Barium

Barium adalah unsur kelima pada golongan 2 dan merupakan logam alkali tanah yang lunak dan keperakan. Barium tidak pernah ditemukan di alam sebagai unsur bebas karena reaktivitas kimianya yang tinggi. Hidroksidanya, yang dikenal dalam sejarah pra-modern sebagai barita, tidak terjadi sebagai mineral, tetapi dapat dibuat dengan memanaskan barium karbonat.

Mineral barium alami yang paling umum terjadi adalah barit (barium sulfat, ) dan witerit (barium karbonat, ), keduanya tidak larut dalam air. Nama barium berasal dari turunan alkimia "baryta", dari , yang berarti "berat." Barik adalah bentuk ajektif dari barium. Barium diidentifikasi sebagai unsur baru pada tahun 1774, tetapi baru direduksi menjadi logamnya pada tahun 1808 dengan munculnya elektrolisis.

Barium memiliki beberapa aplikasi industri. Secara historis, itu digunakan sebagai penangkap untuk tabung vakum. Ia adalah komponen dari YBCO (superkonduktor suhu tinggi) dan elektrokeramik, dan ditambahkan ke baja dan besi tuang untuk mengurangi ukuran butiran karbon di dalam struktur mikro. Senyawa barium ditambahkan ke dalam kembang api untuk memberikan warna hijau. Barium sulfat digunakan sebagai aditif yang tidak larut pada fluida pengeboran sumur minyak, dan juga dalam bentuk yang lebih murni, seperti zat radiokontras sinar-X untuk pencitraan sistem pencernaan manusia. Ion dan senyawa barium terlarut adalah beracun, dan telah digunakan sebagai rodentisida.

Karakteristik

Sifat fisika 

Barium adalah logam lunak putih keperakan, dengan sedikit nuansa emas saat ultra murni. Warna putih keperakan logam barium dengan cepat menghilang pada oksidasi di udara, menghasilkan lapisan oksida abu-abu gelap. Barium memiliki bobot jenis menengah dan merupakan konduktor listrik yang baik. Barium ultra murni sangat sulit disiapkan, dan oleh karena itu banyak sifat barium belum ditentukan secara akurat.

Pada suhu dan tekanan ruangan, barium memiliki struktur kubik berpusat pada tubuh, dengan jarak barium–barium 503 pikometer, mengembang dengan pemanasan pada laju sekitar 1,8/°C. Ini adalah logam yang sangat lunak dengan kekerasan Mohs 1,25. Titik lelehnya  berada di antara unsur stronsium yang lebih ringan () dan radium yang lebih berat (); namun, titik didihnya  melampaui stronsium (). Massa jenisnya (3,62 g·cm−3) lagi-lagi berada di antara stronsium (2,36 g·cm−3) dan radium (~5 g·cm−3).

Reaktivitas kimia 
Barium secara kimiawi mirip dengan magnesium, kalsium, dan stronsium, tetapi lebih reaktif. Barium selalu menunjukkan tingkat oksidasi +2, kecuali beberapa spesies molekuler langka dan tidak stabil yang hanya tercirikan dalam fase gas seperti BaF. Reaksi dengan kalkogen sangat eksotermal (melepas energi); reaksi dengan oksigen atau udara terjadi pada suhu kamar, dan karena itu barium disimpan di dalam minyak atau atmosfer inert. Reaksi dengan nonlogam lainnya, seperti karbon, nitrogen, fosfor, silikon, dan hidrogen, umumnya bersifat eksotermal dan berlanjut pada pemanasan. Reaksi dengan air dan alkohol sangat eksotermal dan melepaskan gas hidrogen:

Ba + 2ROH -> Ba(OR)2 + H2 (^)

Barium bereaksi dengan amonia untuk membentuk kompleks seperti .

Logam ini mudah diserang oleh kebanyakan asam. Asam sulfat adalah pengecualian karena pasivasi menghentikan reaksi dengan membentuk barium sulfat yang tidak larut di permukaan. Barium berpadu dengan beberapa logam, termasuk aluminium, seng, timbal, dan timah, membentuk intermetalik dan paduan.

Senyawa 

Garam barium biasanya berwarna putih bila padat dan tidak berwarna saat dilarutkan, dan ion barium tidak memberikan pewarnaan tertentu. Mereka lebih padat daripada analog stronsium atau kalsium, kecuali halida (lihat tabel; seng dicantumkan untuk perbandingan).

