Fakta om barium
Barium, som fått sitt namn från det grekiska ordet barys för ”tung”, är en relativt tät och reaktiv alkalisk jordartsmetall. Den finns bara naturligt i kombination med andra grundämnen, och föreningar som innehåller barium har många olika användningsområden; de finns i råttgift, viktmedel i oljeborrningsvätskor och den vita vätska som används för att visualisera tarmar i ett röntgendiagnostiskt test som kallas bariumema.
Bara fakta
- Atomnummer (antal protoner i kärnan): 56
- Atomsymbol (i det periodiska systemet av grundämnen): 56
- Atomsymbol (i det periodiska systemet av grundämnen): 56: Ba
- Atomvikt (atomens genomsnittliga massa): 137,327
- Täthet: 2,09 ounces per kubikcentimeter (3.62 gram per kubikcentimeter)
- Fas vid rumstemperatur: fast
- Smältpunkt: 1 341 grader Fahrenheit (727 grader Celsius)
- Kokpunkt: 3 447 F (1 897 C)
- Antal naturliga isotoper (atomer av samma grundämne med olika antal neutroner): 7
- Mest vanlig isotop: Ba-138
Upptäckten av barium
Vincenzo Casciarolo, en italiensk alkemist från 1600-talet, lade först märke till barium i form av ovanliga stenar som glödde i åratal efter att ha utsatts för värme, enligt Royal Society of Chemistry. Han kallade dessa stenar för ”Bologna-stenar” efter sin hemstad, men det konstaterades senare att det rörde sig om bariumsulfat (BaSO4). I slutet av 1700-talet upptäcktes bariumoxid (BaO) och bariumkarbonat (BaCO3) av den tyske kemisten Carl Scheele respektive den engelske kemisten William Withering.
Ren bariummetall isolerades och identifierades inte förrän 1808 vid Royal Institution i London. Den framstående kemisten och uppfinnaren Sir Humphry Davy använde elektrolys för att separera barium från smälta bariumsalter som bariumhydroxid (Ba(OH)2). Vid elektrolys leds en elektrisk ström genom det joniska ämnet för att separera joner från varandra. Eftersom bariumsalterna var smälta rörde sig bariumjonerna lätt till behållaren med den negativa elektroden, och de andra negativa jonerna rörde sig lätt i motsatt riktning till behållaren med den positiva elektroden.
Källor till barium
Barium finns naturligt endast i kombination med andra grundämnen på grund av dess höga reaktivitet. Barium förekommer oftast i kombination med sulfat och karbonat, men kan också bilda föreningar med hydroxid, klorid, nitrat, klorat och andra negativa joner. Ungefär 0,05 procent av jordskorpan består av barium, vilket gör det till det 17:e vanligaste grundämnet i jordskorpan, enligt Robert E. Krebs i sin bok ”The History and Use of Our Earth’s Chemical Elements”: A Reference Guide” (Greenwood Publishing Group, 2006). Gruvreserver i Storbritannien, Italien, Tjeckien, USA och Tyskland innehåller över 400 miljoner ton barium, enligt John Emsley i sin bok ”Nature’s Building Blocks”: An A-Z Guide to the Elements” (Oxford University Press, 1999).
För att få fram rent elementärt barium måste det separeras från andra grundämnen som finns i naturligt förekommande bariumföreningar. Barium kan utvinnas ur bariumklorid genom elektrolys. Barium kan också erhållas genom att reducera bariumoxid med hjälp av aluminium eller kisel i ett vakuum med hög temperatur och lågt tryck.
Bariums egenskaper
Rent barium är en mjuk, silvervit metall. Den klassificeras som en alkalisk jordartsmetall och befinner sig i grupp, eller kolumn, 2 i det periodiska systemet, tillsammans med beryllium, magnesium, kalcium, strontium och radium. Var och en av deras atomer innehåller två valenselektroner (de yttersta). Barium befinner sig i period, eller rad, 5, så det har sina valenceelektroner i sitt femte skal och kan mycket lätt förlora elektronerna, eller bli oxiderat. Detta förklarar bariums höga reaktivitet, särskilt med elektronegativa element som syre.
Kommersiell användning av barium
Elementärt barium har inte många praktiska användningsområden, återigen på grund av dess höga reaktivitet. Dess starka attraktion till syre gör det dock användbart som ”getter” för att avlägsna de sista spåren av luft i vakuumrör. Rent barium kan också kombineras med andra metaller för att bilda legeringar som används för att tillverka maskinelement som lager eller tändstift i förbränningsmotorer. Eftersom barium har ett löst grepp om sina elektroner avger dess legeringar lätt elektroner vid upphettning och förbättrar tändstiftens effektivitet, enligt Krebs.
Föreningar som innehåller barium har en mängd olika kommersiella användningsområden. Bariumsulfat, eller baryt, används i lithopon (ett ljusare pigment i skrivarpapper och färg), vätskor för oljeborrning, glastillverkning och gummitillverkning. Bariumkarbonat används som råttgift, och bariumnitrat och bariumklorat ger gröna färger i fyrverkerier.
Barium i kroppen
En genomsnittlig vuxen innehåller cirka 22 mg barium eftersom det finns i livsmedel som morötter, lök, sallad, bönor och spannmålskorn. Bariumnivåerna i dina tänder kan faktiskt hjälpa forskare att avgöra när spädbarn övergår från amning till att äta fast föda. Dessa låga nivåer av barium har ingen biologisk funktion och är inte skadliga.
Däremot kan stora mängder lösliga bariumsalter vara giftiga och till och med dödliga, enligt John Emsley i sin bok ”The Elements of Murder”: A History of Poison” (Oxford University Press, 2005). Barium kan orsaka kräkningar, kolik, diarré, skakningar och förlamning. Det har förekommit en handfull mord med bariumföreningar, bland annat mordet 1994 på en man i Mansfield, Texas, av hans 16-åriga dotter, Marie Robards, som stal bariumacetat från sitt kemilaboratorium på gymnasiet. Flera patienter har också oavsiktligt dödats av barium när lösligt bariumkarbonat i stället för olösligt bariumsulfat felaktigt användes under ett gastroenterologiskt diagnostiskt test som kallas bariumlavemang.
Läkare utför barium lavemang för att visualisera och diagnostisera avvikelser i tjocktarmen och ändtarmen, enligt Johns Hopkins Medicine. Under proceduren instilleras bariumsulfat via ändtarmen för att belägga tjocktarmens innerväggar. Luft administreras vanligtvis därefter för att se till att bariumbeläggningen fyller alla ytliga avvikelser. Därefter används röntgenstrålar för att skapa en bild av den nedre delen av mag-tarmkanalen. Bariumsulfat absorberar röntgenstrålar och framstår som vitt på röntgenfilmen, i motsats till luften och den omgivande vävnaden som framstår som svarta. Genom att analysera röntgenbilden från bariumema kan läkare diagnostisera sjukdomar som ulcerös kolit, Crohns sjukdom, polyper, cancer och irritabelt tarmsyndrom.