【氯化钡】化学武BaCl2,式量208.25。无色单斜晶体。密度3.856克/厘米3。二水合氯化钡BaCl2?2H2O为无色有光泽的单斜晶体,密度3.097克/厘米3,在113℃失去结晶水。氯化钡的熔点963℃。沸点1560℃。在空气中能吸收水分。易溶于水。微溶于盐酸,不溶于乙醇。有毒,对人的致死量为0.8克。用作分析试剂(例如硫酸盐和硒酸盐的测定)、脱水剂。用于电子、仪器、冶金等工业。还用于鞣革、颜料工业,用作杀鼠剂、润滑油填加剂,冶金工业热处理的介质等。由重晶石跟煤粉混和焙烧,生成硫化钡,再用水浸取,硫化钡水解生成Ba(HS)2,BaOH)2进入溶液,再用盐酸酸化浸出液至pH=9时经提纯得本品。
BaSO4+4C=BaS+4CO↑
BaSO4+4CO=BaS 4CO2↑
2BaS+2H2O=Ba(HS)2+Ba(OH)2
Ba(HS) 2HCl=BaCl2+2H2S↑
Ba(OH)2+2HCl=BaCl2+2H2O
【硝酸钡】化学式Ba(NO3)2,式量261.35。无色立方晶体或白色粉末、有毒、密度3.24克/厘米3,微具吸湿性,溶于水,不溶于乙醇。加热时分解放出氧气,有强氧化性,跟硫、磷、有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。熔点592℃,温度再高即分解。燃烧时呈现绿色火焰。用作氧化剂、分析试剂。用于制钡盐、信号弹及焰火,还用于制陶瓷釉、医药等。由硝酸跟氢氧化钡反应制得。
【碳酸钡】化学式BaCO3,式量197.35。六角形微细晶体或白色粉末。不溶于水,密度4.43克/厘米3,熔点1740℃(8820千帕——90大气压)。1450℃分解,放出二氧化碳。微溶于含有二氧化碳的水,也溶于氯化铵或硝酸铵溶液生成络合物,溶于盐酸、硝酸放出二氧化碳。有毒。用于电子、仪表、冶金工业。配制焰火,制信号弹,陶瓷涂料,制光学玻璃的辅料。还用作杀鼠药、水澄清剂和填料。有天然碳酸钡矿,将二氧化碳通入氢氧化钡溶液,或将碳酸钠溶液跟硝酸钡溶液混合制得。
【硫酸钡】化学式BaSO4,式量233.4。白色斜方晶体。密度4.5克/厘米3,熔点1590℃,1149℃转变为单斜晶体。难溶于水。不溶于盐酸、硝酸、稀硫酸、醋酸等。溶于浓硫酸和热亚硫酸。具有强烈吸收X射线的能力。硫酸钡是唯一无毒的钡盐。跟煤粉混和煅烧,可生成硫化钡和一氧化碳。用于分析试剂、电子、仪表、冶金等工业,用作白色颜料,肠胃X射线透视造影时服用的药剂,以及橡胶、造纸、塑料的白色填料。由硫酸跟氯化钡反应制得。天然矿物叫重晶石。
【重晶石】天然产硫酸钡矿石。无色透明晶体,含有杂质时呈现白色、灰色、红色、黄色或褐色。有玻璃光泽,斜方晶体,多为板状,也有柱状,完全解理,质脆,密度4.3~4.6克/厘米3,硬度2.5~3.5,不溶于水,不溶于酸。用作白色颜料、涂料、橡胶、造纸的填料,制造各种钡化合物。石油钻井中用作泥浆的加重剂,防止井喷,还用于玻璃,陶瓷的制造。
【硫化钡】化学式BaS,式量169.4。黄色或黑红粉末。有硫化氢气味。遇水逐渐水解为硫化氢和氢氧化钡。含有微量杂质时则发磷光。有腐蚀性。用于制无砷硫化氢。加硫剂,制造钡盐、发光粉的基质。硫酸钡跟煤粉混和煅烧、分离提纯即得。
【钡白】见硫酸钡条。
【氯酸钡】化学式Ba(ClO3)2?H2O,式量322.26。无色晶体或白色粉末。溶于水,微溶于乙醇和丙酮。迅速加热或跟碳末、硫、磷、有机物混合撞击会发生爆炸。用做分析试剂、氧化剂、还用于染料工业,绿色焰火和炸药的配制。
