מה זה בריום, למה משמש הבריום וכיצד לבדוק אותו?

בעולם הקסום של הכימיה,בריוםתמיד משך את תשומת לבם של מדענים עם הקסם הייחודי והיישום הרחב שלו. למרות שאלמנט המתכת הכסוף-לבן הזה אינו מסנוור כמו זהב או כסף, הוא ממלא תפקיד הכרחי בתחומים רבים. ממכשירים מדויקים במעבדות מחקר מדעיות ועד חומרי גלם מרכזיים בייצור תעשייתי ועד ריאגנטים אבחנתיים בתחום הרפואי, בריום כתב את אגדת הכימיה על תכונותיה ותפקידיה הייחודיים.

כבר בשנת 1602, קסיו לאורו, סנדלר בעיר פורה שבאיטליה, צלה בריט המכיל בריום סולפט עם חומר בעירה בניסוי והופתע לגלות שהוא יכול לזהור בחושך. תגלית זו עוררה עניין רב בקרב חוקרים באותה תקופה, והאבן נקראה אבן פורה והפכה למוקד מחקר של כימאים אירופאים.
עם זאת, היה זה הכימאי השבדי Scheele שבאמת אישר כי בריום הוא יסוד חדש. הוא גילה תחמוצת בריום בשנת 1774 וקרא לה "באריטה" (אדמה כבדה). הוא חקר את החומר הזה לעומק והאמין שהוא מורכב מאדמה חדשה (תחמוצת) בשילוב עם חומצה גופרתית. שנתיים לאחר מכן, הוא חימם בהצלחה את החנקה של האדמה החדשה הזו והשיג תחמוצת טהורה.

עם זאת, למרות ששיל גילה את תחמוצת הבריום, רק בשנת 1808 הצליח הכימאי הבריטי דייווי לייצר מתכת בריום באמצעות אלקטרוליזה של אלקטרוליט העשוי מבריט. תגלית זו סימנה את האישור הרשמי של הבריום כיסוד מתכתי, וגם פתחה את המסע ליישום הבריום בתחומים שונים.

מאז, בני אדם העמיקו ללא הרף את הבנתם בבריום. מדענים חקרו את מסתורי הטבע וקידמו את התקדמות המדע והטכנולוגיה על ידי חקר התכונות וההתנהגויות של הבריום. היישום של בריום במחקר מדעי, בתעשייה ובתחומי רפואה הפך גם הוא נרחב יותר, ומביא נוחות ונוחות לחיי האדם. קסמו של הבריום טמון לא רק בפרקטיות שלו, אלא גם במסתורין המדעי שמאחוריו. מדענים חקרו ללא הרף את מסתורי הטבע וקידמו את התקדמות המדע והטכנולוגיה על ידי חקר התכונות וההתנהגויות של הבריום. במקביל, הבריום גם משחק בשקט תפקיד בחיי היומיום שלנו, ומביא נוחות ונוחות לחיינו.

תנו לנו לצאת למסע הקסום הזה של חקר הבריום, לחשוף את הצעיף המסתורי שלו ולהעריך את הקסם הייחודי שלו. במאמר הבא נציג באופן מקיף את התכונות והיישומים של הבריום, כמו גם את תפקידו החשוב במחקר מדעי, בתעשייה וברפואה. אני מאמין שדרך קריאת מאמר זה, תהיה לך הבנה וידע מעמיקים יותר של בריום.

1. שדות יישום של בריום
בריום הוא יסוד כימי נפוץ. זוהי מתכת כסופה-לבנה הקיימת בצורת מינרלים שונים בטבע. להלן כמה שימושים יומיים בבריום

שריפה וזוהר: בריום היא מתכת תגובתית מאוד המייצרת להבה בהירה כשהיא באה במגע עם אמוניה או חמצן. זה עושה שימוש נרחב בבריום בתעשיות כגון ייצור זיקוקים, אבוקות וייצור זרחן.

