מהו בריום, למה משמש בריום וכיצד בודקים אותו?

בעולם הקסום של הכימיה,בריוםתמיד משך את תשומת ליבם של מדענים בזכות קסמו הייחודי ויישומו הנרחב. למרות שיסוד המתכת הלבן-כסוף הזה אינו מסנוור כמו זהב או כסף, הוא ממלא תפקיד הכרחי בתחומים רבים. החל ממכשירים מדויקים במעבדות מחקר מדעיות ועד לחומרי גלם מרכזיים בייצור תעשייתי ועד ריאגנטים לאבחון בתחום הרפואי, בריום כתב את אגדת הכימיה בזכות תכונותיו ותפקידיו הייחודיים.

כבר בשנת 1602, קסיו לאורו, סנדלר בעיר פורה האיטלקית, צלה בניסוי בריט המכיל בריום סולפט עם חומר דליק 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 השוודי שילה שאישר באמת שבריום הוא יסוד חדש. הוא גילה את תחמוצת הבריום בשנת 1774 וקרא לה "בריטה" (אדמה כבדה). הוא חקר חומר זה לעומק והאמין שהוא מורכב מאדמה חדשה (תחמוצת) בשילוב עם חומצה גופרתית. שנתיים לאחר מכן, הוא חימם בהצלחה את הניטרט של האדמה החדשה הזו וקיבל תחמוצת טהורה.

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

מאז, בני האדם העמיקו ללא הרף את הבנתם את הבריום. מדענים חקרו את מסתורי הטבע וקידמו את התקדמות המדע והטכנולוגיה על ידי לימוד תכונותיו והתנהגויותיו של בריום. השימוש בבריום במחקר מדעי, בתעשייה ובתחומים רפואיים הפך גם הוא נרחב יותר ויותר, מה שמביא נוחות ונוחות לחיי האדם. קסמו של הבריום טמון לא רק בפרקטיות שלו, אלא גם בתעלומה המדעית שמאחוריו. מדענים חקרו ללא הרף את מסתורי הטבע וקידמו את התקדמות המדע והטכנולוגיה על ידי לימוד תכונותיו והתנהגויותיו של בריום. במקביל, בריום משחק תפקיד שקט גם בחיי היומיום שלנו, ומביא נוחות ונוחות לחיינו.

בואו נצא למסע קסום זה של חקר הבריום, נחשוף את צעיף המסתורי שלו, ונעריך את קסמו הייחודי. במאמר הבא נציג באופן מקיף את תכונותיו ויישומיו של הבריום, כמו גם את תפקידו החשוב במחקר מדעי, בתעשייה וברפואה. אני מאמין שבאמצעות קריאת מאמר זה, תצברו הבנה וידע מעמיקים יותר של בריום.

1. תחומי יישום של בריום
בריום הוא יסוד כימי נפוץ. זוהי מתכת לבנה-כסופה הקיימת בצורת מינרלים שונים בטבע. להלן מספר שימושים יומיומיים של בריום.

בעירה וזוהר: בריום הוא מתכת בעלת ריאקציה גבוהה המייצרת להבה בהירה במגע עם אמוניה או חמצן. עובדה זו הופכת את הבריום לשימוש נרחב בתעשיות כמו ייצור זיקוקים, זיקוקים וייצור זרחן.

תעשייה רפואית: תרכובות בריום נמצאות בשימוש נרחב גם בתעשייה הרפואית. ארוחות בריום (כגון טבליות בריום) משמשות בבדיקות רנטגן של מערכת העיכול כדי לסייע לרופאים לבחון את תפקוד מערכת העיכול. תרכובות בריום משמשות גם בכמה טיפולים רדיואקטיביים, כגון יוד רדיואקטיבי לטיפול במחלות בלוטת התריס.

זכוכית וקרמיקה: תרכובות בריום משמשות לעתים קרובות בייצור זכוכית וקרמיקה בשל נקודת ההיתוך הטובה שלהן ועמידותן בפני קורוזיה. תרכובות בריום יכולות לשפר את קשיות וחוזק הקרמיקה ויכולות לספק תכונות מיוחדות לקרמיקה, כגון בידוד חשמלי ומקדם שבירה גבוה.

