Bárium

A bárium (nyelvújításkori magyar nevén sulyany) a periódusos rendszer egy kémiai eleme. Neve a görög bárisz = nehéz szóból származik. Az oxidját először barote-nak nevezte el Guyton de Morveau, később Antoine Lavoisier baryta-ra változtatta, majd végül maga a fém a bárium nevet kapta.

Vegyjele Ba, rendszáma 56, atomtömege 137,34. A II.a főcsoportban a stabil alkáliföldfémek legnehezebbike.

Története 

Bárium-oxidot először Carl Scheele különített el 1774-ben. A fémet Humphry Davy állította elő 1808-ban.

Jellemzői 

Elemi állapotban ezüstös színű, lágy, jól nyújtható könnyűfém. Olvadáspontja 725 °C.

Hét természetes izotópja közül a leggyakoribb a 138Ba (71,7%).

Erős redukálószer, ami oxigénnel nedves levegőn már szobahőmérsékleten is hőfejlődéssel reagál: a reakcióban bárium-oxid és bárium-peroxid keletkezik. Erősen negatív standardpotenciáljának köszönhetően hevesen reagál vízzel, híg savakkal és alkoholokkal, a reakciókban a megfelelő báriumsók mellett hidrogéngáz képződik. Sok fémmel, például cinkkel, alumíniummal és ólommal ötvözhető. Vegyületeiben oxidációs száma mindig +2, illékony vegyületei a színtelen lángot zöldre festik.

Előállítása 

A bárium-szulfát magas hőmérsékleten szénnel bárium-szulfiddá redukálható – utóbbi kén-hidrogén és a megfelelő báriumsó keletkezése közben oldódik savakban. A bárium-szulfid hidrolízissel bárium-hidroxiddá alakítható, és e vegyületet kiizzítva bárium-oxidhoz jutunk. A fém báriumot bárium-oxidból állítják elő alumíniummal, magas hőmérsékleten, légtelenített retortában végzett redukcióval – kis mennyiségeket kloridja olvadékának elektrolízisével is kaphatunk:

 4 BaO + 2 Al → BaO•Al2O3 + 3 Ba

Vegyületei 

A bárium vegyületei színtelenek, kivéve ha a vegyületet alkotó anion színes. Halogenidjei a bárium-fluorid kivételével vízben jól oldódnak; vízben ugyancsak oldható a bárium-nitrát (desztillált vízben 0 °C-on 310 g/l, 20 °C-on 92 g/l) és a bárium-hidroxid. Vízben és savakban oldhatatlan a bárium-szulfát, és emiatt ez a sója nem mérgező. Savakban – a kénsav kivételével – jól oldódik a bárium-karbonát, a bárium-szulfid, a bárium-szulfit és oxidjai (a bárium-oxid és a bárium-peroxid): minél kisebb a pH, annál inkább. A bárium-oxid 5–600 °C környékén a levegőből oxigént felvéve bárium-peroxiddá alakul, ami viszont 7–800 °C környékén oxigént leadva visszaalakul bárium-oxiddá. Szintén magas hőmérsékleten a fém báriumból, nitrogénből és szénből bárium-cianid keletkezik.

 Ba + N2 + 2 C → Ba(CN)2

További, nem jelentős vegyületei a bárium-nitrid és a bárium-hidrid.

Fontosabb reakciói 

A bárium néhány fontosabb reakciója:
 Hidrogénnel bárium-hidridet képez:

 A bárium oxidációja során bárium-peroxid keletkezik:

 Nitrogénnel reagálva bárium-nitrid keletkezik:

 Kénnel bárium-szulfid keletkezik:

 Halogénekkel X2 (X = fluor, klór, bróm, jód) bárium-halogenidek keletkeznek:

 vízzel H2O Bárium-hidroxid keletkezik, ami vízoldható:

 Ammóniával NH3 komplexet képez, ami bárium-amiddá bomlik:

Analitikája 

A vízben oldható báriumsókat, illetve a báriumiont bárium-szulfát csapadék formájában azonosíthatjuk. Ez a legoldhatatlanabb szulfát csapadék, ami még tömény sósavban sem oldódik.