תעשייה רפואית: תרכובות בריום נמצאות בשימוש נרחב גם בתעשייה הרפואית. ארוחות בריום (כגון טבליות בריום) משמשות בבדיקות רנטגן של מערכת העיכול כדי לעזור לרופאים לצפות בתפקוד מערכת העיכול. תרכובות בריום משמשות גם בחלק מהטיפולים הרדיואקטיביים, כגון יוד רדיואקטיבי לטיפול במחלות בלוטת התריס.

זכוכית וקרמיקה: תרכובות בריום משמשות לעתים קרובות בייצור זכוכית וקרמיקה בשל נקודת ההתכה הטובה שלהן ועמידותן בפני קורוזיה. תרכובות בריום יכולות לשפר את הקשיות והחוזק של קרמיקה ויכולות לספק כמה תכונות מיוחדות של קרמיקה, כגון בידוד חשמלי ומקדם שבירה גבוה.

סגסוגות מתכת: בריום יכול ליצור סגסוגות עם יסודות מתכת אחרים, ולסגסוגות הללו יש כמה תכונות ייחודיות. לדוגמה, סגסוגות בריום יכולות להגביר את נקודת ההיתוך של סגסוגות אלומיניום ומגנזיום, מה שמקל על העיבוד והיציקה שלהן. בנוסף, סגסוגות בריום בעלות תכונות מגנטיות משמשות גם לייצור לוחות סוללות וחומרים מגנטיים.

בריום הוא יסוד כימי בעל הסמל הכימי Ba ומספר אטומי 56. בריום היא מתכת אדמה אלקליין שנמצאת בקבוצה 6 של הטבלה המחזורית, היסודות הראשיים של הקבוצה.

2. תכונות פיזיקליות של בריום
בריום (בא)הוא יסוד מתכת אדמה אלקליין. 1. מראה: בריום היא מתכת רכה, כסופה-לבנה עם ברק מתכתי מובהק בעת הגזירה.
2. צפיפות: לבריום צפיפות גבוהה יחסית של כ-3.5 גרם/ס"מ³. זוהי אחת המתכות הצפופות ביותר על פני כדור הארץ.
3. נקודות התכה ורתיחה: נקודת ההיתוך של בריום היא כ-727 מעלות צלזיוס ונקודת הרתיחה היא כ-1897 מעלות צלזיוס.
4. קשיות: בריום היא מתכת רכה יחסית עם קשיות Mohs של כ-1.25 ב-20 מעלות צלזיוס.
5. מוליכות: בריום הוא מוליך חשמל טוב עם מוליכות חשמלית גבוהה.
6. גמישות: למרות שבריום היא מתכת רכה, יש לה מידה מסוימת של גמישות וניתן לעבד אותה ליריעות דקות או לחוטים.
7. פעילות כימית: הבריום אינו מגיב חזק עם רוב הלא מתכות ומתכות רבות בטמפרטורת החדר, אך הוא יוצר תחמוצות בטמפרטורות גבוהות ובאוויר. זה יכול ליצור תרכובות עם הרבה יסודות לא מתכתיים, כגון תחמוצות, סולפידים וכו'.
8. צורות קיום: מינרלים המכילים בריום בקרום כדור הארץ כמו בריט (בריום סולפט) ועוד. בריום יכול להתקיים גם בצורה של הידרטים, תחמוצות, קרבונטים וכו' בטבע.
9. רדיואקטיביות: לבריום מגוון איזוטופים רדיואקטיביים, ביניהם בריום-133 הוא איזוטופ רדיואקטיבי נפוץ בשימוש בהדמיה רפואית ויישומי רפואה גרעינית.
10. יישום: תרכובות בריום נמצאות בשימוש נרחב בתעשייה, כגון זכוכית, גומי, זרזים בתעשייה הכימית, צינורות אלקטרונים וכו'. הסולפט שלו משמש לעתים קרובות כחומר ניגוד בבדיקות רפואיות. הבריום הוא יסוד מתכתי חשוב, ותכונותיו לעשות את זה בשימוש נרחב בתחומים רבים.

