Барий (Ba) относится к щелочноземельным металлам и располагается в 2-й группе периодической таблицы. Обладает серебристо-белым блеском, высокой пластичностью и металлической прочностью. Плотность бария составляет около 3,62 г/см³, температура плавления — 727 °C, кипения — 1 897 °C. В чистом виде металл крайне реакционноспособен, особенно в присутствии влаги и кислорода, быстро окисляется и покрывается тонкой пленкой оксида, которая защищает его от дальнейшего разрушения, хотя при хранении на воздухе используется инертная атмосфера или минеральное масло.
Барий проявляет типичную для щелочноземельных металлов химическую активность. Он легко реагирует с водой с образованием гидроксида бария и выделением водорода:
Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑
В реакциях с неметаллами барий образует бинарные соединения: с кислородом формирует оксид BaO, с галогенами — галогениды BaX2 (где X = F, Cl, Br, I). При высоких температурах взаимодействует с серой, фосфором и азотом, образуя сульфиды, фосфиды и нитриды соответственно.
Барий проявляет восстановительные свойства: способен восстанавливать оксиды менее активных металлов и участвовать в реакциях с кислотами, заменяя водород. В водных растворах его соли проявляют сильную щёлочность из-за гидролиза.
Белое кристаллическое вещество, получаемое термическим разложением карбоната бария:
$$ BaCO_3 \xrightarrow{t} BaO + CO_2 \uparrow $$
Оксид бария активно реагирует с водой, образуя гидроксид бария:
BaO + H2O → Ba(OH)2
Используется в производстве стекла, керамики, а также как сильная щёлочь в химическом синтезе.
Белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, образует концентрированные растворы с высокой щёлочностью. Является сильным основанием, взаимодействует с кислотами с образованием солей бария:
Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4 ↓ +2H2O
Гидроксид бария активно используется в аналитической химии для осаждения сульфатов и в промышленности при очистке растворов от серной кислоты.
Малорастворимое вещество белого цвета, встречающееся также в природе как минерал барит. Получение возможно взаимодействием растворимых солей бария с карбонат-ионами:
BaCl2 + Na2CO3 → BaCO3 ↓ +2NaCl
Карбонат бария применяется в производстве керамики, красок, а также как промежуточное соединение для получения других солей бария.
Белый нерастворимый порошок, основной минерал — барит. Сульфат бария обладает высокой химической стойкостью, не растворяется в кислотах (кроме горячей концентрированной серной кислоты). Применяется в производстве буровых растворов, пигментов, медицинских контрастных веществ для рентгенографии.
Растворимая соль, гигроскопична, хорошо диссоциирует в воде. Получается взаимодействием карбоната или гидроксида бария с соляной кислотой:
BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + CO2 ↑ +H2O
Используется в пиротехнике, химическом синтезе и в качестве реагента для определения сульфатов в растворах.
Барий образует бромиды, йодиды, нитраты и фосфаты, обладающие различной растворимостью. Большинство из них находят применение в промышленности, например, нитрат бария используется как окислитель в пиротехнике, фосфат бария — в производстве керамических материалов и стекла.
Барий и его растворимые соединения высокотоксичны. В организме человека способны блокировать работу мышечной системы и сердечно-сосудистой деятельности. При попадании в организм вода, содержащая растворимые соли бария, может вызвать серьёзные отравления. Нерастворимые соединения, такие как сульфат бария, менее опасны и применяются в медицинской диагностике для контрастирования желудочно-кишечного тракта.
Металл получают восстановлением оксида бария алюминием или кальцием, а также электролизом расплавленных солей. Промышленное применение бария охватывает производство стекла и керамики, пиротехнику, нефтедобычу (буровые растворы), а также использование в химическом синтезе и аналитической химии для осаждения и выявления ионов серной кислоты.
Барий и его соединения обладают высокой химической активностью, разнообразием химических форм и важными промышленными свойствами, что делает их значимыми для науки и техники.