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

בריום הוא יסוד כימי עם הסמל הכימי Ba ומספר אטומי 56. בריום הוא מתכת אדמה אלקלית הנמצאת בקבוצה 6 בטבלה המחזורית, היסודות העיקריים בקבוצה.

2. תכונות פיזיקליות של בריום
בריום (Ba)הוא יסוד מתכתי אלקלי-ארצי. 1. מראה חיצוני: בריום הוא מתכת רכה, לבנה-כסופה, בעלת ברק מתכתי מובהק בעת חיתוך.
2. צפיפות: לבריום צפיפות גבוהה יחסית של כ-3.5 גרם/סמ"ק. 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 הוא מתכת רכה יחסית עם קשיות מוס של כ-1.25 בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס.
5. מוליכות: בריום הוא מוליך חשמל טוב עם מוליכות חשמלית גבוהה.
6. משיכות: למרות שבריום הוא מתכת רכה, יש לו מידה מסוימת של משיכות וניתן לעבד אותו ליריעות דקות או חוטים.
7. פעילות כימית: בריום אינו מגיב בחוזקה עם רוב האל-מתכות ומתכות רבות בטמפרטורת החדר, אך הוא יוצר תחמוצות בטמפרטורות גבוהות ובאוויר. הוא יכול ליצור תרכובות עם יסודות אל-מתכתיים רבים, כגון תחמוצות, סולפידים וכו'.
8. צורות קיום: מינרלים המכילים בריום בקרום כדור הארץ, כגון בריט (בריום סולפט) וכו'. בריום יכול להתקיים גם בצורת הידרטים, תחמוצות, קרבונטים וכו' בטבע.
9. רדיואקטיביות: לבריום מגוון איזוטופים רדיואקטיביים, ביניהם בריום-133 הוא איזוטופ רדיואקטיבי נפוץ המשמש ביישומים של הדמיה רפואית ורפואה גרעינית.
10. יישום: תרכובות בריום נמצאות בשימוש נרחב בתעשייה, כגון זכוכית, גומי, זרזים לתעשייה הכימית, שפופרות אלקטרונים וכו'. הסולפט שלהן משמש לעתים קרובות כחומר ניגוד בבדיקות רפואיות. בריום הוא יסוד מתכתי חשוב, ותכונותיו הופכות אותו לשימוש נרחב בתחומים רבים.

3. תכונות כימיות של בריום

תכונות מתכתיות: בריום הוא מוצק מתכתי בעל מראה לבן-כסוף 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), ויוצר תרכובות בריום תואמות. לדוגמה, בריום מגיב עם כלור ליצירת בריום כלוריד.

חמצון: בריום ניתן לחמצון 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 כדי לשחרר מימן וליצור בריום הידרוקסיד.

