Feiten over barium
Genoemd naar het Griekse woord barys voor “zwaar”, is barium een relatief dicht en reactief aardalkalimetaal. Het wordt alleen in de natuur gevonden in combinatie met andere elementen, en verbindingen die barium bevatten hebben een breed scala aan toepassingen; ze worden gevonden in rattengif, verzwaringsmiddelen in olieboorvloeistoffen, en de witte vloeistof die wordt gebruikt om de darmen zichtbaar te maken in een röntgendiagnostische test genaamd een bariumklysma.
Alleen de feiten
- Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 56
- Atomisch symbool (op het periodiek systeem der elementen): Ba
- Atomair gewicht (gemiddelde massa van het atoom): 137,327
- Dichtheid: 2,09 ounce per kubieke inch (3.62 gram per kubieke cm)
- Fase bij kamertemperatuur: vast
- Smeltpunt: 1.341 graden Fahrenheit (727 graden Celsius)
- Kookpunt: 3.447 F (1.897 C)
- Aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 7
- Meest voorkomende isotoop: Ba-138
Ontdekking van barium
Vincenzo Casciarolo, een 17e-eeuwse Italiaanse alchemist, merkte barium voor het eerst op in de vorm van ongebruikelijke kiezelstenen die jarenlang gloeiden na blootstelling aan hitte, aldus de Royal Society of Chemistry. Hij noemde deze kiezelstenen “Bologna-stenen” naar zijn geboortestad, maar later werd vastgesteld dat ze bariumsulfaat (BaSO4) waren. Aan het eind van de 18e eeuw werden bariumoxide (BaO) en bariumcarbonaat (BaCO3) ontdekt door respectievelijk de Duitse scheikundige Carl Scheele en de Engelse scheikundige William Withering.
Puur bariummetaal werd pas in 1808 geïsoleerd en geïdentificeerd in het Royal Institution in Londen. De vooraanstaande scheikundige en uitvinder Sir Humphry Davy gebruikte elektrolyse om het barium te scheiden van gesmolten bariumzouten zoals bariumhydroxide (Ba(OH)2). Bij elektrolyse wordt een elektrische stroom door de ionische stof geleid om ionen van elkaar te scheiden. Omdat de bariumzouten gesmolten waren, bewogen de bariumionen gemakkelijk naar de container met de negatieve elektrode, en de andere negatieve ionen bewogen gemakkelijk in tegengestelde richting naar de container met de positieve elektrode.
Bronnen van barium
Barium wordt van nature alleen gevonden in combinatie met andere elementen vanwege de hoge mate van reactiviteit. Barium wordt het meest gevonden in combinatie met sulfaat en carbonaat, maar kan ook verbindingen vormen met hydroxide, chloride, nitraat, chloraat, en andere negatieve ionen. Ongeveer 0,05 procent van de aardkorst is barium, waardoor het de 17e meest voorkomende element in de korst, volgens Robert E. Krebs in zijn boek, “The History and Use of Our Earth’s Chemical Elements: A Reference Guide” (Greenwood Publishing Group, 2006). Mijnreserves in het Verenigd Koninkrijk, Italië, Tsjechië, de Verenigde Staten en Duitsland bevatten meer dan 400 miljoen ton barium, aldus John Emsley in zijn boek, “Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements” (Oxford University Press, 1999).
Om zuiver elementair barium te verkrijgen, moet het worden gescheiden van andere elementen die in natuurlijk voorkomende bariumverbindingen voorkomen. Barium kan door elektrolyse uit bariumchloride worden gewonnen. Barium kan ook worden verkregen door bariumoxide te reduceren met behulp van aluminium of silicium in een vacuüm bij hoge temperatuur en onder lage druk.
