బేరియం

బేరియం, ₀₀Ba

బేరియం
Pronunciation	/ˈbɛəriəm/ ​(BAIR-ee-əm)
Appearance	silvery gray
Standard atomic weight Ar°(Ba)
	137.327±0.007 137.33±0.01 (abridged)
బేరియం in the periodic table
Group	group 2 (alkaline earth metals)
Period	period 6
Block
Electrons per shell	2, 8, 18, 18, 8, 2
Physical properties
Phase at STP	solid
Melting point	1000 K ​(727 °C, ​1341 °F)
Boiling point	2118 K ​(1845 °C, ​3353 °F)
Density (near r.t.)	3.51 g/cm3
when liquid (at m.p.)	3.338 g/cm3
Heat of fusion	7.12 kJ/mol
Heat of vaporization	142 kJ/mol
Molar heat capacity	28.07 J/(mol·K)
Vapor pressure P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 911 1038 1185 1388 1686 2170
Atomic properties
Oxidation states	+1, +2 (a strongly basic oxide)
Electronegativity	Pauling scale: 0.89
Ionization energies	1st: 502.9 kJ/mol 2nd: 965.2 kJ/mol 3rd: 3600 kJ/mol
Atomic radius	empirical: 222 pm
Covalent radius	215±11 pm
Van der Waals radius	268 pm
Other properties
Natural occurrence	primordial
Crystal structure	​body-centered cubic (bcc)
Speed of sound thin rod	1620 m/s (at 20 °C)
Thermal expansion	20.6 µm/(m⋅K) (at 25 °C)
Thermal conductivity	18.4 W/(m⋅K)
Electrical resistivity	332 nΩ⋅m (at 20 °C)
Magnetic ordering	paramagnetic
Young's modulus	13 GPa
Shear modulus	4.9 GPa
Bulk modulus	9.6 GPa
Mohs hardness	1.25
CAS Number	7440-39-3
History
Discovery	Carl Wilhelm Scheele (1772)
First isolation	Humphry Davy (1808)
Isotopes of బేరియం

బేరియం ఒక రసాయనిక మూలకం. ఈ మూలకం పరమాణు సంఖ్య 56. ఈ మూలకం యొక్క సంకేత నామాక్షరము Ba. మూలకాల ఆవర్తన పట్టిలలో రెండవ సముదాయం (Group) నకు చెందిన 5 వ మూలకం. చూడటానికి వెండి వన్నె కలిగిన ఈ మూలకం ఒక క్షారమృత్తిక లోహము. బేరియం అధిక రసాయన ప్రతిచర్య కారణంగా, ప్రకృతిలో స్వచ్ఛమైన రూపంలో లభ్యం కాదు.

బేరైట్ (బేరియం సల్ఫేట్), విథరైట్ (బేరియం కార్బొనేట్) బేరియం ఎక్కువగా లభించే ఖనిజాలు. బేరియం అనే పదం భారమైనది అని అర్థం కలిగిన బేరిస్ అనే గ్రీకు పదం నుంచి వచ్చింది. దీన్ని ఒక ప్రత్యేకమైన మూలకంగా 1774 లో గుర్తించారు. 1808 లో విద్యుద్విశ్లేషణ సహాయంతో దీన్ని ఒక లోహంగా గుర్తించారు.

పారిశ్రామికంగా బేరియాన్ని వాక్యూం ట్యూబుల్లో గెటరింగ్ చేయడానికి వాడతారు. టపాకాయలలో దీనిని కలపడం వల్ల వాటిని కాల్చినపుడు పచ్చరంగు కాంతి వెలువడుతుంది. బేరియం సల్ఫేట్ ను చమురు బావుల తవ్వకంలో కరగని ద్రావణంగా వాడతారు. దాని స్వచ్ఛమైన రూపంలో పేగు లోపలి భాగాలను చిత్రీకరించేందుకు రేడియో కాంట్రాస్ట్ ఏజెంటుగా ఉపయోగిస్తారు. అత్యధిక ఉష్టోగ్రత కలిగిన సూపర్ కండక్టర్లలో ఇది ఒక భాగం. ఎలక్ట్రోసిరామిక్స్ లో కూడా దీన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఇనుము, ఉక్కు లోహాలను పోత పోసేటప్పుడు బేరియాన్ని కలపడం వలన లోహాలలోని కర్బన అణువుల కణపరిమాణం తగ్గుతుంది. నీటిలో కరిగే బేరియం సమ్మేళనాలు విషపూరితాలు. అందుచే వీటిని ఎలుకలమందుగా వాడతారు.