3. תכונות כימיות של בריום

תכונות מתכתיות: בריום הוא מוצק מתכתי בעל מראה כסוף-לבן ומוליכות חשמלית טובה.

צפיפות ונקודת התכה: בריום הוא יסוד צפוף יחסית עם צפיפות של 3.51 גרם/סמ"ק. לבריום נקודת התכה נמוכה של כ-727 מעלות צלזיוס (1341 מעלות פרנהייט).

תגובתיות: בריום מגיב במהירות עם רוב היסודות הלא מתכתיים, במיוחד עם הלוגנים (כגון כלור וברום), ומייצר תרכובות בריום מתאימות. לדוגמה, בריום מגיב עם כלור כדי לייצר בריום כלוריד.

יכולת חמצון: ניתן לחמצן בריום ליצירת תחמוצת בריום. תחמוצת בריום נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות כמו התכת מתכות וייצור זכוכית. פעילות גבוהה: לבריום פעילות כימית גבוהה והוא מגיב בקלות עם מים לשחרור מימן ויצירת בריום הידרוקסיד.

4. תכונות ביולוגיות של בריום

התפקיד והתכונות הביולוגיות שלבריוםבאורגניזמים אינם מובנים במלואם, אך ידוע שלבריום יש רעילות מסוימת לאורגניזמים.

מסלול הצריכה: אנשים צורכים בעיקר בריום דרך מזון ומי שתייה. מזונות מסוימים עשויים להכיל כמויות עקבות של בריום, כגון דגנים, בשר ומוצרי חלב. בנוסף, מי תהום מכילים לעיתים ריכוזים גבוהים יותר של בריום.

ספיגה ביולוגית ומטבוליזם: בריום יכול להיספג על ידי אורגניזמים ולהפיץ בגוף באמצעות מחזור הדם. הבריום מצטבר בעיקר בכליות ובעצמות, במיוחד בריכוזים גבוהים יותר בעצמות.
תפקוד ביולוגי: לבריום לא נמצא עדיין פונקציות פיזיולוגיות חיוניות באורגניזמים. לכן, התפקוד הביולוגי של הבריום נותר שנוי במחלוקת.

5. תכונות ביולוגיות של בריום

רעילות: ריכוזים גבוהים של יוני בריום או תרכובות בריום רעילים לגוף האדם. צריכה מוגזמת של בריום עלולה לגרום לתסמיני הרעלה חריפים, לרבות הקאות, שלשולים, חולשת שרירים, הפרעות קצב ועוד. הרעלה חמורה עלולה לגרום לנזק למערכת העצבים, לנזק בכליות ולבעיות לב.
הצטברות עצם: בריום יכול להצטבר בעצמות בגוף האדם, במיוחד אצל קשישים. חשיפה ארוכת טווח לריכוזים גבוהים של בריום עלולה לגרום למחלות עצם כגון אוסטאופורוזיס.
השפעות קרדיווסקולריות: בריום, כמו נתרן, יכול להפריע לאיזון היונים ולפעילות החשמלית, להשפיע על תפקוד הלב. צריכה מוגזמת של בריום עלולה לגרום לקצב לב חריג ולהגביר את הסיכון להתקפי לב.
קרצינוגניות: למרות שעדיין קיימת מחלוקת לגבי הקרצינוגניות של בריום, כמה מחקרים הראו שחשיפה ארוכת טווח לריכוזים גבוהים של בריום עלולה להגביר את הסיכון לסוגי סרטן מסוימים, כמו סרטן הקיבה וסרטן הוושט. בשל הרעילות והסכנה הפוטנציאלית של בריום, אנשים צריכים להיזהר להימנע מצריכה מופרזת או חשיפה ארוכת טווח לריכוזים גבוהים של בריום. יש לנטר ולבקר את ריכוזי הבריום במי שתייה ובמזון כדי להגן על בריאות האדם. אם אתה חושד בהרעלה או שיש לך תסמינים קשורים, אנא פנה מיד לטיפול רפואי.

