ағзаға таралуы мүмкін. Барий негізінен бүйректе және сүйектерде, әсіресе сүйектерде жоғары концентрацияда жиналады.
Биологиялық функция: Барийдің организмдерде маңызды физиологиялық функциялары әлі анықталған жоқ. Сондықтан барийдің биологиялық қызметі даулы болып қала береді.
5. Барийдің биологиялық қасиеттері
Улылығы: барий иондарының немесе барий қосылыстарының жоғары концентрациясы адам ағзасына улы болып табылады. Барийді шамадан тыс қабылдау жедел улану белгілерін тудыруы мүмкін, соның ішінде құсу, диарея, бұлшықет әлсіздігі, аритмия және т.б. Ауыр улану жүйке жүйесінің зақымдалуына, бүйректің және жүректің бұзылуына әкелуі мүмкін.
Сүйектің жиналуы: барий адам ағзасындағы сүйектерде, әсіресе егде жастағы адамдарда жиналуы мүмкін. Барийдің жоғары концентрациясына ұзақ уақыт әсер ету остеопороз сияқты сүйек ауруларын тудыруы мүмкін.
Жүрек-қан тамырларына әсерлері: барий, натрий сияқты, иондық тепе-теңдік пен электрлік белсенділікке кедергі келтіріп, жүрек жұмысына әсер етуі мүмкін. Барийді шамадан тыс қабылдау жүрек ырғағының бұзылуына және инфаркт қаупін арттыруы мүмкін.
Канцерогенділік: Барийдің канцерогенділігі туралы әлі де даулар болса да, кейбір зерттеулер барийдің жоғары концентрациясына ұзақ уақыт әсер ету асқазан обыры мен өңеш обыры сияқты кейбір ісіктердің қаупін арттыруы мүмкін екенін көрсетті. Барийдің уыттылығы мен ықтимал қауіптілігіне байланысты адамдар барийдің жоғары концентрациясын шамадан тыс қабылдаудан немесе ұзақ уақыт бойы әсер етуден сақ болу керек. Ауыз су мен тағамдағы барий концентрациясын адам денсаулығын сақтау үшін бақылап, бақылау керек. Егер сіз улануға күдіктенсеңіз немесе осыған байланысты белгілер болса, дереу медициналық көмекке жүгініңіз.
6. Табиғаттағы барий
Барий минералдары: Барий жер қыртысында минералдар түрінде болуы мүмкін. Кейбір кең таралған барий минералдарына барит пен висит жатады. Бұл кендер көбінесе қорғасын, мырыш және күміс сияқты басқа минералдармен кездеседі.
Жер асты суларында және тау жыныстарында еріген: Барий жер асты суларында және тау жыныстарында еріген күйде болуы мүмкін. Жер асты суларында еріген барийдің аз мөлшері бар және оның концентрациясы геологиялық жағдайларға және су объектісінің химиялық қасиеттеріне байланысты. Барий тұздары: Барий барий хлориді, барий нитраты және барий карбонаты сияқты әртүрлі тұздар түзе алады. Бұл қосылыстар табиғатта табиғи минералдар ретінде болуы мүмкін.
Топырақтағы мөлшері:Барийтопырақта әртүрлі формада болуы мүмкін, олардың кейбіреулері табиғи минералды бөлшектердің немесе тау жыныстарының еруінен пайда болады. Топырақтағы барий мөлшері әдетте төмен, бірақ белгілі бір аймақтарда барийдің жоғары концентрациясы болуы мүмкін.
Айта кету керек, барийдің формасы мен мазмұны әртүрлі геологиялық орталар мен аймақтарда әртүрлі болуы мүмкін, сондықтан барийді талқылағанда нақты географиялық және геологиялық жағдайларды ескеру қажет.
7. Барий өндіру және өндіру
Барийді өндіру және дайындау процесі әдетте келесі қадамдарды қамтиды:
1. Барий кенін өндіру: Барий рудасының негізгі минералы барит, ол барий сульфаты деп те аталады. Ол әдетте жер қыртысында кездеседі және жердегі тау жыныстары мен пайдалы қазбалар кен орындарында кеңінен таралған. Кен өндіру әдетте барий сульфаты бар кендерді алу үшін кенді жару, өндіру, ұсақтау және сорттау сияқты процестерді қамтиды.
2. Концентратты дайындау: Барий кенінен барий алу кенді концентратпен өңдеуді қажет етеді. Концентрат дайындау әдетте қоспаларды кетіру және құрамында 96%-дан астам барий сульфаты бар кенді алу үшін қолмен таңдау және флотация қадамдарын қамтиды.
3. Барий сульфатын дайындау: барий сульфатын (BaSO4) алу үшін концентрат темір мен кремнийді жою сияқты қадамдардан өтеді.
