Carbonato di bario: solubilità, sintesi, reazioni

Il carbonato di bario è un sale che si trova in natura nella witherite, minerale appartenente alla classe dei carbonati, nello specifico al gruppo dell’aragonite.
Il carbonato di bario cristallizza secondo il sistema ortorombico ed è è un importante composto in cui è presente un metallico alcalino-terroso utilizzato nella produzione di sali di bario,  pigmenti, ceramiche, vetro ottico e condensatori elettrici. Inoltre, funge da precursore per produrre superconduttori e materiali ceramici.

Il carbonato di bario viene usato per ottenere ferrite di bario, materiale che ha dimostrato di essere resistente a diversi stress ambientali, tra cui umidità e corrosione. La ferrite di bario è ottenuta per calcinazione del carbonato di bario in presenza di ossido di ferro (III) secondo la reazione:
BaCO₃ + 6 Fe₂O₃ → BaFe₁₂O₁₉ + CO₂

Solubilità

Il carbonato di bario è un sale che ha un prodotto di solubilità pari a 2.58 ·10^–9.

Si dissocia secondo l’equilibrio eterogeneo:
BaCO_{3 (s)} ⇄ Ba²⁺_(aq) + CO₃ ^2-_(aq)

L’espressione del prodotto di solubilità è:
K_ps = [Ba²⁺][CO₃^2-]

Detta x la solubilità molare all’equilibrio si ha:
[Ba²⁺]= x
[CO₃^2-] = x

Sostituendo nell’espressione del K_ps:
K_ps = 2.58 ·10^–9= (x)(x) =  x²
Da cui x  = √2.58 ·10^–9 = 5.08 · 10^-5 mol/L

Proprietà

Si presenta sotto forma di polvere bianca poco solubile in acqua ma solubile, come i carbonati, in acidi come l’acido cloridrico. Dalla reazione si ottiene cloruro di bario, biossido di carbonio e acqua:
BaCO_3(s) + 2 HCl_(aq) → BaCl_2(aq) + CO_2(g) + H₂O_(l)

Ad una temperatura di circa 1300°C dà luogo a decomposizione termica secondo la reazione:
BaCO_3(s) → BaO_(s) + CO_2(g)

Sintesi

Si ottiene dalla raffinazione della witherite . Il minerale è fatto reagire con cloruro di ammonio con ottenimento del cloruro di bario, ammoniaca, biossido di carbonio e acqua:
BaCO_3(s) + 2 NH₄Cl_(aq) → BaCl_2(aq) + 2 NH_3(aq) + CO_2(g) + H₂O_(l)

Il cloruro di bario è fatto reagire con carbonato di ammonio e si ottiene carbonato di bario ad elevato grado di purezza e cloruro di ammonio:
BaCl_2(aq) + (NH₄)₂CO_3(aq) →BaCO_3(s) + 2 NH₄Cl_(aq)

A livello industriale è preparato dal solfuro di bario secondo due metodi:

• carbonatazione in cui è trattato con anidride carbonica a una temperatura compresa tra 40°C e 90°C:
  BaS + CO₂ + H₂O → BaCO₃ + H₂S

• metatesi in cui si fa reagire il solfuro di bario con carbonato di ammonio:
  BaS + (NH₄)₂CO₃→ BaCO₃ + (NH₄)₂S

In laboratorio si ottiene da una reazione di precipitazione tra un sale solubile di bario con un carbonato solubile. Ad esempio dalla reazione tra nitrato di bario e carbonato di sodio:
Ba(NO₃)_2(aq) + Na₂CO_3(aq) → BaCO_3(s) + 2 NaNO_3(aq)

Usi

Il carbonato di bario è utilizzato come fondente e come materia prima per ottenere ossido e perossido di bario. Viene anche utilizzato come veleno per i topi. Agisce come agente opacizzante e cristallizzante e si combina con alcuni ossidi coloranti per produrre colori unici non facilmente ottenibili con altri mezzi. Viene anche utilizzato per la rimozione dei solfati nella produzione di acido fosforico e nell’elettrolisi alcalina del cloro.

Trova utilizzo nella produzione di vetri ottici, ceramiche, smalti e vernici. Per la caratteristica del bario di impartire la colorazione verde alla fiamma è usato nei fuochi d’artificio. Può trovare utilizzo quale veleno per i topi.

Viene utilizzato nella produzione di tubi catodici per la televisione e come additivo nei fanghi di perforazione dei pozzi petroliferi.

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