Tietoa bariumista
Barium, joka on saanut nimensä kreikan sanasta barys, joka tarkoittaa ”raskas”, on suhteellisen tiheä ja reaktiivinen maa-alkalimetalli. Sitä esiintyy luonnossa vain yhdistettynä muihin alkuaineisiin, ja bariumia sisältävillä yhdisteillä on monenlaisia käyttötarkoituksia; niitä on rotanmyrkyssä, öljynporausnesteiden painotusaineissa ja valkoisessa nesteessä, jota käytetään suoliston havainnollistamiseen röntgendiagnostisessa testissä, jota kutsutaan bariumperäruiskeeksi.
Pelkkiä faktoja
- Atomiluku (protonien lukumäärä ytimessä): 56
- Atomin symboli (alkuaineitten jaksollisessa järjestelmässä): Ba
- Atomipaino (atomin keskimääräinen massa): 137,327
- Tiheys: 2,09 unssia kuutiotuumalla (3.62 grammaa kuutiosenttimetriä kohti)
- Faasi huoneenlämmössä: kiinteä
- Sulamispiste: 1 341 Fahrenheit-astetta (727 celsiusastetta)
- Kiehumispiste: 3 447 F (1 897 C)
- Luonnossa olevien isotooppien (saman alkuaineen atomeja, joilla on erilainen määrä neutroneita) lukumäärä: 7
- Yleisin isotooppi: Ba-138
Bariumin löytäminen
Vincenzo Casciarolo, 1600-luvun italialainen alkemisti, huomasi ensimmäisenä bariumin epätavallisina kivinä, jotka hehkuivat vuosia altistuttuaan lämmölle, kertoo Royal Society of Chemistry. Hän nimesi nämä kivet ”Bolognan kiviksi” kotikaupunkinsa mukaan, mutta myöhemmin niiden todettiin olevan bariumsulfaattia (BaSO4). 1700-luvun lopulla bariumoksidin (BaO) löysi saksalainen kemisti Carl Scheele ja bariumkarbonaatin (BaCO3) englantilainen kemisti William Withering.
Puhdas bariummetalli eristettiin ja tunnistettiin vasta vuonna 1808 Lontoon Royal Institutionissa. Merkittävä kemisti ja keksijä Sir Humphry Davy käytti elektrolyysiä erottamaan bariumin sulasta bariumsuolasta, kuten bariumhydroksidista (Ba(OH)2). Elektrolyysin aikana ionisen aineen läpi johdetaan sähkövirta ionien erottamiseksi toisistaan. Koska bariumsuolat olivat sulaa, bariumionit siirtyivät helposti säiliöön, jossa oli negatiivinen elektrodi, ja muut negatiiviset ionit siirtyivät helposti vastakkaiseen suuntaan säiliöön, jossa oli positiivinen elektrodi.
Bariumin lähteet
Bariumia esiintyy luonnossa vain yhdessä muiden alkuaineiden kanssa, koska sen reaktiivisuus on suuri. Bariumia esiintyy yleisimmin yhdistettynä sulfaatin ja karbonaatin kanssa, mutta se voi muodostaa yhdisteitä myös hydroksidin, kloridin, nitraatin, kloraatin ja muiden negatiivisten ionien kanssa. Robert E. Krebsin kirjassa ”The History and Use of Our Earth’s Chemical Elements” (Maapallomme kemiallisten alkuaineiden historia ja käyttö) olevan Robert E. Krebsin mukaan noin 0,05 prosenttia maankuoresta on bariumia, mikä tekee siitä 17. runsaimman alkuaineen maankuoressa: A Reference Guide” (Greenwood Publishing Group, 2006). John Emsleyn kirjassaan ”Nature’s Building Blocks” (Luonnon rakennusaineet) julkaiseman John Emsleyn mukaan Yhdistyneessä kuningaskunnassa, Italiassa, Tšekin tasavallassa, Yhdysvalloissa ja Saksassa olevat kaivosvarannot sisältävät yli 400 miljoonaa tonnia bariumia: An A-Z Guide to the Elements” (Oxford University Press, 1999).
Puhtaan alkuainebariumin saamiseksi se on erotettava muista luonnossa esiintyvissä bariumyhdisteissä olevista alkuaineista. Barium voidaan erottaa bariumkloridista elektrolyysin avulla. Bariumia voidaan saada myös pelkistämällä bariumoksidia alumiinia tai piitä käyttäen korkean lämpötilan ja matalan paineen tyhjiössä.
