Bariumsulfaat

Bariumsulfaat is die anorganiese verbinding met die chemiese formule BaSO₄. Dit is 'n reuklose wit kristallyne vaste stof en onoplosbaar in water. Dit kom voor as die mineraal bariet, wat die belangrikste kommersiële bron van barium en bariumprodukte is. Sy hoë digtheid en ondeursigtige wit voorkoms is die eienskappe wat lei tot sy belangrikste toepassings.

Eienskappe

Algemeen
Naam	Bariumsulfaat
IUSTC-naam	Bariumsulfaat
Struktuurformule van
Chemiese formule	BaSO4
Molêre massa	233.39 [g/mol]
CAS-nommer	7727-43-7
Voorkoms	Wit vastestof
Reuk	Reukloos
Fasegedrag
Selkonstantes	a=888,4pm b=545,8pm c=715,3
Ruimtegroep	Pnma
Nommer	62
Strukturbericht	H0₂
Smeltpunt	1580 °C
Kookpunt	1600 °C
Digtheid	3,97 g/cm3
Oplosbaarheid	onoplosbaar in water
Ksp	1,1 10-10
Suur-basis eienskappe
pKa
Veiligheid
Flitspunt	onbrandbaar
LD50	307.000 [mg/kg] (rol; oraal)
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Gebruike

Boorvloeistowwe

Sowat 80% van die wêreld se bariumsulfaat produksie, meestal die gesuiwerde mineraal, word as 'n bestanddeel van olieboorvloeistof aangewend. Dit verhoog die digtheid van die vloeistof, en verhoog sodoende die hidrostatiese druk in die put, wat die risiko van 'n uitbarsting verminder.

Radiokontrasmiddel

Bariumsulfaat suspensies vind mediese aanwending as radiokontrasmiddel vir X-straal radiografie en ander diagnostiese prosedures. Die mees bekende gebruik is in radiografie van die spysverteringskanaal. Dit word mondelings toegedien, of deur enema, as 'n suspensie van fyn deeltjies in 'n dik melkagte oplossing (dikwels met bykomende versoeters en geure). Hoewel barium 'n swaar metaal is, en sy water-oplosbare verbindings dikwels hoogs giftig is, beskerm die lae oplosbaarheid van bariumsulfaat die pasiënt teen die absorbsie van skadelike hoeveelhede van die metaal. Bariumsulfaat word ook geredelik uit die liggaam verwyder, in teenstelling met Thorotrast, 'n suspensie van Toriumdioksied wat deur bariumsulfaat vervang is. As gevolg van die relatief hoë atoomgetal van barium (Z = 56), absorbeer bariumverbindings X-strale sterker as verbindings van atome met ligter kerne.

Pigment

Die grootste aanwending van sintetiese bariumsulfaat is as 'n komponent van wit pigment vir verf. In olieverf is bariumsulfaat byna deursigtig, en word as 'n vulmiddel gebruik om of die tekstuur van die verf te verander. Een van die grootste vervaardigers van olieverf verkoop "permanente wit" wat 'n mengsel van titaan pigment (TiO₂) en bariumsulfaat gebruik. Die kombinasie van bariumsulfaat en sinksulfied (ZnS) as 'n anorganiese pigment word lithopone genoem. In fotografie word dit gebruik as 'n deklaag vir sekere fotografiese papiere.

Papier

'n Dun laag bariumsulfaat, sogenaamde baryta, word op die basisoppervlak van meeste fotografiese papier aangebring om die weerkaatsingsvermoë te verhoog. Die eerste sodanige papier is in 1884 in Duitsland vervaardig. Die ligsensitiewe silwerhalogeniedemulsie word dan bo-oor die baryta laag gesprei. Die baryta laag beperk die penetrasie van die emulsie in die vesels van die papier en maak die emulsie meer egalig, wat lei tot meer uniforme swart skakerings lei. Verdere bedekkings kan daaroor aangebring word om die beeld vas te lê en te beskerm. Meer onlangs is baryta ook gebruik om ink-jet drukkerpapier helderder te maak.

Plastiekvuller

Bariumsulfaat word algemeen gebruik as 'n vulmiddel vir plastiek om die digtheid van die polimeer in vibrasie massa dempingsaanwendings te verhoog. In polipropileen en polistireen plastiek kan dit tot by 'n massapersentasie van 70% gebruik. Benewens die digtheidsverhoging verbeter dit ook die suur- en alkaliweerstand, en maak die plastiek meer ondeurlaatbaar vir lig.

Ander gebruike

Bariumsulfaat word gebruik in analise van grond. Toetsstelle wat die pH en ander eienskappe van die grond meet gebruik gekleurde indikatore, en klein deeltjies van die grond (gewoonlik klei) kan die toets mengsel troebel maak en dit moeilik maak om die kleur van die indikator waar te neem. Wanner bariumsulfaat bygevoeg word, bind dit met hierdie deeltjies, wat hulle swaarder maak sodat hulle neerslaan en 'n helderder oplossing agterlaat.