Eigenschappen van barium
Puur barium is een zacht, zilverachtig wit metaal. Geclassificeerd als een alkalisch aardmetaal, bevindt het zich in groep, of kolom, 2 op het periodiek systeem, samen met beryllium, magnesium, calcium, strontium en radium. Elk van hun atomen bevat twee valentie-elektronen (buitenste elektronen). Barium zit in periode, of rij, 5, dus het houdt zijn valentie-elektronen in zijn vijfde schil en kan de elektronen, of geoxideerd worden, heel gemakkelijk verliezen. Dit verklaart de hoge reactiviteit van barium, vooral met elektronegatieve elementen zoals zuurstof.
Commercieel gebruik van barium
Elementair barium heeft niet veel praktische toepassingen, opnieuw als gevolg van de hoge reactiviteit. Zijn sterke aantrekkingskracht op zuurstof maakt het echter nuttig als een “getter” om de laatste sporen van lucht in vacuümbuizen te verwijderen. Zuiver barium kan ook worden gecombineerd met andere metalen om legeringen te vormen die worden gebruikt om machine-elementen te maken zoals lagers of bougies in verbrandingsmotoren. Omdat barium een losse greep op zijn elektronen heeft, geven zijn legeringen gemakkelijk elektronen af bij verhitting en verbeteren zij de efficiëntie van de bougies, aldus Krebs.
Samenstellingen die barium bevatten, hebben een verscheidenheid van commerciële toepassingen. Bariumsulfaat, of bariet, wordt gebruikt in lithopoon (een ophelderend pigment in printerpapier en verf), boorvloeistoffen voor oliebronnen, glasfabricage en het maken van rubber. Bariumcarbonaat wordt gebruikt als rattengif, en bariumnitraat en bariumchloraat produceren groene kleuren in vuurwerk.
Barium in je lichaam
De gemiddelde volwassene bevat ongeveer 22 mg barium omdat het aanwezig is in voedingsmiddelen zoals wortelen, uien, sla, bonen en graankorrels. Bariumniveaus in je tanden kunnen wetenschappers helpen bepalen wanneer baby’s overgaan van borstvoeding naar het eten van vast voedsel. Deze lage bariumgehaltes hebben geen biologische functie en zijn niet schadelijk.
Echter, grote hoeveelheden oplosbare bariumzouten kunnen giftig en zelfs dodelijk zijn, aldus John Emsley in zijn boek “The Elements of Murder: A History of Poison” (Oxford University Press, 2005). Barium kan braken, kolieken, diarree, beven en verlamming veroorzaken. Er zijn een handvol moorden gepleegd met bariumverbindingen, waaronder een moord in 1994 op een man in Mansfield, Texas, door zijn 16-jarige dochter, Marie Robards, die bariumacetaat had gestolen uit haar scheikundelaboratorium op de middelbare school. Verscheidene patiënten werden ook per ongeluk gedood door barium toen oplosbaar bariumcarbonaat in plaats van onoplosbaar bariumsulfaat per vergissing werd gebruikt tijdens een gastro-enterologische (GI) diagnostische test genaamd een bariumklysma.
Doctors voeren bariumklysma’s uit om afwijkingen van de dikke darm en het rectum zichtbaar te maken en te diagnosticeren, aldus Johns Hopkins Medicine. Tijdens de procedure wordt bariumsulfaat via het rectum ingebracht om de binnenwanden van de dikke darm te bedekken. Vervolgens wordt meestal lucht toegediend om ervoor te zorgen dat de bariumlaag alle afwijkingen aan het oppervlak opvult. Vervolgens wordt met behulp van röntgenstralen een beeld van het onderste deel van het maagdarmkanaal gemaakt. Bariumsulfaat absorbeert röntgenstralen en verschijnt wit op de röntgenfilm, in tegenstelling tot de lucht en het omringende weefsel, die er zwart uitzien. Analyse van de röntgenfoto van het bariumklysma stelt artsen in staat aandoeningen zoals colitis ulcerosa, de ziekte van Crohn, poliepen, kanker en prikkelbaar darmsyndroom te diagnosticeren.