Bariumcarbonat: Eigenschaften, chemische Struktur, Verwendung
Bariumcarbonat ist ein anorganisches Salz des Bariummetalls, vorletztes Element der Gruppe 2 des Periodensystems und gehört zu den Erdalkalimetallen. Die chemische Formel lautet BaCO 3 und ist als weißes kristallines Pulver auf dem Markt erhältlich.
Wie kriegst du das hin? Das Bariummetall kommt in Mineralien wie Baryt (BaSO 4 ) und Weißit (BaCO 3 ) vor. Weißer wird mit anderen Mineralien in Verbindung gebracht, die im Austausch gegen Färbungen Reinheitsgrade von ihren weißen Kristallen abziehen.
Um das BaCO 3 für die synthetische Verwendung zu erzeugen, ist es notwendig, Verunreinigungen aus dem Weiß zu entfernen, wie durch die folgenden Reaktionen angezeigt:
BaCO 3 (s, unrein) + 2NH 4 Cl (s) + Q (Wärme) => BaCl 2 (aq) + 2NH 3 (g) + H 2 O (l) + CO 2 (g)
BaCl 2 (aq) + (NH 4 ) 2 CO 3 (s) => BaCO 3 (s) + 2NH 4 Cl (aq)
Der Baryt ist jedoch die Hauptquelle für Barium, weshalb die industrielle Herstellung von Bariumverbindungen hiervon ausgeht. Aus diesem Mineral wird Bariumsulfid (BaS) synthetisiert, aus dem die Synthese anderer Verbindungen und BaCO 3 zu Folgendem führt :
BaS (s) + Na 2 CO 3 (s) => BaCO 3 (s) + Na 2 S (s)
BaS (s) + CO 2 (g) + H 2 O (l) => BaCO 3 (s) + (NH 4 ) 2 S (aq)
Physikalische und chemische Eigenschaften
Es ist ein pulverförmiger, weißer und kristalliner Feststoff. Es ist geruchlos, unansehnlich und hat ein Molekulargewicht von 197, 89 g / mol. Es hat eine Dichte von 4, 43 g / ml und einen nicht vorhandenen Dampfdruck.
Es hat Brechungsindizes von 1.529, 1.676 und 1.677. Der Witherit gibt Licht ab, wenn er ultraviolette Strahlung absorbiert: von einem hellen weißen Licht mit bläulichen Tönen bis zu einem gelben Licht.
Es ist in Wasser (0, 02 g / l) und in Ethanol stark unlöslich. In sauren Lösungen von HCl bildet sich das lösliche Salz des Bariumchlorids (BaCl 2 ), was seine Löslichkeit in diesen sauren Medien erklärt. Bei Schwefelsäure fällt es als unlösliches Salz BaSO 4 aus .
BaCO 3 (s) + 2HCl (aq) => BaCl 2 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O (l)
BaCO 3 (s) + H 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + CO 2 (g) + H 2 O (l)
Da es sich um einen ionischen Feststoff handelt, ist er auch in unpolaren Lösungsmitteln unlöslich. Das Bariumcarbonat schmilzt bei 811 ºC; Steigt die Temperatur um 1380-1400 ºC, zersetzt sich die salzige Flüssigkeit chemisch, anstatt zu kochen. Dieser Prozess findet für alle Metallcarbonate statt: MCO 3 (s) => MO (s) + CO 2 (g).
Thermische Zersetzung
BaCO 3 (s) => BaO (s) + CO 2 (g)
Warum zersetzen sich die Carbonate, wenn die ionischen Feststoffe sehr stabil sind? Verändert Metall M die Temperatur, bei der sich der Feststoff zersetzt? Die Ionen, aus denen das Bariumcarbonat besteht, sind Ba2 + und CO3 2-, beide sperrig (dh mit großen Ionenradien). Das CO 3 2- ist verantwortlich für die Zersetzung:
CO 3 2- (s) => O 2 - (g) + CO 2 (g)
Das Oxidion (O2-) bindet an das Metall und bildet MO, das Metalloxid. MO erzeugt eine neue Ionenstruktur, bei der in der Regel die resultierende Struktur (Netzwerkenthalpie) umso stabiler ist, je ähnlicher die Größe ihrer Ionen ist. Das Gegenteil tritt auf, wenn die M + - und O 2 - -Ionen sehr ungleiche Ionenradien haben.
Wenn die Netzwerkenthalpie für MO groß ist, wird die Zersetzungsreaktion energetisch begünstigt, was niedrigere Erwärmungstemperaturen (niedrigere Siedepunkte) erfordert.
