Baryum, Ba sembolüne ve 56 atom numarasına sahip kimyasal bir elementtir. Grup 2’deki altıncı element, narin, gümüşi bir toprak alkali metaldir. Büyük kimyasal reaktivitesi nedeniyle, baryum hiçbir zaman doğal olarak serbest bir element olarak bulunmaz.
En yaygın baryum mineralleri barit (baryum sülfat, BaSO4) ve witherittir (baryum karbonat, BaCO3). Baryum ismi, simya dilinde “ağır” anlamına gelen Yunanca βαρὺς (barys) kelimesinden türetilen “baryta “dan gelmektedir. Barik, baryumun sıfat halidir.
Baryum 1772’de yeni bir element olarak keşfedilmiş, ancak elektrolizin kullanılmaya başlanmasıyla 1808’e kadar bir metale dönüştürülememiştir.
Baryumun çok az endüstriyel uygulaması vardır. Daha önce vakum tüpleri için bir alıcı olarak ve oksit formunda, dolaylı olarak ısıtılan katotlar üzerinde yayıcı bir kaplama olarak kullanılmıştır.
YBCO (yüksek sıcaklık süper iletkenleri) ve elektroseramiklerin bir bileşenidir ve mikro yapıdaki karbon tanelerinin boyutunu en aza indirmek için çelik ve dökme demirde kullanılır.
Baryum bileşikleri havai fişeklere yeşil renk vermek için kullanılır. Baryum sülfat, petrol kuyusu sondaj sıvılarına çözünmeyen bir katkı maddesidir.
En saf haliyle, insan gastrointestinal sistemini görüntülemek için bir X-ışını radyokontrast maddesi olarak kullanılır. Suda çözünen baryum bileşikleri toksiktir ve kemirgen öldürücü olarak kullanılmıştır.
Baryum Elementinin Fiziksel Özellikleri
Baryum pürüzsüz, gümüşi-beyaz bir metaldir ve ultra saf olduğunda biraz altın rengi vardır. Baryum metalinin gümüşi-beyaz görünümü havada oksitlendiğinde hızla kaybolur ve geriye oksit içeren koyu gri bir kaplama kalır.
Baryum orta özgül ağırlığa sahiptir ve elektriksel olarak oldukça iletkendir. Baryumun saflaştırılması zor olduğundan, özelliklerinin çoğu tam olarak karakterize edilmemiştir.
Normal sıcaklık ve basınçta, baryum metali 503 pikometre baryum-baryum mesafesi ile gövde merkezli kübik bir yapıya sahiptir. Isıtıldığında kabaca 1.8×10−5/°C oranında genleşir.
Mohs sertliği 1,25 olan son derece yumuşak bir metaldir.
Erime sıcaklığı 1000 K’dir (730 °C), daha hafif stronsiyum (780 °C) ile daha ağır radyum (700 °C) arasında bir değerdir.
Bununla birlikte, (1.900 °C) olan kaynama noktası stronsiyumunkinden (1.382 °C) daha yüksektir.
Baryum elementinin özkütle değeri 3,62 g/cm3‘tür.
Stronsiyum (2.36 g/cm3) ve radyum (yaklaşık 5 g/cm3) arasında bir değerde yer alır.
Baryum Elementinin Kimyasal Reaksiyonları
Baryum kimyasal olarak magnezyum, kalsiyum ve stronsiyum ile karşılaştırılabilir, ancak daha reaktiftir. Genellikle +2 oksidasyon durumunda bulunur. BaF gibi nadir ve kararsız moleküler türlerin tipik olarak sadece gaz fazında incelenmesine rağmen, 2018 yılında bir grafit interkalasyon bileşiğinde bir baryum (I) türü keşfedilmiştir.
Kalkojen reaksiyonları çok ekzotermiktir (enerji açığa çıkarırlar); oksijen veya hava ile reaksiyonlar ortam sıcaklığında gerçekleşir. Sonuç olarak, metalik baryum sıklıkla yağ altında veya inert bir atmosferde depolanır.
Karbon, nitrojen, fosfor, silikon ve hidrojen gibi diğer ametallerle reaksiyonlar tipik olarak ekzotermiktir ve ısıtıldığında meydana gelir.
Su ve alkollerle olan reaksiyonlar çok ekzotermiktir ve hidrojen gazı üretir:
- Ba + 2 ROH → Ba(OR)2 + H2↑ (R bir alkil grubunu veya bir hidrojen atomunu temsil eder).
Baryum, Ba(NH3)6 gibi bileşikler üretmek için amonyak ile etkileşime girer.
Asitler baryum metali ile hızla reaksiyona girer. Sülfürik asit bir istisnadır çünkü pasivasyon yüzeyde çözünmeyen baryum sülfat oluşturarak reaksiyonu engeller. Baryum alüminyum, çinko, kurşun ve kalay gibi diğer metallerle reaksiyona girerek metaller arası fazlar ve alaşımlar oluşturur.