చరిత్ర

బేరియం యొక్క పేరు గ్రీకు పదమైన బేరిస్ βαρύς (barys) నుండి ఏర్పడినది. బారిస్ అనగా బరువైన అని అర్థం. బేరియం సమ్మేళనంలో బేరియం మూలకాన్ని 1772లో కార్ల్ విల్‌హెమ్ షీలే (Carl Wilhelm Scheele) గుర్తించారు. కాని సా.శ1808 లో హంప్రీ డెవీ (Humphry Davy), ఎలక్ట్రోలైట్ పద్ధతిలో ముడిఖనిజం నుండి బేరియాన్ని వేరుచేయ్యుడం జరిగినది

బేరియం భౌతిక లక్షణాలు

బేరియం ఒక క్షారమృత్తిక లోహం. ఇది వెండిలా మెరిసే మెత్తటి లోహం. అతి శుద్ధమైన లోహం కొద్దిగా బంగారపు ఛాయను కలిగి ఉంటుంది. బేరియం త్వరగా గాలి లోని ఆక్సిజన్తో సంయోగంచెంది బూడిదరంగులోకి మారిపోతుంది. బేరియం యొక్క విశిష్ట గురుత్వము మధ్యస్థాయిలో ఉంటుంది. ఇది ఉత్తమ విద్యుత్తు వాహకం. పరమాణు ద్రవ్యభారం137.327. సాధారణ వాతావరణ పీడనం, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద బేరియం అణుసౌష్టవం ఘనాకారంలో ఉంటుంది. అణు నిర్మాణంలో బేరియం-బేరియం పరమాణు మధ్యదూరం 503 పైకో మీటర్లు ఉంటుంది. ఈ మూలకం ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత 727 °C (1000K;1,340 °F). ఇది దీనికన్న తేలికైన స్ట్రొన్టియం (strontium :1,050K లేదా 780 °C లేదా 1,430 °F,, దీనికన్నా బరువైన రేడియం (973K లేదా 700 °C లేదా 1,292 °F) ల ద్రవీభవన స్థానాలకు మధ్యస్థంగా ఉంది. బేరియం బాష్పీభవన స్థానం 1,870 °C (2,170 K) . ఇది స్ట్రొన్టియం బాష్పిభవన స్థానం కన్న (1,050 K or 780 °C or 1,430 °F) ఎక్కువ. బేరియం సాంద్రత 3.62 గ్రాము/సెం.మీ³. బేరియం సాంద్రత స్ట్రొన్టియంకన్న ఎక్కువ (2.36గ్రాం/సెం.మీ³)., రేడియంకన్న (~5 గ్రాం/సెం.మీ³) తక్కువ.

ఘన రూపంలో ఉన్నపుడు బేరియం తెల్లగా ఉంటుంది. కాని ఏదైనా ద్రవంలో కరిగినప్పుడు, దీని అయానులు ఎటువంటి వర్ణం కలిగించకపోవడం వలన ద్రవస్థితిలో ఎలాంటి రంగు ఉండదు.

రసాయనిక క్రియాశీలత

రసాయనిక చర్యపరంగా మెగ్నీషియం, కాల్షియం, స్ట్రొన్టియం కన్న బేరియం మూలకం చురుకైనది. ఈ మూలకం ఆక్సీకరణ స్థితి సంఖ్య +2. చాకోజెన్స్‌తో ఉష్ణ విమోచక రసాయనికచర్య జరుపుతుంది. అనగా బేరియం, చాకోజన్‌తో చర్య జరిపినప్పుడు ఉష్ణం విడుదల అవుతుంది. చాకోజన్‌లు (chalcogens) అనగా అక్సిజన్, సల్ఫర్, సెలీనియం, టెల్లురియం మూలకాలు. సాధారణ గదిఉష్ణోగ్రత వద్దకుడా బేరియం ఆక్సిజన్, లేదా గాలితో చర్యలో పాల్గొనును. అందుచే బేరియాన్ని ఏదైనా నూనెలో లేదా జడవాయువుతో కప్పి నిల్వ ఉంచెదరు

బేరియం కార్బోనేట్‌ను వేడి చెయ్యడం వలన బేరియం హైడ్రాక్సైడ్ ఏర్పడుతుంది. కాల్షియం హైడ్రాక్సైడ్‌లా కాకుండగా, ఇది సజలద్రవాలలో తక్కువ కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ ను శోషిస్తుంది. అందువలన దీనిని pH పరికరంలో ఉపయోగిస్తారు.