4. תכונות ביולוגיות של בריום

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

דרך צריכת בריום: אנשים צורכים אותו בעיקר דרך מזון ומי שתייה. מזונות מסוימים עשויים להכיל כמויות זעירות 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 ולהופץ בגוף דרך מחזור הדם. בריום מצטבר בעיקר בכליות ובעצמות, במיוחד בריכוזים גבוהים יותר בעצמות.
תפקוד ביולוגי: טרם נמצא כי לבריום תפקידים פיזיולוגיים חיוניים באורגניזמים. לכן, התפקוד הביולוגי של בריום 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, כולל הקאות, שלשולים, חולשת שרירים, הפרעות קצב וכו'. הרעלה חמורה עלולה לגרום לנזק למערכת העצבים, נזק לכליות ובעיות לב.
הצטברות עצם: בריום יכול להצטבר בעצמות בגוף האדם, במיוחד אצל קשישים. חשיפה ארוכת טווח לריכוזים גבוהים של בריום עלולה לגרום למחלות עצם כמו אוסטאופורוזיס.
השפעות קרדיווסקולריות: בריום, כמו נתרן, יכול להפריע לאיזון היונים ולפעילות החשמלית, ולשפיע על תפקוד הלב. צריכה מוגזמת של בריום עלולה לגרום לקצב לב לא תקין ולהגביר את הסיכון להתקפי לב.
קרצינוגניות: למרות שעדיין קיימת מחלוקת לגבי קרצינוגניות של בריום, מספר מחקרים הראו כי חשיפה ארוכת טווח לריכוזים גבוהים של בריום עלולה להגביר את הסיכון לסוגי סרטן מסוימים, כגון סרטן הקיבה וסרטן הוושט. בשל הרעילות והסכנה הפוטנציאלית של בריום, יש להיזהר ולהימנע מצריכה מוגזמת או מחשיפה ארוכת טווח לריכוזים גבוהים של בריום. יש לנטר ולשלוט בריכוזי בריום במי שתייה ובמזון כדי להגן על בריאות האדם. אם אתם חושדים בהרעלה או שיש לכם תסמינים קשורים, אנא פנו מיד לטיפול רפואי.

6. בריום בטבע
מינרלים של בריום: בריום יכול להתקיים בקרום כדור הארץ בצורת מינרלים. כמה מינרלים נפוצים של בריום כוללים בריט וויתריט. 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 זעירות של בריום מומס, וריכוזו תלוי בתנאים הגיאולוגיים ובתכונות הכימיות של גוף המים. מלחי בריום: בריום יכול ליצור מלחים שונים, כגון בריום כלוריד, בריום חנקתי ובריום פחמתי. תרכובות אלו יכולות להתקיים בטבע כמינרלים טבעיים.
תכולה בקרקע:בריוםיכולים להתקיים בקרקע בצורות שונות, חלקן נובעות מהמסת חלקיקי מינרלים טבעיים או סלעים. תכולת הבריום בקרקע היא בדרך כלל נמוכה, אך ייתכנו ריכוזים גבוהים של בריום באזורים ספציפיים מסוימים.
יש לציין כי צורתו ותכולתו של בריום עשויים להשתנות בסביבות ובאזורים גיאולוגיים שונים, ולכן יש לקחת בחשבון תנאים 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, המכונה גם בריום סולפט. הוא נמצא בדרך כלל בקרום כדור הארץ ומפוזר באופן נרחב בסלעים ובמשקעי מינרלים על פני כדור הארץ. כרייה כוללת בדרך כלל תהליכים כגון פיצוץ, כרייה, ריסוק ודירוג עפרות כדי להשיג עפרות המכילות בריום סולפט.
2. הכנת תרכיז: הפקת בריום מעפרת בריום דורשת טיפול תרכיז של העפרה. הכנת התרכיז כוללת בדרך כלל שלבי בחירה ידנית ושלבי ציפה להסרת זיהומים ולקבלת עפרה המכילה יותר מ-96% בריום סולפט.
3. הכנת בריום סולפט: התרכיז עובר שלבים כגון הסרת ברזל וסיליקון כדי לקבל בסופו של דבר בריום סולפט (BaSO4).
4. הכנת בריום גופרתי: על מנת להכין בריום מבריום גופרתי, יש להמיר בריום גופרתי לבריום גופרתי, המכונה גם אפר שחור. אבקת עפרות בריום גופרתי בגודל חלקיקים של פחות מ-20 רשת מעורבבת בדרך כלל עם אבקת פחם או קוק נפט ביחס משקל של 4:1. התערובת נצלית ב-1100℃ בכבשן הדהוד, והבריום גופרתי מופחת לבריום גופרתי.
5. המסת בריום גופרתי: ניתן להשיג את תמיסת הבריום גופרתי של בריום גופרתי על ידי שטיפה במים חמים.
6. הכנת תחמוצת בריום: על מנת להמיר בריום גופרתי לתחמוצת בריום, בדרך כלל מוסיפים נתרן פחמתי או פחמן דו-חמצני לתמיסת הבריום גופרתי. לאחר ערבוב בריום פחמתי ואבקת פחמן, קלצינציה מעל 800 ℃ יכולה לייצר תחמוצת בריום.
7. קירור ועיבוד: יש לציין כי תחמוצת בריום מתחמצנת ליצירת בריום פרוקסיד בטמפרטורה של 500-700 מעלות צלזיוס, ובריום פרוקסיד מתפרק ליצירת תחמוצת בריום בטמפרטורה של 700-800 מעלות צלזיוס. על מנת למנוע ייצור של בריום פרוקסיד, יש לקרר או לכבות את המוצר המבושל תחת הגנה של גז אינרטי.

