钡

钡bèi（英文：Barium），化学符号为Ba，相对原子质量为137.33g/mol，元素周期表中第56号元素，位于第六周期、第ⅡA族，为碱土金属元素。^[1]

钡在标准状态下是银白色，具有金属光泽，无味。其熔点为725℃，密度为3.51g/cm-3。钡微溶于乙醇，溶于液氨。钡质软，有延展性，具有自燃性，燃烧时观察到黄绿色火焰。^[1]

钡是属于碱土金属元素，其核外电子排布为[Xe]6s2，易失去两个电子形成稳定结构。^[5]因此钡具有碱土金属特征的化学性质，可与氧气、酸、水、不活泼金属可溶盐进行反应。^[6]除此以外，钡还可以与碱、有机物等发生反应，在潮湿空气中易发生氧化，应保存在石油或其他合适的无氧液体中以排除空气。^[1]

钡可通过从矿物中提取得到。^[1]钡可用于制备合金、吸气剂，是工业生产中的重要材料之一。^[1]

中世纪初期，意大利博洛尼亚的炼金术士发现一种平滑卵石状，名为“博洛尼亚石”的矿石在被光照射后可持续发光数年。1602年，卡西奥劳罗（V. Casciorolus）将可燃物与重晶石一起焙烧后，发现重晶石在黑暗中可以发光。^[7]

1774年，瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒（C.W.Scheele）从重晶石中分离提纯得到氧化钡，并以“Baryta”(重土)为其命名。^[7]

1806年，英国化学家戴维（H.Davy）提出使用强力的电堆对苛性碱进行电解分裂，进而探寻苛性碱中的元素组成。他通过电解熔融的钡盐分离得到钡单质，并用与钙相似的命名方式，以barium（钡）为其命名。^[8][7]

1880年代，工业中常用氧化钡在500-600°C下反应生成过氧化钡来制备氧气。^[7]

钡，在自然界中主要以独立矿物和类质同象两种形式存在。独立矿物可分为以硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐三种，硫酸盐矿物主要为重晶石，碳酸盐矿物如毒重石，硅酸盐矿物如沸石和钡长石。^[9]

重晶石，一种以BaSO4为主要成分的非金属矿物，在自然界中常与萤石、方解石、石英伴生。^[10][11][12]重晶石矿的形成主要原因为BaSO4的溶解度较小，Ba2+不能以BaSO4形式转移，在成矿热流体中富含NaCl的情况下，Ba2+从中析出，又受到岩石遮挡从而停止向上的运动趋势，接着随着温度和压力的降低，进一步结晶和成矿，形成重晶石矿。^[13]

钡在地壳中的含量为0.0425％。2013年，世界范围内，重晶石已探明总储量约为3.5亿吨，主要分布于哈萨克斯坦、印度、中国、土耳其、巴基斯坦等国家。2016年后，世界范围内重晶石总储量约为3.2亿吨，哈萨克斯坦以探明重晶石总储量8500万吨占据世界重晶石储量第一的位置，印度以5100万吨重晶石总储量排名第二，中国以3600万吨重晶石总储量排名第三。虽重晶石储量较丰富，但世界范围内可开发利用的重晶石资源较少，且主要集中在风化残积型、低温热液型、沉积型三类。 ^[11][14][7]

毒重石为含钡的碳酸盐矿物，又名碳钡矿、碳酸钡矿。^[15]毒重石一般不易形成单独的矿床，主要矿床位于英国、苏联等地。中国构成独立矿床的毒重石矿床位于陕西省紫阳县及四川省成口县。^[16]

沸石为钡的硅酸盐矿物，主要发现于富含火山岩屑与钙长石的陆相或海相陆源碎屑岩中，以砾岩、含砾砂岩和砂岩为主。^[17]

钡在海水中的含量为13μg/ L。海洋中钡的主要存在形式为颗粒态、溶解态两种。颗粒态载体包括重晶石、铝硅酸盐、碳酸钡、有机颗粒物等，其中重晶石占据70%，是海洋中最重要的钡的颗粒态载体。溶解态钡主要在深层水中富集，可能含有BaSO4过饱和环境，并形成重晶石。^[18][7]

钡，外层电子构型为[Xe]6s2,^[9]钡是钨结构，在斜方晶Cmcm空间群中结晶。以体心立方几何形式与八个等效的Ba原子键合。Ba-Ba键距离的分布范围为4.37-4.41Å。^[5]