6. בריום בטבע
מינרלים בריום: בריום יכול להתקיים בקרום כדור הארץ בצורה של מינרלים. כמה מינרלים נפוצים של בריום כוללים באריט ו-witherite. עפרות אלו מופיעות לעתים קרובות עם מינרלים אחרים, כגון עופרת, אבץ וכסף.
מומס במי תהום ובסלעים: בריום יכול להתקיים במי תהום ובסלעים במצב מומס. מי תהום מכילים כמויות קורט של בריום מומס, וריכוזם תלוי בתנאים הגיאולוגיים ובתכונות הכימיות של גוף המים. מלחי בריום: בריום יכול ליצור מלחים שונים, כמו בריום כלוריד, בריום חנקתי ובריום קרבונט. תרכובות אלו יכולות להתקיים בטבע כמינרלים טבעיים.
תוכן באדמה:בריוםיכול להתקיים באדמה בצורות שונות, שחלקן מגיעות מהתמוססות של חלקיקי מינרלים טבעיים או סלעים. תכולת הבריום באדמה היא בדרך כלל נמוכה, אך ייתכנו ריכוזים גבוהים של בריום באזורים ספציפיים מסוימים.
יש לציין שצורתו ותכולתו של הבריום עשויים להשתנות בסביבות ואזורים גיאולוגיים שונים, ולכן יש להתחשב בתנאים גיאוגרפיים וגיאולוגיים ספציפיים כאשר דנים בבריום.

7. כרייה וייצור בריום
תהליך הכרייה וההכנה של בריום כולל בדרך כלל את השלבים הבאים:
1. כריית עפרות בריום: המינרל העיקרי של עפרות בריום הוא בריט, הידוע גם בשם בריום סולפט. הוא נמצא בדרך כלל בקרום כדור הארץ ומופץ באופן נרחב בסלעים ומרבצי מינרלים על פני כדור הארץ. הכרייה כוללת בדרך כלל תהליכים כמו פיצוץ, כרייה, ריסוק ודירוג של עפרות כדי להשיג עפרות המכילות בריום סולפט.
2. הכנת תרכיז: הפקת בריום מעפרת בריום מצריכה טיפול תרכיז של העפרה. הכנת התרכיז כוללת בדרך כלל שלבי בחירת יד וציפה להסרת זיהומים ולהשגת עפרות המכילות יותר מ-96% בריום סולפט.
3. הכנת בריום סולפט: התרכיז עובר שלבים כמו סילוק ברזל וסיליקון כדי לקבל לבסוף בריום סולפט (BaSO4).
4. הכנת בריום גופרתי: על מנת להכין בריום מבריום גופרתי, יש להמיר בריום גופרתי לבריום גופרתי, הידוע גם בשם אפר שחור. אבקת עפרות בריום סולפט עם גודל חלקיקים של פחות מ-20 mesh בדרך כלל מעורבבת עם פחם או אבקת קוק נפט ביחס משקל של 4:1. התערובת נקלית בטמפרטורה של 1100℃ בכבשן הדהוד, והבריום סולפט מופחת לבריום גופרתי.
5. המסת בריום גופרתי: ניתן להשיג את תמיסת הבריום גופרתי של בריום גופרתי על ידי שטיפת מים חמים.
6. הכנת תחמוצת בריום: על מנת להמיר בריום גופרתי לתמונת בריום, בדרך כלל מוסיפים נתרן קרבונט או פחמן דו חמצני לתמיסת הבריום גופרתי. לאחר ערבוב בריום קרבונט ואבקת פחמן, סידוד מעל 800 ℃ יכול לייצר תחמוצת בריום.
7. קירור ועיבוד: יש לציין כי תחמוצת בריום מתחמצנת ליצירת בריום חמצן בטמפרטורה של 500-700 מעלות צלזיוס, וניתן לפרק בריום חמצן ליצירת תחמוצת בריום בטמפרטורה של 700-800 מעלות. על מנת להימנע מהפקת בריום מי חמצן, יש לקרר או לכבות את המוצר המבושל תחת הגנה של גז אינרטי.