【镭】元素符号Ra,原子序数88,原子量226.03。外围电子排布7s2,密度6.0克/厘米3,熔点700℃,沸点<1140℃,位于第七周期第ⅡA族。银白色有光泽的软金属。第一电离能509.37千焦/摩尔,电负性0.9。化学性质活泼,在空气中不稳定,易跟空气中氮气和氧气化合。跟水反应生成氢氧化镭(Ra(OH)2)并放出氢气。溶于稀酸。化学性质跟钡十分相似。镭的氯化物、溴化物、氢氧化物易溶于水,硫酸盐、碳酸盐微溶于水。已知镭有13种同位素,镭-226半衰期最长,为1622年。镭有很强的放射性,衰变时放出α和γ两种射线,并放出大量热(每克镭每小时放热586.18焦尔),裂变生成氡和氦,氡也有放射性。在镭射线照射下,水、氨、氯化氢能分解,氧气能转变成臭氧。硫化锌、硫化钙等碱土金属硫化物,在镭射线的照射激发下能发出浅绿色柔和的磷光。镭射线能破坏动物体,杀死细胞、细菌。利用镭的放射性可治疗癌症,在硫化锌,硫化钙中混入10ppm的镭盐,可制成发光涂料、发光塑料。镭盐跟铍粉的混合制剂,可作中子放射源,用于探测石油资源和岩石的组成。镭在自然界中以化合态存在,主要存在于多种矿物、土壤、矿泉水和海底淤泥中。镭在自然界中分布特别稀少,仅占地壳原子总数的一百亿亿分之八。1898年法国科学家居里夫妇从沥青铀矿中发现镭,居里夫人于1910年从沥青铀矿中制得纯净金属镭。镭的希腊原文是射线。用汞阴极和钯—铱阳极电解氯化镭溶液可得到镭汞剂,然后在氢气中进行热分解制得。
四、第Ⅲ主族
【硼】元素符号B,原子序数5,原子量10.81,外国电子排布式2s22p1,位于第二周期第ⅢA族。天然存在的硼由两种稳定的同位素硼-10(19.78%)和硼-11(80.22%)组成。硼有无定形和结晶形两种单质,无定形硼为棕黑色或黑色粉末;结晶形硼为乌黑色或银灰色有光泽,硬度与金刚石相近。共价半径82皮米,离子半径20皮米,电离势800.0千焦/摩尔,电负性2.0,主要氧化数 3。无定形硼密度2.3克/厘米3,晶形硼密度2.31克/厘米3,熔点2300℃,沸点2550℃。晶态硼已知有八种同素异形体。单质硼晶体是由B-12正二十面体的基本结构单元组成的。结晶硼属于原子晶体,因此,结晶硼的硬度大,熔点、沸点高,化学性质不够活泼。
无定形硼的化学性质比较活泼,室温时在空气中缓慢氧化,700℃以上能燃烧,生成氧化硼B2O3并放出大量的热,常温下跟氟化合生成三氟化硼BF3,加热时跟氯、溴、硫等化合,高温时还与碳、氮或氨反应,分别得到硬度很大的碳化硼B4C、氮化硼(BN);加热时跟水蒸气反应生成氢氧化硼并放出氢气。
硼和氧的亲和力很强,它能从许多金属氧化物或非金属氧化物中夺取氧,所以硼可做还原剂。硼跟某些金属化合生成金属硼化物。硼很难和氢化合。硼不跟盐酸和氢氟酸反应。但可被浓硫酸或浓硝酸氧化
B 3HNO3=H3BO3 3NO2↑
2B 3H2SO4=2H3BO3 3SO2↑
硼跟氢氧化钠溶液反应生成偏硼酸钠并放出氢气
2B 2NaOH 2H2O=2NaBO2 3H2↑
硼跟硅在2000℃以上时反应生成硼化硅。过氧化氢或过硫酸铵能缓慢氧化结晶硼,热浓硝酸和重铬酸钠与硫酸的混合物也能缓慢地氧化晶态硼。上述试剂跟无定形硼反应激烈。跟碱金属碳酸盐和氢氧化物混合共熔时,各种形态的硼都能被完全氧化。由于硼在高温时化性很活泼,因此被用做冶金时的除气剂,煅铁热处理时,硼能增加合金钢的高温强固性。因硼有吸收中子的特性,棒状或条状硼钠在原子反应堆中用做控制棒,由于硼有低密度、高强度和高熔点等特性,可用来制导弹和火箭的结构材料。制发动机启动装置和变压器热断电器。热电偶中也用到硼。用硼、钴、钛、镍可制成耐高温超硬质金属陶瓷。硼在自然界中丰度不大,没有游离态,主要矿物有硼砂和硼镁矿。1808年,英国戴维和法国的盖吕萨克、泰纳、用钾还原硼酸制得硼。通常将三氧化二硼及卤化硼用氢气或活泼金属还原:
将氢气和三溴化硼或三氯化硼的混合气体通过1200~1400℃的钨丝或钽丝可得到硼:
电解熔融的KBF4,可以得到更纯的硼。