在标准状态下钡是银白色或黄色至白色的无味的固体，有一定的金属光泽，硬度较低，有一定的延展性，摩氏硬度为1.25。 它的熔点为725℃，密度为3.51g/cm3，101.325kPa下的沸点为1640℃。微溶于乙醇，溶于液氨。^[1]

钡，离子半径为0.134纳米，与钾离子半径接近，故具有与钾元素相似的性质与特点，在水中直接与水发生反应。钡离子与钙离子和锶sī离子在硫酸盐矿物和碳酸盐矿物中可发生广泛的类质同象替换。^[9]

钡可与氢气在200℃~300℃之间反应生成无色或黑色的氢化钡。^[19]

^[6]

钡与碳粉在氩yà气氛中，1250℃的温度条件下反应生成BaC2。^[6]

^[6]

钡与氮气在260℃~600℃之间反应生成Ba3N2，在20~32MPa、400℃~500℃的条件下生成BaN2。^[19]

^[6]

^[19]

钡与氧气发生激烈反应，钡微粉在空气中可自燃或爆炸，在高压氧中可生成过氧化钡。^[19]

^[6]

^[6]

钡与硫共熔时可发生反应生成黄色粉末硫化钡，也可与沸硫发生激烈反应生成黄绿色的三硫化钡和四硫化钡。^[19]

^[6]

^[19]

^[19]

钡与卤素均可发生反应，其中与F2和Br2在室温下即可发生反应，与Cl2和I2需在加热条件下才能发生反应。^[19]

^[6]

^[6]

钡可与硒xī蒸汽发生反应，还可与碲dì在加热条件下发生反应。^[19]

^[19]

^[19]

^[19]

^[19]

钡可与Al、Ga、Tl、Zn等多种金属元素发生反应。^[19]

^[19]

^[19]

^[19]

^[19]

钡可与盐酸、硝酸、硫酸等酸发生反应。^[19]

^[19]

^[19]

^[19]

钡与水中的碱无法发生反应，但可与氨气在280℃的条件下发生反应。^[19]

^[19]

^[6]

钡与水剧烈反应，反应剧烈程度大于钙和锶元素与水的反应，小于钠与水的反应。^[19]

^[6]

钡可与乙炔、乙醇、乙酸、四氯化碳等有机物发生反应。^[19]

^[19]

^[19]

^[19]

^[19]

钡具有多种化合物如氢化钡、碳化钡、碳酸钡、氧化钡、氢氧化钡等，其化合物可发生丰富的化学反应。^[20][21]

氢化钡，无色或灰色有光泽的正交晶，1000℃以上分解，室温下氢化钡遇水或遇酸会发生分解反应，释放出氢气，空气中可自燃，可与氮气发生反应^[20][21]

碳酸钡，无色六方晶，在高温下会发生分解反应，还可与镁、碳发生反应，可与酸反应生成二氧化碳，还可与强酸弱碱盐发生复分解反应。^[20][21]

氧化钡，无色立方晶，熔点为1920℃，可与氧气反应生成过氧化钡，可溶于酸生成钡盐与水，还能与盐发生置换反应，与酸性氧化物化合生成钡盐。^[20][21]

高温下硫酸钡可直接分解，还可被碳或一氧化碳还原成硫化钡，还可与浓硫酸反应生成酸式盐，与盐类发生复分解反应。^[20]

钡具有40种已知的同位素，质量数介于114和153之间，其中地壳中的同位素共有七个，分别为：130Ba、132Ba、134Ba、135Ba、136Ba、137Ba 和138Ba，七个同位素的相对丰度分别为0.106%、0.101%、2.417%、6.592%、7.854%、11.23%和71.7%，同位素质量越小，丰度越低。^[18]

钡最稳定的人造放射性同位素是133钡，半衰期约为10.51年。^[22]

钡同位素可用于示踪太阳系早期演化、示踪地质过程、示踪大洋水团混合和海洋生产力等方面。^[18]

首先将开采出的重晶石经洗涤、粉碎、分类，并与石英分离后，用碳还原硫酸钡，反应方程式如下：^[7]

^[7]

对生成的硫化钡再与氧气、硝酸、二氧化碳等物质反应，分别生成硫酸钡、硝酸钡、碳酸钡等。再通过将氧化钡加热至1200°C下，与铝发生铝热反应制得单质钡，具体化学反应方程式如下：^[6][23][7]

^[7]

首先将含钡矿石经过洗涤、粉碎、分类，并与石英分离后，再在清水中浸泡并搅拌十二小时以上，再将浸泡后的矿石与焦炭和煤炭充分混合后进行高温煅烧，得到硫化钡。向所得硫化钡中加入适量的氢氧化钠与二氧化碳进行反应，生成硫化钠与碳酸钡，反应方程式如下。^[24]