Barium hidroksida ("baryta") dikenal oleh alkimiawan, yang memproduksinya dengan memanaskan barium karbonat. Tidak seperti kalsium hidroksida, ia menyerap sedikit  dalam larutan akuatik dan oleh karena itu tidak peka terhadap fluktuasi atmosfer. Sifat ini digunakan untuk mengkalibrasi peralatan pH.

Senyawa barium volatil terbakar dengan nyala hijau sampai hijau pucat, yang merupakan pebgujian yang efisien untuk mendeteksi senyawa barium. Warna dihasilkan dari garis spektral pada 455,4, 493,4, 553,6, dan 611,1 nm. 

Senyawa organobarium adalah bidang pengetahuan yang berkembang: penemuan saat ini adalah dialkilbarium dan alkilhalobarium.

Isotop 

Barium yang ditemukan di kerak bumi adalah campuran dari tujuh nuklida primordial, barium-130, 132, dan 134 sampai 138. Barium-130 mengalami peluruhan radioaktif yang sangat lambat menjadi xenon-130 melalui peluruhan beta plus berganda, dan barium-132 yang secara teoretis meluruh seperti xenon-132, dengan waktu paruh seribu kali lebih lama daripada usia alam semesta. Kelimpahannya adalah ~ 0,1% dari barium alami. Radioaktivitas isotop ini sangat lemah sehingga tidak menimbulkan bahaya bagi kehidupan.

Dari isotop stabil, barium-138 menyusun 71,7% dari semua barium, dan semakin ringan isotopnya, semakin kurang melimpah.

Secara total, barium memiliki sekitar 50 isotop yang diketahui, dengan kisaran massa antara 114 dan 153. Isotop metastabil yang paling stabil adalah barium-133 dengan waktu paruh sekitar 10,51 tahun. Lima isotop lain memiliki waktu paruh lebih dari satu hari. Barium juga memiliki 10 isomer nuklir, dari situ barium-133m1 adalah yang paling stabil dengan waktu paruh sekitar 39 jam.

Sejarah 

Alkimiawan pada awal Abad Pertengahan mengetahui tentang beberapa mineral barium. Batu seperti kerikil yang halus mineral barit yang ditemukan di Bologna, Italia, dikenal sebagai "batu Bologna." Alkimiawan tertarik padanya karena setelah terpapar cahaya mereka akan berpendar selama bertahun-tahun. Sifat fosforesen dari barit yang dipanaskan dengan bahan organik dijelaskan oleh V. Casciorolus pada tahun 1602.

Carl Scheele menentukan bahwa barit mengandung unsur baru pada tahun 1774, tetapi tidak dapat mengisolasi barium, hanya barium oksida. Johan Gottlieb Gahn juga mengisolasi barium oksida dua tahun kemudian dalam studi serupa. Barium teroksidasi pada awalnya disebut "barote" oleh Guyton de Morveau, sebuah nama yang diubah oleh Antoine Lavoisier menjadi baryta. Selain itu pada abad ke-18, ahli mineralogi Inggris William Withering mencatat mineral berat di tambang timbal Cumberland, yang sekarang dikenal sebagai witerit. Barium pertama kali diisolasi dengan cara elektrolisis garam barium cair pada tahun 1808 oleh Sir Humphry Davy di Inggris. Davy, analog dengan kalsium, memberi nama "barium" dari nama baryta, dengan ujung "-ium" yang menandakan unsur logam. Robert Bunsen dan Augustus Matthiessen memperoleh barium murni dengan elektrolisis cairan campuran barium klorida dan amonium klorida.

Produksi oksigen murni dalam proses proses Brin adalah aplikasi besar barium peroksida pada tahun 1880-an, sebelum digantikan oleh elektrolisis dan distilasi fraksi udara cair pada awal 1900-an. Dalam proses ini, barium oksida bereaksi pada  dengan udara membentuk barium peroksida, yang terurai di atas  dengan melepaskan oksigen:
{2BaO} + O2 <=> 2BaO2

Barium sulfat pertama kali diaplikasikan sebagai zat radiokontras dalam pencitraan sinar-X sistem pencernaan pada tahun 1908.

Keberadaan dan produksi 
Kelimpahan barium adalah 0,0425% dalam kerak bumi dan 13 µg/L dalam air laut. Sumber komersial utama barium adalah barit, mineral barium sulfat, dengan deposit di banyak belahan dunia. Sumber komersial lain, yang jauh kurang penting daripada barit, adalah witerit, mineral barium karbonat. Deposit utama berada di Inggris, Rumania, dan bekas Uni Soviet.

