钡

**钡 ₅₆Ba**
	铯 ← 钡 → 镧
外觀
	金属：银白色;
概況
名稱·符號·序數	钡（Barium）·Ba·56
元素類別	碱土金属
族·週期·區	2·6·s
標準原子質量	137.327
電子排布	[氙] 6s2; 2，8，18，18，8，2
歷史
發現	卡尔·威廉·舍勒（1772年）
分離	汉弗里·戴维（1808年）
物理性質
物態	固态
密度	（接近室温）; 3.51 g·cm−3
熔點時液體密度	3.338 g·cm−3
熔點	1000 K，727 °C，1341 °F
沸點	2170 K，1897 °C，3447 °F
熔化熱	7.12 kJ·mol−1
汽化熱	140.3 kJ·mol−1
比熱容	28.07 J·mol−1·K−1
原子性質
氧化態	+2; （强碱性）
電負性	0.89（鲍林标度）
電離能	第一：502.9 kJ·mol−1; 第二：965.2 kJ·mol−1; 第三：3600 kJ·mol−1
原子半徑	222 pm
共價半徑	215±11 pm
范德華半徑	268 pm
雜項
晶體結構	体心立方
磁序	顺磁性
電阻率	（20 °C）332 n Ω·m
熱導率	18.4 W·m−1·K−1
膨脹係數	（25 °C）20.6 µm·m−1·K−1
楊氏模量	13 GPa
剪切模量	4.9 GPa
莫氏硬度	1.25
CAS號	7440-39-3
最穩定同位素

钡（Barium）是化学元素周期表中的元素，它的原子序数是56，化学符号是Ba。它是周期表中2A族的第五个元素，是一种柔软的有银白色金属光泽的碱土金属。由于它的化学性质十分活泼，从来没有在自然界中发现钡单质。

钡在自然界中最常见的矿物是重晶石（硫酸钡，BaSO₄）和毒重石（碳酸钡，BaCO₃），二者皆不容于水。钡的名称源于希腊文单词βαρύς（barys），意为“重的”。它在1774年被确认为一个新元素，但直到1808年电解法发明不久后才被归纳为金属元素。

钡在工业上只有少量应用。过去曾用它作为真空管中的吸气剂。它是YBCO（一种高温超导体）和电瓷的成分之一，也可以被添加进钢中来减少金属构成中碳颗粒的数量。钡的化合物用于制造烟火中的绿色。硫酸钡作为一种不溶的重添加剂被加进钻井液中，而在医学上则作为一种X光造影剂。可溶性钡盐因为会电离出钡离子所以有毒，因此也被用做老鼠药。

特征

物理性质

氧化的钡

钡是一种软的银白色金属，在极纯时稍带有金色。^[1]^:2 钡金属的银白色会因在空气中氧化而快速消失，产生一层暗灰色的氧化层。钡有中等的单位重和良好的导电性。极纯的钡非常难以制备，所以钡的很多特性还未能准确的测量。^[1]^:2

在室温与常压下，钡呈立方晶系，钡原子间的距离为503皮米，并在每秒1.8×10^-5 °C的加热速度下膨胀。^[1]^:2 它是一种非常软的金属，其摩氏硬度为1.25。^[1]^:2 它的熔点为1,000 K（730 °C）^[2]^:4–43，介于锶的1,050 K（780 °C）^[2]^:4–86与镭的973 K（700 °C）^[2]^:4–78之间。但是它的沸点2,170 K（1,900 °C）超过了锶的熔点1,655 K（1,382 °C）^[2]^:4–86。它的密度（3.62 g·cm⁻³）^[2]^:4–43仍然在锶的（2.36 g·cm⁻³）^[2]^:4–86和镭的（~5 g·cm⁻³）之间。^[2]^:4–78

化学性质

钡的化学性质与镁、钙和锶相似。在大多数情况下，钡的氧化态为+2。由于钡单质可与氧族元素发生反应放出大量热量，为了防止与空气中的氧气发生反应，钡单质一般储存于油或惰性气体中。^[1]^:2钡单质在加热时亦可与其它非金属单质发生放热反应。^[1]^:2-3