האמור לעיל הוא תהליך הכרייה וההכנה הכללי של יסוד בריום. תהליכים אלו עשויים להשתנות בהתאם לתהליך התעשייתי ולציוד, אך העקרונות הכלליים נשארים זהים. בריום היא מתכת תעשייתית חשובה המשמשת במגוון יישומים, כולל התעשייה הכימית, הרפואה, האלקטרוניקה ותחומים נוספים.

8. שיטות זיהוי נפוצות לאלמנט בריום
בריוםהוא אלמנט נפוץ שנמצא בשימוש נפוץ ביישומים תעשייתיים ומדעיים שונים. בכימיה אנליטית, שיטות לגילוי בריום כוללות בדרך כלל ניתוח איכותי וניתוח כמותי. להלן מבוא מפורט לשיטות הזיהוי הנפוצות עבור יסוד בריום:

1. ספקטרומטריית ספיגה אטומית להבה (FAAS): זוהי שיטת ניתוח כמותית נפוצה המתאימה לדגימות בריכוז גבוה יותר. תמיסת הדגימה מרוססת לתוך הלהבה, ואטומי הבריום סופגים אור באורך גל מסוים. עוצמת האור הנקלט נמדדת והיא פרופורציונלית לריכוז הבריום.
2. ספקטרומטריית פליטת אטומית להבה (FAES): שיטה זו מזהה בריום על ידי ריסוס תמיסת הדגימה לתוך הלהבה, מרגשת את אטומי הבריום כדי לפלוט אור באורך גל מסוים. בהשוואה ל-FAAS, FAES משמש בדרך כלל לאיתור ריכוזים נמוכים יותר של בריום.
3. ספקטרומטריית פלואורסצנציה אטומית (AAS): שיטה זו דומה ל-FAAS, אך משתמשת בספקטרומטר פלואורסצנטי כדי לזהות נוכחות של בריום. זה יכול לשמש למדידת כמויות עקבות של בריום.
4. כרומטוגרפיית יונים: שיטה זו מתאימה לניתוח בריום בדגימות מים. יוני בריום מופרדים ומתגלים על ידי כרומטוגרפיה של יונים. זה יכול לשמש למדידת ריכוז הבריום בדגימות מים.
5. X-ray Fluorescence Spectrometry (XRF): זוהי שיטה אנליטית לא הרסנית המתאימה לזיהוי בריום בדגימות מוצקות. לאחר שהדגימה מעוררת קרני רנטגן, אטומי הבריום פולטים פלואורסצנטי ספציפי, ותכולת הבריום נקבעת על ידי מדידת עוצמת הקרינה.
6. ספקטרומטריית מסה: ניתן להשתמש בספקטרומטריית מסה כדי לקבוע את ההרכב האיזוטופי של הבריום ולקבוע את תכולת הבריום. שיטה זו משמשת בדרך כלל לניתוח רגישות גבוהה ויכולה לזהות ריכוזים נמוכים מאוד של בריום. למעלה יש כמה שיטות נפוצות לזיהוי בריום. השיטה הספציפית לבחירה תלויה באופי הדגימה, טווח הריכוזים של הבריום ומטרת הניתוח. אם אתה צריך מידע נוסף או יש לך שאלות אחרות, אנא אל תהסס ליידע אותי. שיטות אלו נמצאות בשימוש נרחב ביישומי מעבדה ותעשייתיים למדידה מדויקת ומהימנה של נוכחות וריכוז בריום. השיטה הספציפית לשימוש תלויה בסוג המדגם שיש למדוד, בטווח תכולת הבריום ובמטרה הספציפית של הניתוח.