Ezenkívül még jellegzetes sárga színű kromát-csapadéka, illetve karbonát-csapadéka, ami még ammóniumsók jelenlétében is leválik. (kationok IV. kvalitatív analitikai osztálya)

Előfordulása 

A bárium az elemek gyakorisági sorában a 14. helyet foglalja el, átlagos gyakoriságát a földkéregben a különböző források meglehetősen eltérően adják meg:
 425 mg/kg (Wiki)
 390 mg/kg;
 500 mg/kg (Takács, 2001)
 a fölső földkéregben 668 mg/kg, az alsóban 568 mg/kg (Wedepohl, 1995).
 jogszabályban előírt, „hivatalos” háttér értéke Magyarország talajaiban 150 g/t.
A különböző háttérértékek ily jelentős különbözőségének fő oka, hogy a környezetvédelmi hatásvizsgálatokra szánt elemzéseket savas (salétromsavas, illetve királyvizes) feltárásokból készítik, miközben a kőzetekben a bárium jelentős része savakban nem oldódó baritban van jelen.
Ennek jeleként Európa Geokémiai Atlaszának (FOREGS, 2005) kétféle módon meghatározott (teljes feltárásból vizsgált, illetve savoldható) Ba-háttérértékei (mediánjai) rendkívül különbözők:
 ártéri üledékekben 380 mg/kg, illetve 82 mg/kg;
 hordalékokban 386 mg/kg, illetve 86 mg/kg;
 a feltalajban 380 mg/kg, illetve 65 mg/kg;
 az altalajban 390 mg/kg, illetve 68 mg/kg;

Reakciókészsége miatt elemi állapotban nem fordul elő a természetben. Legfontosabb ásványa a barit vagy súlypát (BaSO4), ami többnyire a tengervízből bepárlódó sóösszletekben és szulfidos érctelepek kísérő ásványaként fordul elő. A baritot több mint 40 országban bányásszák; a világ éves barittermelése mintegy 4–4,5 millió tonna. Másik fontos ásványa a witherit (BaCO3).

A légkörben minimális mennyiségben (0,0015–0,95 µg/m3) fordul elő; ennek többsége is antropogén eredetű:
 ipari emisszióból,
 széntüzelésből,
 dízelolaj égetéséből, illetve
 hulladékégetésből
származik.

Mivel szulfátja gyakorlatilag oldhatatlan, a tengervízben bárium átlagos koncentrációja mindössze 6 µg/l, az édesvízben lényegesen több:
 50 µg/l (Takács, 2001);
 25 µg/l (FOREGS, 2005) – a helyi körülményeknek megfelelően rendkívül nagy változékonysággal.

A magmás és metamorf kőzetekben főleg a káliumot, kisebbrészt a kalciumot helyettesíti azok ásványaiban (elsősorban a földpátokban). A kalciumot korlátozottan más ásványokban (például a montmorillonitban) is helyettesítheti. A nagyjából vele azonos krisztallográfiai sugarú ammóniumiontól eltérően se a trioktaéderes csillámokon, se a vermikuliton nem kötődik meg. Hidratációs energiája ugyanis lényegesen nagyobb az ammóniumionénál, ezért a báriumion rendkívül nehezen dehidratálható, és ha ilyen állapotában esetleg be is épül, nagyon gyorsan újra hidratálódik, eltávolítva egymástól a rácssíkokat.

A talajban főleg az agyagásványok, a szervesanyag, valamint a vas és a mangán oxi-hidroxidjai kötik meg, de meglehetősen kevéssé.

Európa Geokémiai Atlaszának valamennyi, szilárd közegek (ártéri üledék, hordalék, feltalaj, altalaj) Ba-tartalmát bemutató térképén (FOREGS, 2005) kirajzolódik Magyarország középső részén egy határozott negatív anomália: Magyarország 2. (középső) geokémiai nagytáján a felszínközeli képződmények Ba-tartalma lényegesen kisebb, mint az ország egyéb részein.

A Ba háttérértékei (mediánjai) az ártéri üledékekben Magyarország geokémiai nagytájain (MÁFI, 1998)
 1. nagytáj – 95 mg/kg
 2. nagytáj – 68 mg/kg
 3. nagytáj – 135 mg/kg
 4. nagytáj – 113 mg/kg

Határértékek 

Szennyezettségi határértéke a magyarországi talajokban 250 mg/kg, a felszín alatti vizekben megengedhető mennyisége 700 µg/l; az ivóvízben 1 μg/l.; Egészségkárosodás nélkül elviselhető napi bevitele 0,05 mg/kg naponta (Kvlex). Magyarországon a munkahelyi levegőben vízoldható vegyületekben előforduló bárium megengedhető összes mennyisége 0,5 mg/m3; 24 órás immissziós normája: 
 kiemelten védett és védett I. területeken 10 µg/m3,
 védett II. területeken 30 µg/m3 (Takács, 2001).