Bariumin ominaisuudet
Puhdas barium on pehmeä, hopeanvalkoinen metalli. Se luokitellaan maa-alkalimetalliin, ja se sijaitsee jaksollisen järjestelmän ryhmässä eli sarakkeessa 2 yhdessä berylliumin, magnesiumin, kalsiumin, strontiumin ja radiumin kanssa. Jokaisessa niiden atomissa on kaksi valenssielektronia (uloin elektroni). Barium on jaksossa eli rivillä 5, joten sen valenssielektronit ovat viidennessä kuoressa, ja se voi menettää elektroneja eli hapettua hyvin helposti. Tämä selittää bariumin korkean reaktiivisuuden erityisesti elektronegatiivisten alkuaineiden, kuten hapen, kanssa.
Bariumin kaupalliset käyttötarkoitukset
Alkuainemuotoisella bariumilla ei ole monia käytännön käyttötarkoituksia, jälleen sen korkean reaktiivisuuden vuoksi. Sen voimakas vetovoima happea kohtaan tekee siitä kuitenkin käyttökelpoisen ”getterinä”, jolla poistetaan viimeisetkin ilmajäämät tyhjiöputkista. Puhdasta bariumia voidaan myös yhdistää muiden metallien kanssa seoksiksi, joista valmistetaan koneenosia, kuten laakereita tai polttomoottoreiden sytytystulppia. Koska bariumilla on löysä ote elektroneistaan, sen seokset luovuttavat elektroneja helposti kuumennettaessa ja parantavat Krebsin mukaan sytytystulppien hyötysuhdetta.
Bariumia sisältävillä yhdisteillä on monenlaisia kaupallisia käyttötarkoituksia. Bariumsulfaattia eli bariittia käytetään litoponissa (tulostuspaperin ja maalien kirkastava pigmentti), öljylähteiden porausnesteissä, lasinvalmistuksessa ja kumin valmistuksessa. Bariumkarbonaattia käytetään rotanmyrkkynä, ja bariumnitraatti ja bariumkloraatti tuottavat vihreitä värejä ilotulitteisiin.
Bariumia elimistössäsi
Keskiverto aikuinen sisältää noin 22 mg bariumia, koska sitä on elintarvikkeissa, kuten porkkanoissa, sipuleissa, salaatissa, pavuissa ja viljanjyvissä. Hampaiden bariumpitoisuudet voivat itse asiassa auttaa tutkijoita määrittämään, milloin vauvat siirtyvät imettämisestä kiinteiden ruokien syömiseen. Näillä alhaisilla bariumpitoisuuksilla ei ole biologista merkitystä, eivätkä ne ole haitallisia.
Suuret määrät liukoisia bariumsuoloja voivat kuitenkin olla myrkyllisiä ja jopa tappavia, toteaa John Emsley kirjassaan The Elements of Murder: A History of Poison” (Oxford University Press, 2005). Barium voi aiheuttaa oksentelua, koliikkia, ripulia, vapinaa ja halvaantumista. Bariumyhdisteillä on tehty kourallinen murhia, muun muassa vuonna 1994 Teksasin Mansfieldissä murhasi miehen 16-vuotias tytär Marie Robards, joka varasti bariumasetaattia lukion kemian laboratoriosta. Useat potilaat kuolivat myös vahingossa bariumin vaikutuksesta, kun liukoista bariumkarbonaattia käytettiin erehdyksessä liukenemattoman bariumsulfaatin sijasta gastroenterologisessa (GI) diagnostisessa testissä, jota kutsutaan bariumperäruiskeeksi.
Lääkärit tekevät Johns Hopkins Medicine -lääkärin mukaan bariumperäruiskeen paksusuolen ja peräsuolen poikkeavuuksien visualisoimiseksi ja diagnosoimiseksi. Toimenpiteen aikana peräsuolen kautta tiputetaan bariumsulfaattia paksusuolen sisäseinämien päällystämiseksi. Seuraavaksi annetaan yleensä ilmaa, jotta varmistetaan, että bariumpinnoite täyttää kaikki pintapoikkeavuudet. Tämän jälkeen käytetään röntgensäteilyä, jolla saadaan kuva ruoansulatuskanavan alaosasta. Bariumsulfaatti absorboi röntgensäteitä ja näkyy röntgenfilmillä valkoisena, kun taas ilma ja ympäröivä kudos näkyvät mustina. Bariumperäruiskeen röntgenkuvan analysoinnin avulla lääkärit voivat diagnosoida sairauksia, kuten haavaista paksusuolen tulehdusta, Crohnin tautia, polyyppeja, syöpää ja ärtyvän suolen oireyhtymää.