Baryum Elementinin Bileşikleri
Baryum tuzları katı haldeyken genellikle beyaz, çözündüğünde ise renksizdir. Halojenürler hariç, stronsiyum veya kalsiyum analoglarından daha yoğundurlar.
Simyacılar, baryum karbonatın ısıtılmasıyla oluşturulabilen baryum hidroksitin (“baryta”) farkındaydılar.
Kalsiyum hidroksitin aksine, sulu çözeltilerde çok az CO2 emer ve bu nedenle atmosferik değişimlere karşı kayıtsızdır. Bu özellik pH cihazlarını kalibre etmek için kullanılır.
Uçucu baryum bileşikleri, baryum bileşiklerini tespit etmek için etkili bir test olan yeşil ila soluk yeşil bir alev üretir.
Renk tonu 455.4, 493.4, 553.6 ve 611.1 nm’deki spektral çizgilerden gelir.
Organobaryum bileşiklerinin incelenmesi genişlemektedir; dialkilbaryumlar ve alkilhalobaryumlar yakın zamanda tanımlanmıştır.
Baryum Elementinin İzotopları
Yerkabuğundaki baryum, baryum-130, 132’den 138’e kadar yedi ilkel nüklidin bir kombinasyonudur.
Baryum-130, (0.5–2.7)×1021 yıllık bir yarı ömürle çift beta artı yoluyla yavaşça ksenon-130’a bozunur. Bolluk, doğal baryumun yaklaşık %0,1’i kadardır.
Teorik olarak, baryum-132 çift beta bozunmasına uğrayarak ksenon-132’ye dönüşebilir, ancak bu gözlemlenmemiştir. Bu izotopların radyoaktivitesi o kadar düşüktür ki yaşam için bir tehdit oluşturmazlar.
Baryum-138 tüm baryum izotoplarının %71,7’sini oluşturur; diğer izotoplar kütle numaraları azaldıkça daha az bulunur hale gelir.
Baryumun kütleleri 114 ila 153 arasında değişen 40 bilinen izotopu vardır.
İnsan yapımı en kararlı radyoizotop, yaklaşık 10,51 yıllık bir yarı ömre sahip olan baryum-133’tür.
Beş izotopun daha yarı ömrü bir günden fazladır. Baryumun on meta durumu vardır, bunlardan en kararlısı yaklaşık 39 saatlik yarı ömre sahip baryum-133m1’dir.
Baryum Elementinin Tarihçesi
Orta Çağ’ın başlarında simyacılar çeşitli baryum minerallerine aşinaydı. İtalya’nın Bologna kenti yakınlarındaki volkanik kayalıklarda pürüzsüz çakıl taşı benzeri mineral baryte taşları keşfedilmiş ve “Bologna taşları” olarak bilinmişlerdir. Simyacılar bu taşlara ilgi duyuyordu çünkü ışığa maruz kaldıklarında yıllarca parlıyorlardı.
V. Casciorolus, 1602 yılında organik maddelerle ısıtılan baryte’nin fosforesan niteliklerini belgelemiştir.
Carl Scheele 1772’de baryte içinde yeni bir element keşfetti, ancak sadece baryum oksidi izole edebildi. İki yıl sonra, benzer deneylerde Johan Gottlieb Gahn baryum oksidi çıkardı. Guyton de Morveau başlangıçta oksitlenmiş baryumu “barote” olarak adlandırdı, ancak Antoine Lavoisier bunu baryte (Fransızca) veya baryta (Latince) olarak değiştirdi.
Yine 18. yüzyılda İngiliz mineralog William Withering, Cumberland’ın kurşun madenlerinde günümüzde witherit olarak bilinen ağır bir mineral keşfetmiştir.
İngiliz Sir Humphry Davy 1808 yılında erimiş baryum tuzlarının elektrolizi yoluyla baryumu izole eden ilk kişidir.
Davy, kalsiyuma benzeterek, metalik bir elementi belirten “-ium” son ekiyle baryta’dan sonra “baryum” adını verdi. Robert Bunsen ve Augustus Matthiessen, erimiş bir baryum klorür ve amonyum klorür karışımını elektroliz ederek saf baryum üretti.
1880’lerde geniş ölçekte saf oksijen üretmek için baryum peroksit kullanan Brin prosesi, 1900’lerin başında yerini elektroliz ve sıvılaştırılmış havanın fraksiyonel damıtılmasına bırakmıştır.
Bu proseste, baryum oksit 500-600 °C’de hava ile birleşerek baryum peroksit oluşturur ve bu peroksit 700 °C’nin üzerinde ayrışarak oksijen açığa çıkarır.
- 2 BaO + O2 ⇌ 2 BaO2 verir.
Baryum sülfat ilk olarak 1908 yılında sindirim sisteminin X-ışını görüntülemesinde radyokontrast madde olarak kullanılmıştır.
Kaynak: Wikipedia