4. Барий сульфидін дайындау: Барий сульфатынан барий дайындау үшін барий сульфатын қара күл деп те аталатын барий сульфидіне айналдыру керек. Бөлшектерінің мөлшері 20 көзден аз барий сульфаты руда ұнтағы әдетте 4:1 салмақ қатынасында көмір немесе мұнай кокс ұнтағымен араластырылады. Қоспа 1100℃ температурада жаңғырық пеште қуырылады, ал барий сульфаты барий сульфидіне дейін тотықсызданады.
5. Барий сульфидін еріту: Барий сульфатының барий сульфидінің ерітіндісін ыстық сумен шаймалау арқылы алуға болады.
6. Барий оксидін дайындау: Барий сульфидін барий оксидіне айналдыру үшін әдетте барий сульфидінің ерітіндісіне натрий карбонатын немесе көмірқышқыл газын қосады. Барий карбонаты мен көміртегі ұнтағын араластырғаннан кейін 800 ℃ жоғары күйдіру барий оксидін шығаруы мүмкін.
7. Салқындату және өңдеу: Барий оксиді 500-700 ℃ температурада барий асқын тотығын алу үшін тотығатынын және барий асқын тотығы 700-800 ℃ температурада барий оксидін қалыптастыру үшін ыдырауы мүмкін екенін атап өткен жөн. Барий пероксидін өндіруді болдырмау үшін күйдірілген өнімді инертті газдың қорғауымен салқындату немесе сөндіру қажет.
Жоғарыда барий элементінің жалпы өндіру және дайындау процесі болып табылады. Бұл процестер өнеркәсіптік процесс пен жабдыққа байланысты өзгеруі мүмкін, бірақ жалпы принциптері өзгеріссіз қалады. Барий - химия өнеркәсібінде, медицинада, электроникада және басқа салаларда әртүрлі қолданбаларда қолданылатын маңызды өнеркәсіптік металл.
8. Барий элементін анықтаудың жалпы әдістері
Барийәртүрлі өндірістік және ғылыми қолданбаларда жиі қолданылатын жалпы элемент болып табылады. Аналитикалық химияда барийді анықтау әдістері әдетте сапалық талдауды және сандық талдауды қамтиды. Төменде барий элементін анықтаудың жиі қолданылатын әдістерімен егжей-тегжейлі кіріспе берілген:
1. Жалынның атомдық абсорбциялық спектрометриясы (FAAS): Бұл концентрациясы жоғары үлгілер үшін қолайлы жиі қолданылатын сандық талдау әдісі. Үлгі ерітіндісі жалынға шашылады, ал барий атомдары белгілі бір толқын ұзындығындағы жарықты сіңіреді. Жұтылған жарықтың қарқындылығы өлшенеді және барий концентрациясына пропорционал.
2. Жалынның атомдық эмиссиялық спектрометриясы (FAES): Бұл әдіс үлгі ерітіндісін жалынға шашу арқылы барийді анықтайды, барий атомдарын белгілі бір толқын ұзындығының сәулесін шығару үшін қоздырады. FAAS-пен салыстырғанда, FAES әдетте барийдің төмен концентрацияларын анықтау үшін қолданылады.
3. Атомдық флуоресценциялық спектрометрия (AAS): Бұл әдіс FAAS-қа ұқсас, бірақ барийдің болуын анықтау үшін флуоресцентті спектрометрді пайдаланады. Оны барийдің іздік мөлшерін өлшеу үшін пайдалануға болады.
4. Иондық хроматография: Бұл әдіс су үлгілеріндегі барийді талдау үшін қолайлы. Барий иондары бөлініп, иондық хроматография арқылы анықталады. Оны су үлгілеріндегі барий концентрациясын өлшеу үшін пайдалануға болады.
5. Рентгендік флуоресценциялық спектрометрия (XRF): Бұл қатты үлгілердегі барийді анықтауға жарамды бұзылмайтын аналитикалық әдіс. Үлгіні рентген сәулелерімен қоздырғаннан кейін барий атомдары ерекше флуоресценция шығарады, ал барий құрамы флуоресценция қарқындылығын өлшеу арқылы анықталады.
6. Масс-спектрометрия: Масс-спектрометрияны барийдің изотоптық құрамын анықтау және барий құрамын анықтау үшін қолдануға болады. Бұл әдіс әдетте жоғары сезімталдықты талдау үшін қолданылады және барийдің өте төмен концентрациясын анықтай алады. Жоғарыда барийді анықтаудың кейбір жиі қолданылатын әдістері келтірілген. Таңдаудың нақты әдісі үлгінің табиғатына, барий концентрациясының диапазонына және талдау мақсатына байланысты. Қосымша ақпарат қажет болса немесе басқа сұрақтарыңыз болса, маған хабарлаңыз. Бұл әдістер барийдің болуын және концентрациясын дәл және сенімді өлшеу және анықтау үшін зертханалық және өнеркәсіптік қолданбаларда кеңінен қолданылады. Қолданылатын арнайы әдіс өлшеу қажет үлгі түріне, барий мөлшерінің ауқымына және талдаудың нақты мақсатына байланысты.
Жіберу уақыты: 09 желтоқсан 2024 ж