钡也可以与水或醇发生反应放出氢气：

Ba + 2 ROH → Ba(OR)₂ + H₂↑ （R代表烷基或氢原子）^[1]^:3

钡可以与氨发生反应形成配合物，如Ba(NH₃)₆。^[1]^:3

钡易与酸发生反应生成盐。然而钡遇硫酸时会反应生成不溶于水的硫酸钡，从而使反应停止。^[3]

钡可以与铝、锌、铅、锡等金属形成金属互化物及合金。^[4]

化合物

钡离子没有特别的颜色，因此钡盐通常显白色，其溶液为无色。^[5]钡盐的密度通常比同类的钙盐和锶盐更大，参见下表。（表中锌盐供对比参考）

部分碱土金属盐和锌盐的密度对比（单位：g·cm⁻³）
	O²⁻	S²⁻	F⁻	Cl⁻	SO2− 4	CO2− 3	O2− 2	H⁻
Ca²⁺ ^[2]^:4–48–50	3.34	2.59	3.18	2.15	2.96	2.83	2.9	1.7
Sr²⁺ ^[2]^:4–86–88	5.1	3.7	4.24	3.05	3.96	3.5	4.78	3.26
Ba²⁺ ^[2]^:4–43–45	5.72	4.3	4.89	3.89	4.49	4.29	4.96	4.16
Zn²⁺ ^[2]^:4–95–96	5.6	4.09	4.95	2.09	3.54	4.4	1.57	—

炼金术士最早通过加热碳酸钡得到氢氧化钡。与氢氧化钙不同，氢氧化钡溶液不易吸收二氧化碳，因此常用于校准pH检测设备。

同位素

主条目：钡的同位素

在地壳中可以找到7种钡的同位素，分别是钡-130、132、134至138。^[6]其同位素质量越小，丰度越低。在所有稳定同位素中，含量最多的是钡-138，占71.7%。^[6]

历史

中世纪初，炼金术士即对一些钡矿石有所了解。在意大利博洛尼亚发现的一些被称为“博洛尼亚石”的平滑卵石状重晶石块曾得到炼金术士的注意，因为这些矿石在受到光照后会发光数年。1602年，卡西奥劳罗（V. Casciorolus）描述了这种用有机物加热重晶石发出磷光的性质。^[1]^:5

1774年，卡尔·威廉·舍勒发现重晶石中含有一种未发现的新元素，但无法分离提纯这种元素，只能得到它的氧化物，即氧化钡。两年后，约翰·戈特利布·甘恩也在相同的研究中得到了氧化钡。氧化钡最早被Guyton de Morveau（英语：Louis-Bernard Guyton de Morveau）称作“barote”，后来被拉瓦锡改作“baryta”。同在18世纪，英国矿物学家威廉·威灵宁（英语：William Withering）在坎伯兰的铅矿中注意到一种沉重的矿物，现在称为毒重石，其主要成分为碳酸钡。1808年，汉弗里·戴维首次通过电解熔融的钡盐分离钡单质。^[7]戴维通过与钙类似的命名方法，用重晶石（baryta）的名称加上表示元素的后缀-ium来命名钡（barium）。^[8]罗伯特·本生与奥古斯都·马修森（英语：Augustus Matthiessen）通过电解氯化钡和氯化铵的熔融混合物来获得纯钡。^[9]^[10]

在20世纪初的液化空气电解分馏技术出现之前，从1880年代开始，纯氧一般通过过氧化钡的分解来生产。此方法的原理是，将氧化钡在空气中加热到500～600 °C（932～1,112 °F）生成过氧化钡，然后将过氧化钡加热到700 °C（1,292 °F）以上分解释放氧气：^[11]^[12]

2 BaO + O₂ ⇌ 2 BaO₂

从1908年开始，硫酸钡被用作X光检测消化系统时使用的造影剂。^[13]

生产

钡在地壳中的含量为0.0425％，海水中为13μg/ L。钡的生产主要依靠世界各地的硫酸钡矿物重晶石。钡也可以通过碳酸钡矿物毒重石来生产，此类矿物主要储藏于英国、罗马尼亚和前苏联。^[1]^:5