ఐసోటోపులు

భూమిమీద లభించే కొన్ని బేరియం ఐసోటోపులు¹³⁰Ba, ¹³²Ba, ¹³⁴Ba, ¹³⁸Ba. ¹³⁰Ba అనేది నెమ్మదిగా అణు ధార్మిక వికిరణం ద్వారా నశించడం వలన ¹³⁰జినాన్ (Xenon) గా రూపాంతరం చెందుతుంది. అలాగే¹³²Ba కూడా క్రమంగా ¹³²Xenon గా పరివర్తన చెందుతుంది. బేరియం అణు ద్రవ్యభారం 114 నుండి 153 కలిగిన 50 రకాల ఐసోటోపులు ఉన్నాయి. ఇందులో ¹³⁸Ba, అనే ఐసోటోపు ప్రకృతిలో లభించు బేరియంలో 71% వరకు ఉంటుంది.

ఖనిజ సంపద లభ్యత

ఈ మూలకం యొక్క బలమైన రసాయనిక చర్యాలక్షణము వలన ఈ మూలకం ఎప్పుడు ప్రకృతిలో విడిగా లభించదు. బేరియం మూలకం యొక్క సమ్మేళన రూపాలలో మాత్రమే లభించును. బారైట్ (barite, విదరైట్ (witherite) అనేది అతిసామాన్యంగా ఎక్కువ లభ్యమగు బేరియం యొక్క ఖనిజాలు. బారైట్ అనునది బేరియం సల్పైట్ (BaSO₄), వితేరాయిట్ అనునది బేరియం కార్బోనేట్ (BaCO3, ఇవి బేరియం సమ్మేళన పదార్థాలు.

బారైట్ ఖనిజం అధికంగా అవక్షేపశిలల పొరలలో లభిస్తుంది. అలాగే భూమిలోపల అంతర్వాహినిగా వుండే జలాల్లోకూడా బారైట్ నిక్షేపాలున్నాయి. కొంత మేరకు బారైట్ సీసము (మూలకము), వెండి, జింకు లోహాల ముడి ఖనిజాలతో పాటు లభిస్తుంది. అమెరికా సంయుక్త రాష్ట్రాలలో తొమ్మిది ప్రాంతాలలో బారైట్ గనులున్నాయి. అందులో నెవడా, జార్జియా, మిస్సోరీ, టెన్నెసీలు ముఖ్యమైనవి.

భూమిలో 0.0425% వరకు సముద్రనీటిలో 13 µg/లీ. వరకు బేరియం ఖనిజంగా ఉంది. బేరియం ఎక్కువ ప్రమాణంలో కలిగిన ముడిఖనిజం బారైట్. తరువాత బేరియం లభించు మరోఖనిజం వితెరైట్ అనబడు బేరియం కార్బోనేట్. ఇది ఎక్కువగా లభ్యమయ్యే దేశాలు ఇంగ్లాండ్, రొమేనియా, సోవియట్ రష్యాలు.

ప్రపంచంలో బేరియం ఖనిజం నిల్వలు 0.7 నుండి 2 మిలియను టన్నులు ఉండవచ్చునని అంచనా. 1981లో అత్యంత ఎక్కువగా 8.3 మిలియను టన్నుల ముడిఖనిజాన్ని త్రవ్వితీశారు. అందులో 7-8% మాత్రమే బేరియం, దాని సమ్మేళన పదార్థాలను తయారు చేయుటకు వాడారు. చైనా, ప్రపంచఉత్పత్త్తిలో 50% వాటాతో మొదటి స్థానం ఆక్రమించింది. తరువాత ఇండియా (14% in 2011), మొరాకో (8.3%), అమెరికా (8.2%, టర్కీ (2.5%) ఇరాన్, ఖజకిస్తాన్ (2.6% ఒక్కొక్కదేశం) లు ఉత్పత్తి చేయుచున్నవి.

బేరియం ఉత్పత్తి విధానం

ఒక పద్ధతిలో బేరియం ఆక్సైడ్ (BaO ) ను 500 - 600^౦C ఉష్ణోగ్రత వద్ద గాలితో (ఆక్సిజన్) చర్య వలన బేరియం పెరాక్సైడ్ (BaO² ) ఏర్పడుతుంది. ఇలా ఏర్పడిన బేరియం పెరాక్సైడ్ 700^౦C వద్ద బేరియం, ఆక్సిజన్ రెండూ విడిపోతాయి. ఈ విధానంలో ఆక్సిజన్ అధిక ప్రమాణంలో ఉపఉత్పత్తిగా విడుదల అవుతుంది. ఈ విధానంలో 1880 లకాలంలో బేరియాన్ని ఉత్పత్తి చేసేవారు.