In kleurmeting, word bariumsulfaat as 'n hoë-kwaliteit diffusor gebruik vir die meting van ligbronne.

Metaal gietvorms word dikwels met bariumsulfaat bedek om te verhoed dat die gesmelte metaal aan die vorm vaskleef.

Dit word ook in remvoerings, anakoestiese skuim, poeierbedekkings, en wortelkanaal stopsels gebruik.

Katalisatordraer

Bariumsulfaat word ook gebruik as 'n katalisatordraer wanneer funksionele groepe wat sensitief is vir oorreduksie gehidrogeneer word. 'n Lae oppervlakarea verlaag die kontaktyd van die substraat met die katalisator is korter, wat selektiwiteit verhoog. Palladium op bariumsulfaat word ook gebruik as 'n katalisator in die Rosenmund reduksiereaksie.

Vuurwerke

Bariumverbindings gee 'n groen lig af wanneer hulle verbrand, sodat bariumsoute gebruik word in groen vuurwerkformules, maar nitrate en chlorate is meer algemeen. Bariumsulfaat word algemeen gebruik word as 'n komponent van flikkerende vuurwerke.

Koperindustrie

Bariumsulfaat se hoë brandpunt en onoplosbaarheid in water lei daartoe dat dit gebruik word as 'n bedekking in die gietproses van koper anodeplate. Die anodeplate word gooi in koper gietvorms gegiet, en en 'n oplossing van bariumsulfaat in water word gebruik om te verhoed dat die vloeibare koper en die soliede koper kontak maak. Sodoende kan die gietstuk maklik vrygestel word uit die vorm.

Radiometriese metings

Bariumsulfaat of PTFE word dikwels gebruik om die binnekant van integrasiesfere te bedek as gevolg van die hoë reflektansie van die materiaal en en die feit dat dit die Lambert-wet baie goed gehoorsaam.

Produksie

Byna al die barium wat kommersieel gebruik word, word uit bariet gewin, wat dikwels baie onsuiwer is. Bariet word verwerk deur karbotermiese reduksie (verhitting met kooks) om bariumsulfied te lewer:

BaSO₄ + 4 C → BaS + 4 CO

In teenstelling met bariumsulfaat, is bariumsulfied oplosbaar in water en word geredelik omgeskakel na die bariumoksied, bariumkarbonaat, en haliede. Om suiwer bariumsulfaat te produseer, word die sulfied of chloried met swawelsuur of alkaliese soute behandel:

BaS + H₂SO₄ → BaSO₄ + H₂S

Bariumsulfaat wat in hierdie manier geproduseer word, word dikwels blanc-fixe genoem, Frans vir "permanente wit." Blanc-fixe is die vorm van barium wat in die verbruikersprodukte soos verf voorkom.

In die laboratorium word bariumsulfaat geproduseer deur oplossings van bariumione en sulfate te kombineer. Omdat bariumsulfaat weens sy onoplosbaarheid die mins toksiese bariumsout is, word afval wat barium soute bevat soms met magnesiumsulfaat behandel om die barium te immobiliseer en sodoende te ontgiftig. Sy lae oplosbaarheid word ook uitgebuit in kwalitatiewe anorganiese analise as 'n toets vir die Ba²⁺ ione sowel as vir sulfate.

Geskiedenis

Bariumsulfaat word deur koolstof tot bariumsulfied gereduseer. Die toevallige ontdekking van hierdie omskakeling baie eeue gelede het gelei tot die ontdekking van die eerste sintetiese fosfor. Die sulfied, in teenstelling met die sulfaat, is water-oplosbaar.

Aan die begin van die 20ste eeu, tydens die Japannese besetting, is hokutoliet in die Beitou warm bronne gebied naby Taipei, Taiwan. Hokutoliet is 'n radioaktiewe mineraal wat meestal uit PbSO₄ en BaSO₄ bestaan, maar ook spore van uraan, Torium en Radium bevat. Die Japanese het hierdie elemente vir industriële gebruik gewin, en het ook dosyne "terapeutiese warmbad bronne" in die gebied ontwikkel.

Veiligheidsaspekte

Hoewel oplosbare soute van barium is matig giftig vir die mens, is bariumsulfaat as gevolg van sy onoplosbaarheid nie toksies nie. Die mees algemene rede vir bariumvergiftiging is wanneer oplosbare bariumsoute verkeerdelik as BaSO₄ geëtiketteer is, en ingeneem word. In die Celobar voorval (Brasilië, 2003), het nege pasiënte gesterf omdat radiokontrasmiddel verkeerd voorberei is. Die Beroepsveiligheid en Gesondheidsadministrasie van die VSA stel 'n toelaatbare blootstellingsperk van 15 mg/m³ voor, terwyl die Nasionale Instituut vir beroepsveiligheid en Gesondheid 'n aanbevole blootstellingsperk van 10 mg/m³ stel. Vir asemhalingsblootstelling, stel beide agentskappe 'n beroepsblootstellingsperk van 5 mg/m³.