Wenn MO andererseits eine kleine Netzwerkenthalpie aufweist (wie im Fall von BaO, wo Ba2 + einen größeren Ionenradius als O2- aufweist), ist die Zersetzung weniger bevorzugt und erfordert höhere Temperaturen (1380–1400 ° C). In den Fällen von MgCO 3, CaCO 3 und SrCO 3 zersetzen sie sich bei niedrigeren Temperaturen.
Chemische Struktur
Das CO 3 2 -Anion hat eine Doppelbindung, die zwischen drei Sauerstoffatomen schwingt, von denen zwei negativ geladen sind, um das Ba 2+ -Kation anzuziehen.
Während beide Ionen als geladene Kugeln angesehen werden können, hat CO 3 2- eine trigonale Ebenengeometrie (das flache Dreieck, das von den drei Sauerstoffatomen gezeichnet wird) und wird möglicherweise zu einem negativen "Kissen" für Ba2 +.
Diese Ionen wechselwirken elektrostatisch unter Bildung einer kristallinen Anordnung vom orthorhombischen Typ, wobei die Bindungen überwiegend ionisch sind.
Warum ist BaCO 3 in diesem Fall nicht wasserlöslich? Die Erklärung basiert einfach auf der Tatsache, dass die Ionen im Kristallgitter besser stabilisiert sind als durch molekulare kugelförmige Wasserschichten hydratisiert.
Aus einem anderen Blickwinkel ist es für Wassermoleküle schwierig, die starken elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den beiden Ionen zu überwinden. Innerhalb dieser kristallinen Netzwerke können sie Verunreinigungen enthalten, die ihren weißen Kristallen Farbe verleihen.
Verwendet
Auf den ersten Blick kann ein Teil von BaCO 3 keine praktische Anwendung im täglichen Leben versprechen, aber wenn Sie sich einen Kristall aus weißlichem Mineral, weiß wie Milch, ansehen, beginnt der Grund für Ihre wirtschaftliche Nachfrage Sinn zu machen.
Es wird zur Herstellung von Bariumgläsern oder als Zusatz verwendet, um diese zu stärken. Es wird auch bei der Herstellung von optischen Gläsern verwendet.
Aufgrund seiner hohen Netzwerk- und Unlöslichkeitsenthalpie wird es bei der Herstellung von verschiedenen Arten von Legierungen, Kautschuken, Ventilen, Bodenbelägen, Farben, Keramiken, Schmiermitteln, Kunststoffen, Fetten und Zementen verwendet.
Ebenso wird es als Gift für Mäuse verwendet. Kurz gesagt, dieses Salz wird zur Herstellung anderer Bariumverbindungen verwendet und dient somit als Material für elektronische Geräte.
Das BaCO 3 kann als Nanopartikel synthetisiert werden und zeigt in sehr kleinen Maßstäben neue interessante Eigenschaften von Weißit. Mit diesen Nanopartikeln werden Metalloberflächen, insbesondere chemische Katalysatoren, imprägniert.
Es wurde gefunden, dass Oxidationskatalysatoren verbessert werden und in gewissem Maße die Migration von Sauerstoffmolekülen durch ihre Oberfläche begünstigt wird.
Sie gelten als Werkzeuge zur Beschleunigung der Prozesse, in die Sauerstoff eingebaut wird. Und schließlich werden sie verwendet, um supramolekulare Materialien zu synthetisieren.
Risiken
BaCO 3 ist durch Verschlucken giftig und verursacht unzählige unangenehme Symptome, die durch Atemstillstand oder Herzstillstand zum Tod führen. Aus diesem Grund wird der Transport mit essbaren Gütern nicht empfohlen.
Es verursacht Rötungen der Augen und der Haut sowie Husten und Halsschmerzen. Es ist eine giftige Verbindung, obwohl es mit bloßen Händen leicht zu handhaben ist, wenn die Einnahme unter allen Umständen vermieden wird.
Es ist nicht brennbar, zersetzt sich jedoch bei hohen Temperaturen unter Bildung von BaO und CO 2, giftigen Produkten und Oxidationsmitteln, die andere Materialien verbrennen können.
Im Organismus lagert sich das Barium in Knochen und anderen Geweben ab und ersetzt Kalzium in vielen physiologischen Prozessen. Es blockiert auch die Kanäle, durch die K + -Ionen wandern, und verhindert so deren Diffusion durch Zellmembranen.