Cadangan barit diperkirakan antara 0,7 dan 2 miliar ton. Produksi maksimum, 8,3 juta ton, diproduksi pada tahun 1981, tetapi hanya 7-8% yang digunakan untuk logam barium atau senyawa. Produksi barit telah meningkat sejak paruh kedua tahun 1990an dari 5,6 juta ton pada tahun 1996 menjadi 7,6 pada tahun 2005 dan 7,8 pada tahun 2011. China menyumbang lebih dari 50% dari output ini, diikuti oleh India (14% pada tahun 2011), Maroko (8,3%), AS (8,2%), Turki (2,5%), Iran dan Kazakhstan (masing-masing 2,6%).

Bijih yang ditambang dicuci, dilumatkan, diklasifikasikan, dan dipisahkan dari kuarsa. Jika kuarsa menembus terlalu dalam ke bijih, atau kandungan besi, seng, atau timbal tidak normal tinggi, maka digunakan pengapungan buih. Produk yang dihasilkan adalah barit murni 98% (berdasarkan massa); kemurnian harus tidak kurang dari 95%, dengan kandungan minimal besi dan silikon dioksida. Produk kemudian direduksi dengan karbon menjadi barium sulfida:
BaSO4 + 2C -> BaS + 2CO2 (^)

Barium sulfida yang larut dalam air adalah titik awal senyawa lainnya: mereaksikan BaS dengan oksigen menghasilkan sulfat, dengan asam nitrat menghasilkan nitrat, dengan karbon dioksida menghasilkan karbonat, dan sebagainya. Nitratnya dapat terdekomposisi termal menghasilkan oksida. Logam barium diproduksi dengan cara reduksi menggunakan aluminium pada . Senyawa intermetalik  diproduksi lebih dulu:
3BaO + 14Al -> 3BaAl4 + Al2O3

 adalah zat antara yang bereaksi dengan barium oksida untuk menghasilkan logam. Perhatikan bahwa tidak semua barium direduksi.

8BaO + BaAl4 -> Ba (^) + 7BaAl2O4

Barium oksida yang tersisa bereaksi dengan aluminium oksida yang terbentuk:
BaO + Al2O3 -> BaAl2O4

dan keseluruhan reaksi adalah
4BaO + 2Al -> 3Ba (^) + BaAl2O4

Uap barium dikondensasikan dan dikemas ke dalam cetakan dalam atmosfer argon. Metode ini digunakan secara komersial, menghasilkan barium ultra murni. Biasanya barium dijual sekitar 99% murni, dengan ketakmurnian utama adalah stronsium dan kalsium (sampai dengan 0,8% dan 0,25%) dan kontaminan lainnya berkontribusi kurang dari 0,1%.

Reaksi serupa dengan silikon pada  menghasilkan barium dan barium metasilikat. Elektrolisis tidak digunakan karena barium mudah larut dalam halida cair dan produknya agak tidak murni.

Batu permata 
Mineral barium, benitoit (barium titanium silikat), terjadi sebagai batu permata berfluoresen biru yang sangat langka, dan merupakan permata resmi negara bagian California

Aplikasi

Logam dan paduan 
Barium, sebagai logam atau bila dilapisi dengan aluminium, digunakan untuk mengeluarkan gas yang tidak diinginkan (gettering) dari tabung vakum, seperti tabung gambar TV. Barium cocok untuk tujuan ini karena tekanan uapnya yang rendah dan reaktivitasnya terhadap oksigen, nitrogen, karbon dioksida, dan air; bahkan bisa juga menghilangkan sebagian gas mulia dengan melarutkannya dalam kisi kristal. Aplikasi ini berangsur-angsur menghilang karena meningkatnya popularitas LCD nirtabung dan TV plasma.

Kegunaan lain dari unsur barium adalah minor dan termasuk aditif untuk silumin (paduan aluminium-silikon) untuk memperbaiki strukturnya, dan juga
 bearing paduan;
 Paduan timbal timah untuk solder – untuk meningkatkan hambatan rayapan;
 paduan dengan nikel untuk busi;
 aditif untuk baja dan besi cor sebagai inokulan;
 paduan dengan kalsium, mangan, silikon, dan aluminium sebagai deoksidator baja bermutu tinggi.

Barium sulfat dan barit 

Barium sulfat (mineral barit, BaSO) penting bagi industri minyak bumi sebagai fluida pengeboran di sumur minyak dan gas. Endapan senyawanya (disebut "blanc fixe", dari bahasa Prancis untuk "putih permanen") digunakan dalam cat dan pernis; sebagai pengisi pada tinta dering, plastik dan karet; sebagai pigmen pelapis kertas; dan dalam nanopartikel, untuk memperbaiki sifat fisika beberapa polimer, seperti epoksi.