Élettani tulajdonságai 

Pozitív biológiai hatása nem ismert. Átlagos koncentrációja az emberi szervezetben 0,3 mg/kg. Ennek csaknem 9/10-ét a csontokban találjuk, ahol a kalciumot (illetve a magnéziumot) helyettesítve halmozódik fel (szárazanyagra számolva kb. 2 mg/kg). A bárium a csont felületi rétegében koncentrálódik, annak belsejébe jóval kevesebb jut. A Ba/Sr hányados az életkorral változik.
Egyéb szervekre a WHO (1990) referencia értékei: 
 máj: 10 µg/kg,
 teljes vér: 0,5–2,5 µg/l,
 vizelet: 2–4 µg/nap,
 haj: 400–2000 µg/kg.

Az emberi szervezetbe főleg a táplálékkal kerül. Koncentrációja a legtöbb élelmiszerben jól korrelál annak kalcium-tartalmával (a Ca/Ba hányados a növényfajtól és a termőhelyi adottságoktól függően többnyire 105–108 közötti – Takács, 2001).

Vízben oldható vegyületei (klorid, nitrát, acetát, karbonát, szulfit) mérgezők. A légutakból nemcsak vízoldható vegyületei szívódnak fel könnyen, de korlátozottan még az oldhatatlanok is – az emésztőrendszerből viszont még az oldható báriumvegyületek is csak részlegesen szívódnak fel. A keringési rendszerbe jutott báriumot a vérplazma (a többi alkáli földfémhez hasonlóan) gyorsan eljuttatja a csontokba. Biológiai felezési ideje 8–9 nap (Takács, 2001).

A báriummérgezés 

A bárium vízben, illetve savakban oldható vegyületei kivétel nélkül mérgezőek; a bárium-karbonátot patkányméregnek használják. A báriumvegyületek a beidegzés helyétől, módjától függetlenül valamennyi izmot erősen és tartósan ingerlik. Szűkítik az ereket, fokozzák a bélmozgást, feszítik a harántcsíkolt izmokat; ezt a központi idegrendszer depressziója követi (Kvlex). Az akut mérgezés tünetei: erős nyálfolyás, kólika, hasmenés, hányás, szívritmuszavarok, a vázizomzat bénulása. A fulladásos halált a légzés bénulása okozhatja. Kezeléséhez ellenanyagként vízben oldható, nem mérgező szulfátot – például nátrium-szulfátot vagy magnézium-szulfátot – kell alkalmazni, mert a bárium azzal oldhatatlan csapadékot képez.

A szájon át bevitt BaCl2 letális dózisa 3–4 g, az LD50 körülbelül 66 mg/testtömegkilogramm (Takács, 2001).

Felhasználása 

 mélyfúrásoknál a fúróiszap nehéz adalékanyagaként (főleg a szénhidrogénbányászatban),
 vákuumtechnikában, az elektroncsövek gyártásánál getterként,
 kontrasztanyagként bárium-szulfát formájában,
 ötvözőanyagként,
 krisztallin üvegek adalékanyagaként a fénytörés javítására,
 a festékgyártásban fehér festékek pigmentjeként,
 fehérítőszerként (például a papírgyártásban, a kerámia- és zománciparban, a textiliparban),
 növényvédő szerekben (a báriumpoliszulfidot lisztharmat, pajzstetű és atkák ellen),
 tűzijátékokban főleg a bárium-nitrát különböző anyagokkal (pl. magnéziummal) keverve, zöld lángfestése miatt (Kvlex),
 a gyógyszer- és a kozmetikai iparban kenőanyagok adalékaként,
 a cukorfinomításban,
 a gumi- és linóleumfeldolgozásban,
 az acélgyártásban az acél edzésére, keményítésére (Takács, 2001).

Az iparban alkalmazott bárium-oldatok a levegőt kevéssé szennyezik.

Jegyzetek

Fordítás

Források 

 Náray-Szabó István: Kémia (Műszaki könyvkiadó 1973)
 Takács, 2001: Takács Sándor: A nyomelemek nyomában. Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2001.  p. 79–84.
 Wedepohl, 1995: Wedepohl, K.H., 1995: The composition of the continental crust. Geochimica et Cosmochimica Acta 59/7, 1217–1232.
 Kvlex: Környezet- és Természetvédelmi Lexikon I. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2002. p. 118. 
 FOREGS, 2005: FOREGS Geochemical Atlas of Europe. Part 1
 MÁFI, 1998: Ódor L., Horváth I., Fügedi U., 1998: Magyarország geokémiai atlasza
 Wiki: angol Wikipédia (2012. I. 4-i állapot)

További információk 
 a magyar Wikipédia báriumot tartalmazó vegyületeinek listája

Barium