Bario: ottenimento, reazioni, composti

Il bario è un elemento appartenente al Gruppo 2° dei metalli alcalino-terrosi e al 6° Periodo che ha configurazione elettronica [Xe] 6s².
In natura è presente nella barite sotto forma di solfato di bario.

All’inizio del XVII secolo un ciabattino bolognese Vincenzo Casciarolo rinvenne alla base del Monte Paderno nei pressi di Bologna una pietra particolare che, dopo essere stata calcinata nel carbone, tratteneva la luce del sole e la riemetteva dopo un certo tempo.

Questa pietra detta pietra di Bologna di cui si interessò Galileo Galilei rappresenta la prima osservazione del fenomeno della fluorescenza.

Casciarolo, esperto alchimista, denominò “spugna di sole” questa pietra che non era altro che barite in cui, durante la calcinazione avveniva la trasformazione del solfato di bario BaSO₄ in solfuro di bario BaS secondo la reazione:
BaSO₄ + 4 C → BaS + 4 CO

Il riconoscimento scientifico di questo elemento avvenne nel 1760 grazie al chimico svedese Carl Scheele, che comprese che la barite conteneva il solfato di un nuovo elemento chimico. Successivamente nel 1808  il chimico poeta Humphry Davy   isolò il bario metallico tramite elettrolisi, aprendo la strada allo studio approfondito delle proprietà chimiche e fisiche di questo elemento.

Oltre al suo ruolo storico nella scoperta della fluorescenza, il bario ha oggi numerose applicazioni industriali e scientifiche. I suoi composti sono impiegati nella produzione di pigmenti, vetri speciali, esplosivi, lubrificanti e fluidi per perforazioni petrolifere. Inoltre, il solfato di bario, insolubile e atossico, trova largo impiego in medicina come mezzo di contrasto radiologico per esami diagnostici del tratto gastrointestinale.

Grazie alla combinazione di reattività chimica, interessanti proprietà ottiche e versatilità applicativa, il bario rappresenta un elemento di grande rilevanza sia dal punto di vista scientifico che tecnologico.

Ottenimento

Esso può essere ottenuto dalla reazione tra ossido di bario e alluminio:
3 BaO + 2 Al → 3  Ba + Al₂O₃

Può essere ottenuto mediante elettrolisi di BaCl₂ fuso: passando corrente elettrica attraverso il cloruro fuso, si riducono gli ioni Ba²⁺ a Ba metallico all’anodo. Questo metodo è simile a quello utilizzato da Humphry Davy nel XIX secolo e necessita di condizioni rigorosamente anidre, perché il bario metallico reagisce violentemente con acqua e ossigeno.

Reazioni

E’ un metallo tenero dal colore bianco argenteo altamente reattivo. Si combina rapidamente con l’ossigeno per dare l’ossido di bario di colore grigio scuro in cui il bario presenta, come in tutti i suoi composti, numero di ossidazione +2

Quando è bruciato all’aria  reagisce sia con l’ossigeno che con l’azoto per dare una miscela di ossido di bario, perossido di bario e nitruro di bario secondo le reazioni:

2 Ba_(s) + O_2(g) → 2 BaO_(s)

Ba_(s) + O_2(g) → BaO_2(s)

3 Ba_(s) + N_2(g) → Ba₃N_2(s)

Il bario reagisce con l’acqua per dare idrossido di bario e idrogeno gassoso:

Ba_(s) + 2 H₂O_(l) → Ba(OH)_2(aq) + H_2(g)

Reagisce con acido cloridrico per dare cloruro di bario e idrogeno gassoso:

2 Ba_(s) + 2 HCl_(aq)→ BaCl_2(aq) + H_2(g)

Reagisce con il biossido di carbonio per dare una miscela di carburo e di ossido di bario:

5 Ba_(s) + 2 CO_2(g) → BaC_2(s) +4 BaO_(s)

Forma sali poco solubili come il solfato  BaSO₄, il carbonato BaCO₃, il cromato BaCrO₄, il fluoruro BaF₂, il solfito BaSO₃, il tiosolfato BaS₂O₃ oltre che l’idrossido Ba(OH)₂.

L’idrossido  idrato reagisce con cloruro di ammonio per dare cloruro di bario biidrato e ammoniaca secondo la reazione endotermica:

Ba(OH)₂∙ 8 H₂O_(s) + 2 NH₄Cl_(s) → BaCl₂∙ 2 H₂O_(s) + 2 NH_3(g) + 8 H₂O_(l)

Composti

Forma numerosi composti ed in particolare i sali solubili che sono tutti nocivi.

Tra essi:

1)  il nitrato  Ba(NO₃)₂ usato nei fuochi pirotecnici, per l’allestimento di fuochi verdi e nei detonatori

2) il solfato  BaSO₄ è un sale poco solubile ed essendo radiopaco viene utilizzato come mezzo di contrasto nella radiografia dell’apparato digerente al fine di di evidenziare le alterazioni morfologiche e funzionali delle prime vie digestive. Trova inoltre utilizzo come materiale di carica nell’industria della carta, della gomma, del linoleum e come pigmento.

3) il carbonato  BaCO₃ è un sale poco solubile e viene utilizzato per la produzione di vetri ottici, nell’industria della ceramica come fondente, come riempitivo nell’industria del sapone, nella pirotecnica, nell’industria della carta, del linoleum e nella formulazione di rodenticidi e antiparassitari

4) il cloruro  BaCl₂ sale solubile viene utilizzato come reagente in chimica analitica e come intermedio nella produzione di tutti gli altri composti del bario.

E’ usato insieme all’ittrio e al rame forma una famiglia di composti noti per essere superconduttori che vengono indicati con la sigla YBCO. Tale classe di superconduttori sintetizzati per la prima volta dai carbonati dei rispettivi metalli secondo la reazione:

4 BaCO₃ + Y₂(CO₃)₃ + 6 CuCO₃ + (1/2 − x) O₂ → 2 YBa₂Cu₃O_7−x + 13 CO₂

mostrano proprietà che dipendono dal valore di x e dal metodo cristallizzazione

Applicazioni

Il bario e i suoi composti trovano impiego in numerosi settori industriali, scientifici e medici grazie alle loro proprietà chimiche e fisiche uniche. Uno dei principali composti è il solfato  (BaSO₄), estremamente insolubile e atossico, largamente utilizzato in medicina come mezzo di contrasto radiologico per esami del tratto gastrointestinale, permettendo di visualizzare chiaramente stomaco, intestino e esofago tramite raggi X.

Altri composti , come il carbonato (BaCO₃) e il cloruro  (BaCl₂), sono impiegati nella produzione di pigmenti, vetri speciali e materiali ceramici. Allo stato metallico, sebbene molto reattivo, trova applicazione in leghe metalliche e in alcuni tipi di lubrificanti ad alte prestazioni.

Nel settore industriale, i composti  sono fondamentali nei fluidi per perforazioni petrolifere, dove la loro densità aiuta a controllare la pressione dei pozzi. Inoltre, alcuni composti  sono utilizzati in esplosivi e fuochi d’artificio, grazie alla loro capacità di conferire colori verdi intensi alle fiamme.

Infine, il bario ha applicazioni in elettronica e tecnologia ottica: alcuni cristalli di solfuro BaS e altri composti luminescenti vengono impiegati per la produzione di fosfori e materiali fluorescenti, sfruttando la proprietà del bario di emettere luce dopo l’assorbimento di radiazione, fenomeno già osservato nella storica “pietra di Bologna”.

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