Barium sulfat memiliki toksisitas rendah dan densitas yang relatif tinggi, sekitar 4,5 g·cm−3 (dan dengan demikian opak terhadap sinar-X). Untuk alasan ini BaSO  digunakan sebagai zat radiokontras dalam pencitraan sinar-X sistem pencernaan ("sarapan barium" dan "enema barium"). Lithopone, pigmen yang mengandung barium sulfat dan seng sulfida, adalah zat putih permanen dengan kekuatan menutup yang bagus yang tidak menjadi gelap saat terkena sulfida.

Senyawa barium lainnya 

Senyawa barium lainnya hanya menemukan aplikasi niche, dibatasi oleh toksisitas ion Ba (barium karbonat adalah racun tikus), yang tidak menjadi masalah bagi BaSO yang tidak larut.
 Lapisan barium oksida pada elektrode lampu fluoresen yang memfasilitasi pelepasan elektron.
 Dengan kepadatan atom yang besar, barium karbonat meningkatkan indeks bias dan kilau kaca dan mengurangi kebocoran sinar-X dari tabung sinar katode (CRT) TV.
 Barium, biasanya sebagai barium nitrat memberi warna kuning atau hijau "apel" pada kembang api; untuk warna hijau cemerlang digunakan barium klorida.
 Barium peroksida adalah katalis dalam reaksi aluminotermal (termit) untuk pengelasan jalur rel. Ini juga merupakan suar hijau dalam amunisi penjejak dan zat pemutih.
 Barium titanat adalah elektrokeramik yang menjanjikan.
 Barium fluorida digunakan untuk optik dalam aplikasi inframerah karena kisaran transparansi yang lebar dari 0,15-12 mikrometer.
 YBCO adalah superkonduktor suhu tinggi pertama yang didinginkan oleh nitrogen cair, dengan suhu transisi  yang melampaui titik didih nitrogen ().
 Ferit, sejenis keramik sintered yang tersusun dari besi oksida () dan barium oksida BaO), keduanya bukan penghantar listrik dan ferimagnetik, dan dapat dimagnetisasi sementara atau permanen.

Toksisitas 
Data toksikologi hanya tersedia untuk senyawa, karena reaktivitas logamnya yang tinggi. Senyawa barium yang larut dalam air beracun. Dalam dosis rendah, ion barium bertindak sebagai stimulan otot, dan dosis yang lebih tinggi mempengaruhi sistem saraf, menyebabkan penyimpangan jantung, tremor, kelemahan, kegelisahan, sesak napas, dan kelumpuhan. Toksisitas ini mungkin disebabkan oleh pemblokiran saluran kalium oleh ion Ba, yang sangat penting agar sistem saraf berfungsi dengan tepat. Organ-organ lain yang rusak akibat senyawa barium yang larut dalam air (yaitu ion barium) adalah mata, sistem kekebalan tubuh, jantung, sistem pernapasan, dan kulit, menyebabkan, misalnya, kebutaan dan sensitisasi.

Barium tidak bersifat karsinogenik dan tidak mengalami bioakumulasi. Debu yang terhirup yang mengandung senyawa barium yang tidak larut dapat menumpuk di paru-paru, menyebabkan kondisi benigna yang disebut baritosis. Sulfat yang tidak larut tidak beracun dan tidak diklasifikasikan sebagai barang berbahaya dalam peraturan transportasi.

Untuk menghindari potensi reaksi kimia yang hebat, logam barium disimpan dalam atmosfer argon atau di dalam minyak mineral. Kontak dengan udara dapat berbahaya dan bisa menyebabkan pengapian. Kelembaban, gesekan, panas, percikan api, api, guncangan, listrik statis, serta paparan oksidator dan asam harus dihindari. Apa pun yang mungkin kontak dengan barium harus terbumikan listriknya. Siapa pun yang bekerja dengan logam ini harus memakai sepatu yang tidak memicu percikan, pakaian karet tahan api, sarung tangan karet, celemek, kacamata pelindung, dan masker gas. Dilarang merokok di wilayah kerja. Pencucian menyeluruh diperlukan setelah penanganan barium.

Lihat juga 
 Han ungu dan Han biru – pigmen barium tembaga silikat sintetis yang dikembangkan dan digunakan di zaman kuno dan kekaisaran China

Referensi

Pranala luar 
 Barium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
 Elementymology & Elements Multidict
 3-D Holographic Display Using Strontium Barium Niobate 

 
Unsur kimia
Logam alkali tanah
Toksikologi
Reduktor
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-badan