对反应得到的碳酸钡通过在封闭环境中与铝粉混合，加热还原的得到钡，并进行进一步的提纯。^[24]

钡可用于生产电视机和电脑显示器阴极射线管中的钡铝合金蒸发吸气剂（气体吸收器），从真空和电视显像管中去除最后的气体痕迹；用作X射线和发射器管以及钠蒸气灯中的吸气剂材料。^[1]

钡可用于钢铁生产、金属制备和浇注、焊接、电池制造、涂层焊接。^[1]以及钢，铜和其他金属的制造，也可用于生产火花塞合金；广泛用于制造汽车点火设备中使用的镍niè钡零件等产品的合金。^[1]

钡的同位素可用于示踪大洋水团混合和海洋生产力。由于自生重晶石在海洋沉积物中的堆积速率常被作为古生产力指标而这项指标会受到重晶石在沉积物中保存率不确定的影响。钡同位素可避免这一影响，并提供更多古海洋变化信息。^[18]

由于硫酸钡无毒且具有不透 X 射线的特性，因此被广泛用于防 X 射线材料和显影剂。将生理盐水与硫酸钡粉混合调制硫酸钡剂可用于X线钡灌肠，为临床早期诊断及手术治疗提供更加可靠的影像学诊断依据，在医疗领域具有重要应用。^[25][26]

硫酸钡是具有化学与电化学双重稳定性的惰性物质，可以在电池负极活性物质中长期稳定存在，并持久发挥效能一种物质。可作为膨胀剂添加入铅蓄电池负极，使得PbSO4结晶时的过饱和度降低，并防止负极活性物质的收缩，以保证电解液向电极内部的扩散和活性物质的可逆转化，从而延长铅蓄电池的使用寿命。^[27]

在塑料成型过程中，可通过加入硫酸钡提高纯树脂塑料抗老化、导热性、冲击强度、拉伸强度、弹性模量等性能，同时能够降低产品成本。同时，由于硫酸钡具有耐候性、耐化学性等特性，可在涂料制备过程中添加一定量的硫酸钡以改善涂料的流平性、曝光性和抗渗透性，同时提高涂料的着色力、遮光力等光学性能，并对漆膜的硬度和耐磨性也有者增强作用。^[27]

用于提高酸性电池铅合金板栅的性能；用于荧光灯的阴极；作为平版印刷油墨的干燥剂；可用于制造永磁体；也可作为灰铁和球墨铸铁的成分；用于X射线管中阳极转子的润滑剂；以及立德粉、玻璃、陶瓷和电视显像管的制造；作为塑料的热稳定剂。此外，钡在复合填充物和根管填充物中都用作无线电起搏器。^[1]

金属钡几乎没有毒性。可溶性钡盐如氯化钡、硝酸钡等，食入可发生严重中毒，出现消化道刺激、心肌受累、低血钾等症状。人体吸人大量可溶性钡化合物的烟尘，可引起急性钡中毒，同样会出现消化道刺激、心肌受累、低血钾等症状。长期接触钡及钡的化合物会导致人体出现流涎、无力、气促、口腔粘膜肿胀、糜烂、鼻炎、心动过速、血压增高、脱发等症状^{[1] [28]}

钡剂摄入对动物的急性影响包括流涎，恶心，腹泻，心动过速，低钾血症，抽搐，骨骼肌的黄酸麻痹，呼吸肌麻痹和心室颤动可能导致死亡。这些急性反应是由于及时和严重的低钾血症引起的。钡剂会引起轻度皮肤和眼睛刺激。接触高浓度对的钡可能导致皮肤、眼睛和粘膜烧伤。摄入、吸入和皮肤吸收可能有毒。患有肺部疾病的人应避免接触。^[1]

钡误入眼睛后应立即进行急救，用轻轻流动的水冲洗受污染的眼睛，在送往医院的过程用0.9%盐水连续冲洗眼睛。若不慎误服钡，应立即漱口，对停止呼吸的患者进行心肺复苏术。不要催吐，若发生呕吐，需将患者前倾或头朝下置于左侧，以保持气道畅通并防止误吸。保持患者安静并保持正常体温，同时需立刻就医。^[1]

钡需储存于干燥清洁的仓间内，相对湿度保持在75％以下。储存过程种需远离火种、热源，并防止阳光直射。保持容器密封，避免与氧化剂、氟fú、氯等物品同空间内存放。搬运时需轻装轻卸，防止包装及容器损坏。^[28]