2 BaO + O₂ ⇌ 2 BaO₂

2BaO₂→2Ba+O₂

బేరియం సల్ఫేట్ నుండి బేరియం ఉత్పత్తి

ముడిఖనిజాన్ని (BaSO₄) మొదట నీటితో బాగా కడిగి బయటి మలినాలను తొలగిస్తారు. ఖనిజంలోఉన్న క్వార్జును తొలగిస్తారు. అలాగే ఐరన్, జింకు, సీసం వంటి లోహాలను ఫ్రోత్‌ఫ్లొటెసన్ ద్వారా తొలగిస్తారు. ఈ స్థితిలో ఖనిజం 98% స్వచ్ఛత కలిగి ఉంటుంది. ఈ ఖనిజాన్ని కార్బన్‌తో క్షయీకరించడం వలన బేరియం సల్ఫైడ్ ఏర్పడుతుంది.

BaSO₄ + 2 C → BaS + 2CO₂↑

నీటిలో కరిగే ఈ బేరియం సల్పైడ్ మిగతా బేరియం సమ్మేళన పదార్థాలు, బేరియాన్ని ఉత్పత్తి చేయుటకు మూలపదార్థంగా పనిచేస్తుంది. కరిగిన బేరియం సల్ఫైడ్, ఆక్సిజన్‌తో చర్య చెంది బేరియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను, నత్రికామ్లంతో చర్య వలన బేరియం నైట్రేట్‌ను, కార్బన్ డై ఆక్సైడ్‌తో చర్య వలన కార్బోనేట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. అల్యూమినియంతో బేరియం సల్ఫైడ్‌ను క్షయీకరించడం వలన బేరియం ఏర్పడును. బేరియం సల్ఫైడ్‌ను 1100^౦C వద్ద అల్యూమినియంతో క్షయీకరించిన, పలు మధ్యంతర చర్యల అనంతరం చివరగా బేరియం ఏర్పడుతుంది.

మొదటి దశ చర్యలో BaAl₄ (బేరియం అల్యుమినేట్) ఏర్పడును.

3BaO + 14Al → 3BaAl₄ +Al₂O₃

మలిదశలో బేరియం ఆక్సైడ్ తో చర్య కొనసాగడం వలన కొంత బేరియం విడుదల అగును.

8BaO + BaAl₄ → Ba↑ + 7 BaAl₂O₄

మలి దశ తరువాత దశలో

BaO + Al₂O₃ → BaAl₂O₄

తుది దశలో

4BaO + 2Al → 3Ba↑ + BaAl₂O₄

ఉపయోగాలు

పారిశ్రామికంగా దీని ప్రయోజనాలు మితంగానే ఉన్నాయి. వాక్యూం ట్యూబులలో స్కావెంజ్ ఎయిర్ గా వాడతారు. అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపరు కండక్టరులలో, విద్యుత్తు పింగాణి పరికరాలలో ఉపయోగిస్తారు. ఇనుము, ఉక్కు లోహాలను పోత పోసేటప్పుడు బేరియాన్ని కలపడం వలన లోహాలలోని కర్బన అణువుల కణపరిమాణం తగ్గుతుంది. అలాగే బేరియం నైట్రేట్ Ba (NO₃) ₂) ను బాణాసంచాలో కలపడం వలన వాటిని వెలిగించిన పచ్చ రంగులో వెలుగుతుంది.

బేరియం-నికెల్ మిశ్రమ ధాతువును వాహనాల స్పార్కు ప్లగ్గు ఎలక్ట్రోడులను తయారుచేయుటకు, అలాగే వ్యాక్యూం గొట్టాలలోని ఆక్సిజనును తొలగించుటకు ఉపయోగిస్తారు. అలాగే ఫ్లోరోసెంటు ట్యూబులైట్లలోకూడా ఉపయోగిస్తారు. బేరియం సమ్మేళనాలను ఇటుకల తయారీ, పెంకులు, రంగులు, గాజు, రబ్బరు పరిశ్రమలలో కూడా వాడతారు.

వైద్యపరంగా వినియోగం

• ఎక్స్ రే తీయునప్పుడు బేరియాన్ని X-ray రేడియో కాంట్రాస్ట్ ఏజెంట్స్ గా జీర్ణాశయం, పేగులను ఫిల్ముపై చిత్రికరించుటకు/గుర్తించుటకు వాడతారు. రోగిచేత బేరియం సల్ఫేట్ (BaSO₄) ను నీటితో కలిపి త్రాగించి, పిమ్మట ఎక్స్ రే తీస్తారు. అలాగే నీటిలో కరిగే బేరియం సమ్మేళనాలు విషపూరితాలు. అందుచే వీటిని ఎలుకలమందుగా వాడతారు.

ఇవికూడా చూడండి

• ఆవర్తన పట్టిక
• మూలకాలు
• క్షారమృత్తిక లోహము