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

8. שיטות גילוי נפוצות ליסוד בריום
בריוםהוא יסוד נפוץ הנמצא בשימוש נפוץ ביישומים תעשייתיים ומדעיים שונים. בכימיה אנליטית, שיטות לגילוי בריום כוללות בדרך כלל ניתוח איכותני וניתוח כמותי. להלן מבוא מפורט לשיטות הגילוי הנפוצות עבור יסוד בריום:

1. ספקטרומטריית בליעה אטומית של להבה (FAAS): זוהי שיטת ניתוח כמותית נפוצה המתאימה לדגימות בריכוזים גבוהים יותר. תמיסת הדגימה מרוססת לתוך הלהבה, ואטומי הבריום סופגים אור באורך גל מסוים. עוצמת האור הנספג נמדדת והיא פרופורציונלית לריכוז הבריום.
2. ספקטרומטריית פליטה אטומית של להבה (FAES): שיטה זו מזהה בריום על ידי ריסוס תמיסת הדגימה לתוך הלהבה, תוך עירור אטומי הבריום לפלוט אור באורך גל מסוים. בהשוואה ל-FAAS, FAES משמש בדרך כלל לגילוי ריכוזים נמוכים יותר של בריום.
3. ספקטרומטריית פלואורסצנציה אטומית (AAS): שיטה זו דומה ל-FAAS, אך משתמשת בספקטרומטר פלואורסצנציה כדי לזהות נוכחות של בריום. ניתן להשתמש בה כדי למדוד כמויות זעירות של בריום.
4. כרומטוגרפיית יונים: שיטה זו מתאימה לניתוח בריום בדגימות מים. יוני בריום מופרדים ומזוהים באמצעות כרומטוגרפיית יונים. ניתן להשתמש בה למדידת ריכוז הבריום בדגימות מים.
5. ספקטרומטריית פלואורסצנציה של קרני רנטגן (XRF): זוהי שיטה אנליטית לא הרסנית המתאימה לגילוי בריום בדגימות מוצקות. לאחר שהדגימה מעוררת על ידי קרני רנטגן, אטומי הבריום פולטים פלואורסצנציה ספציפית, ותכולת הבריום נקבעת על ידי מדידת עוצמת הפלואורסצנציה.
6. ספקטרומטריית מסות: ניתן להשתמש בספקטרומטריית מסות כדי לקבוע את ההרכב האיזוטופי של בריום ולקבוע את תכולת הבריום. שיטה זו משמשת בדרך כלל לניתוח רגישות גבוהה ויכולה לזהות ריכוזים נמוכים מאוד של בריום. לעיל מוצגות כמה שיטות נפוצות לגילוי בריום. השיטה הספציפית לבחירה תלויה באופי הדגימה, בטווח הריכוזים של הבריום ובמטרת הניתוח. אם אתם זקוקים למידע נוסף או שיש לכם שאלות נוספות, אל תהססו ליידע אותי. שיטות אלו נמצאות בשימוש נרחב ביישומים מעבדתיים ותעשייתיים למדידה וזיהוי מדויקים ואמינים של נוכחות וריכוז בריום. השיטה הספציפית לשימוש תלויה בסוג הדגימה שיש למדוד, בטווח תכולת הבריום ובמטרה הספציפית של הניתוח.