Carbonato di bario: proprietà, struttura chimica, usi
Il carbonato di bario è un sale inorganico di metallo di bario, penultimo elemento del gruppo 2 della tavola periodica e appartiene ai metalli alcalino-terrosi. La sua formula chimica è BaCO 3 ed è disponibile sul mercato come polvere cristallina bianca.
Come hai capito? Il metallo di bario si trova in minerali, come la barite (BaSO 4 ) e il whiterite (BaCO 3 ). Whiterite è associato ad altri minerali che sottraggono i livelli di purezza dai loro cristalli bianchi in cambio di colorazioni.
Per generare il BaCO 3 per uso sintetico è necessario eliminare le impurità dal bianco, come indicato dalle seguenti reazioni:
BaCO 3 (s, impuro) + 2NH 4 Cl (s) + Q (calore) => 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)
La barite, tuttavia, è la principale fonte di bario, ed è per questo che iniziano le produzioni industriali di composti di bario. Da questo minerale viene sintetizzato il solfuro di bario (BaS), prodotto dal quale la sintesi di altri composti e BaCO 3 ha portato a :
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)
Proprietà fisiche e chimiche
È un solido polveroso, bianco e cristallino. È inodore, antiestetico e il suo peso molecolare è 197, 89 g / mol. Ha una densità di 4, 43 g / ml e una pressione di vapore inesistente.
Ha indici di rifrazione di 1.529, 1.676 e 1.677. La witherite emette luce quando assorbe la radiazione ultravioletta: da una luce bianca brillante con toni bluastri, ad una luce gialla.
È altamente insolubile in acqua (0, 02 g / L) e in etanolo. In soluzioni acide di HCl forma il sale solubile di cloruro di bario (BaCl 2 ), che spiega la sua solubilità in questi terreni acidi. Nel caso dell'acido solforico, precipita come il sale insolubile BaSO 4 .
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)
Essendo un solido ionico, è anche insolubile nei solventi apolari. Il carbonato di bario si scioglie a 811 ° C; se la temperatura aumenta intorno a 1380-1400 ° C, il liquido salato subisce una decomposizione chimica anziché bollente. Questo processo si verifica per tutti i carbonati di metallo: MCO 3 (s) => MO (s) + CO 2 (g).
Decomposizione termica
BaCO 3 (s) => BaO (s) + CO 2 (g)
Se i solidi ionici sono caratterizzati dall'essere molto stabili, perché i carbonati si decompongono? Il metallo M cambia la temperatura alla quale il solido si decompone? Gli ioni che costituiscono il carbonato di bario sono Ba2 + e CO3 2-, entrambi voluminosi (cioè con grandi raggi ionici). La CO 3 2- è responsabile della decomposizione:
CO 3 2- (s) => O2- (g) + CO 2 (g)
Lo ione ossido (O2-) si lega al metallo per formare MO, l'ossido di metallo. MO genera una nuova struttura ionica in cui, come regola generale, più sono simili le dimensioni dei suoi ioni, più stabile è la struttura risultante (entalpia di rete). Il contrario si verifica se gli ioni M + e O2 hanno raggi di ioni molto diversi.
Se l'entalpia di rete per MO è grande, la reazione di decomposizione è favorita energeticamente, richiedendo temperature di riscaldamento più basse (punti di ebollizione più bassi).
D'altra parte, se MO ha una piccola entalpia di rete (come nel caso di BaO, dove Ba2 + ha un raggio ionico maggiore di O2-) la decomposizione è meno favorita e richiede temperature più elevate (1380-1400 ° C). Nei casi di MgCO 3, CaCO 3 e SrCO 3, si decompongono a temperature più basse.
Struttura chimica
L'anione di CO 2 2- ha un doppio legame che risuona tra tre atomi di ossigeno, due di questi carichi negativamente per attrarre il catione Ba 2+.
Mentre entrambi gli ioni possono essere considerati sfere cariche, CO 2 2- ha una geometria del piano trigonale (il triangolo piatto disegnato dai tre atomi di ossigeno), forse diventando un "cuscino" negativo per Ba2 +.
Questi ioni interagiscono elettrostaticamente per formare una disposizione cristallina di tipo ortorombico, i legami essendo prevalentemente ionici.
In tal caso, perché BaCO 3 non è solubile in acqua? La spiegazione si basa semplicemente sul fatto che gli ioni sono meglio stabilizzati nel reticolo cristallino, che idratati dagli strati sferici molecolari dell'acqua.
Da un altro punto di vista, le molecole d'acqua hanno difficoltà a superare le forti attrazioni elettrostatiche tra i due ioni. All'interno di queste reti cristalline possono ospitare impurità che danno colore ai loro cristalli bianchi.
applicazioni
A prima vista, una porzione di BaCO 3 potrebbe non promettere alcuna applicazione pratica nella vita quotidiana, ma se guardi un cristallo di minerale bianco, bianco come latte, la ragione della tua domanda economica comincia a dare un senso.
È usato per fare bicchieri di bario o come additivo per rafforzarli. Viene anche utilizzato nella produzione di occhiali da vista.
Grazie alla sua grande entalpia di rete e insolubilità, è utilizzato nella produzione di diversi tipi di leghe, gomme, valvole, rivestimenti per pavimenti, vernici, ceramiche, lubrificanti, materie plastiche, grassi e cementi.
Allo stesso modo, è usato come veleno per i topi. In breve, questo sale viene utilizzato per produrre altri composti di bario, e quindi servire come materiali per dispositivi elettronici.
Il BaCO 3 può essere sintetizzato come nanoparticelle, esprimendo su scala molto piccola nuove interessanti proprietà di whiterite. Queste nanoparticelle sono utilizzate per impregnare superfici metalliche, in particolare catalizzatori chimici.
È stato trovato che migliora i catalizzatori di ossidazione e in una certa misura favorisce la migrazione delle molecole di ossigeno attraverso la loro superficie.
Sono considerati strumenti per accelerare i processi in cui sono incorporati gli ossigeni. E, infine, sono usati per sintetizzare materiali supramolecolari.
rischi
BaCO 3 è velenoso per ingestione, causando un'infinità di sintomi spiacevoli che portano alla morte per insufficienza respiratoria o arresto cardiaco; Per questo motivo non è raccomandato il trasporto insieme a beni commestibili.
Provoca arrossamento degli occhi e della pelle, oltre a tosse e mal di gola. È un composto tossico, anche se facilmente manipolabile a mani nude se la sua ingestione viene evitata a tutti i costi.
Non è infiammabile, ma a temperature elevate si decompone formando BaO e CO 2, prodotti tossici e ossidanti che possono bruciare altri materiali.
Nell'organismo il bario si deposita nelle ossa e in altri tessuti, soppiantando il calcio in molti processi fisiologici. Blocca anche i canali attraverso i quali viaggiano gli ioni K +, impedendo la loro diffusione attraverso le membrane cellulari.