世界重晶石年产量（单位：百万吨）
2010年世界各国重晶石产量所占比重

重晶石的估计储量在0.7至20亿吨之间。重晶石的年产量最大为1981年的830万吨。自1990年代下半叶开始，重晶石生产从1996年的560万吨增加到2005年的7.6％，在2011年达到7.8％。中国占重晶石产量的50％以上，其次是印度（2011年为14％）、摩洛哥（8.3％）、美国（8.2％）、土耳其（2.5％）、伊朗和哈萨克斯坦（各占2.6％）。^[14]

开采出的矿石需要经过洗涤、粉碎、分类，并与石英分离。如果石英渗入矿石过深，或者矿石中铁、锌、铅含量过高，则须使用泡沫浮选法（英语：Froth flotation）处理。最终得到的产物是质量分数98%的重晶石，纯度不低于95%，且铁和二氧化硅含量极少。^[1]^:7随后使用碳还原硫酸钡：

BaSO₄ + 2 C → BaS + 2 CO₂↑

生成了水溶性的硫化钡之后，便可以作为其它产品的原料：与氧反应得到硫酸钡，与硝酸生成硝酸钡，与二氧化碳生成碳酸钡等。硝酸钡加热分解可以产生钡的氧化物。金属钡可以用氧化钡在1,100 °C（2,010 °F）下与铝反应得到。其中首先生成金属互化物BaAl₄：

3 BaO + 14 Al → 3 BaAl₄ + Al₂O₃

BaAl₄是与氧化钡反应生成金属的中间产物。注意并非全部钡元素都被还原。

8 BaO + BaAl₄ → Ba↑ + 7 BaAl₂O₄

剩余的氧化钡与生成的氧化铝反应：

BaO + Al₂O₃ → BaAl₂O₄

总反应为：^[1]^:3

4 BaO + 2 Al → 3 Ba↑ + BaAl₂O₄

钡蒸气在氩气气氛中冷凝并装入模具中。这种方法在商业上用于生产超纯钡。通常市面上出售的钡纯度约99％，主要杂质为锶和钙（含量达到0.8％和0.25％），而其他杂质成分小于0.1％。

硫酸钡与硅在1,200 °C（2,190 °F）下亦可发生类似的反应得到钡和偏硅酸钡。但工业上一般不会使用电解法，因为钡易溶于熔融的卤化物，并且产物纯度较低。^[1]^:3

宝石

蓝锥矿为钡矿物，是一种非常罕见的蓝色荧光宝石，被其发现地加利福尼亚州定为州石。

应用

金属单质及其合金

钡单质或钡铝合金可用于吸收真空管（如电视显像管）中的多余气体。钡因其氧气，氮气，二氧化碳和水的蒸气压和反应度较低而适用于此目的。它甚至可以通过溶解于在晶格中来部分去除惰性气体。随着液晶显示器和等离子显示器的日益普及，这种应用现在已较少见。^[1]^:4

钡单质的其他用途较少见。其中包括：^[1]^:4

添加于硅铝合金中以优化其结构；
用作轴承合金；
添加到铅锡焊料合金中增加抗蠕变性；
添加于用于火花塞的镍合金；
添加到钢和铸铁中作为孕育剂;
与钙、锰、硅和铝组成合金，用作高级钢脱氧剂。

硫酸钡和重晶石

其它钡化合物

張培善石（BaFCl）

引用

^ ^1.00 ^1.01 ^1.02 ^1.03 ^1.04 ^1.05 ^1.06 ^1.07 ^1.08 ^1.09 ^1.10 ^1.11 ^1.12 ^1.13 ^1.14 Kresse, Robert; Baudis, Ulrich; Jäger, Paul; Riechers, H. Hermann; Wagner, Heinz; Winkler, Jocher; Wolf, Hans Uwe. Barium and Barium Compounds. (编) Ullman, Franz. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. 2007. doi:10.1002/14356007.a03_325.pub2.
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物理性质

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宝石

应用

金属单质及其合金

硫酸钡和重晶石

其它钡化合物

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Periodic Table Of Elements