باریم کربنات

باریم کربنات

1-مقدمه

کربنات باریم یک ترکیب معدنی با فرمول شیمیایی BaCO3 می باشد. مانند اکثر کربنات‌ های فلزات قلیایی خاکی، نمکی سفید رنگ است که در آب به مقدار بسیار کمی حل می‌شود. این ماده معدنی به نام ویتریت در طبیعت وجود دارد و از نظر تجاری یکی از مهم ترین ترکیبات باریم است.

منظور از فلزات قلیایی خاکی, شش عنصر موجود در گروه دوم جدول تناوبی می باشد که شامل برلیم، منیزیم، کلسیم، استرانسیم، باریم و رادیوم می باشد. عناصر این دسته دارای خواص بسیار مشابهی هستند: همه آن ها فلزات براق، نقره ای-سفید و تا حدودی واکنش پذیر در دما و فشار استاندارد هستند. از نظر ساختاری، دارای یک اوربیتال s بیرونی هستند که پر است, یعنی این اوربیتال به صورت کامل حاوی دو الکترون است که فلزات قلیایی خاکی به آسانی آن ها را از دست می دهند و کاتیون‌هایی با بار 2+ و حالت اکسیداسیون 2+ تشکیل می‌دهند که همراه با آنیون هایی مانند کربنات که 2- است فرمولی مشابه آنچه بالاتر گفته شد را رقم می زنند. تمام فلزات قلیایی خاکی کشف شده, در طبیعت وجود دارند.
در شیمی، کربنات نمکی از اسید کربنیک (H2CO3) است که با حضور یون کربنات، یک یون چند اتمی با فرمول -CO2  مشخص می شود. این نام ممکن است به یک استر کربنات، یک ترکیب آلی حاوی گروه کربنات نیز اشاره داشته باشد. این اصطلاح همچنین به عنوان یک فعل برای توصیف کربناسیون استفاده می شود: فرآیند افزایش غلظت یون های کربنات و بی کربنات در آب برای تولید آب گازدار و سایر نوشیدنی های گازدار که با افزودن گاز دی اکسید کربن تحت فشار یا با حل کردن کربنات یا نمک های بی کربنات صورت می گیرد. یون کربنات، ساده ترین آنیون اکسو کربن است. این یون شامل یک اتم کربن است که توسط سه اتم اکسیژن احاطه شده است، در یک آرایش مسطح مثلثی، با تقارن مولکولی D3h. این آنیون باز مزدوج یون هیدروژن کربنات (بی کربنات)، HCO-3 است که باز مزدوج H2CO3، اسید کربنیک است.
ساختار لوئیس یون کربنات دارای دو پیوند منفرد (طولانی) به اتم‌های اکسیژن منفی و یک پیوند دوگانه کوتاه به یک اکسیژن خنثی است. در شکل زیر در کنار یون باریم نشان داده شده است.

نکته ای که در کارهای بسیار حساس آزمایشگاهی بایستی به آن توجه نمود، انحلال این نمک می باشد. انحلال این محصول سبب آزاد شدن یون کربنات می شود. این یون می تواند خاصیت بافری داشته باشد. همانطور که  به عنوان یک بافر در خون عمل می کند و pH خون را با گاز های تنفسی, در یک بازه قرار می دهد تا خیلی بالا و پایین نشود و سلامتی را به خطر نیاندازد. هنگامی که PH پایین است، غلظت یون های هیدروژن بسیار زیاد است، بنابراین CO2 بازدم می شود. این باعث می‌شود که معادله به چپ تغییر کند، اساساً غلظت یون‌های +H  را کاهش می‌دهد و باعث pH بازی تر می‌شود. هنگامی که PH بیش از حد بالا باشد، غلظت یون هیدروژن در خون بسیار کم است، بنابراین کلیه ها بی کربنات را دفع می کنند. این امر  باعث می‌شود که معادله به سمت راست تغییر کند و اساساً غلظت یون‌های هیدروژن را افزایش داده و باعث pH اسیدی‌تر شود. 
واکنش هایی که در بالا به آنها اشاره شد که به سمت چپ یا راست می روند, سه واکنش برگشت پذیر تعادلی pH زیر می باشند.

وجود این یون در محلول برای کارهای آزمایشگاهی که به pH حساس هستند بایستی در نظر گرفته شود.

2-تاریخچه

اسید کربنیک برای اولین بار توسط دکتر براونریگ در حدود سال 1757 کشف شد (منبع کربنات) و باریم اولین بار در سال 1774 توسط کارل شیل شناسایی شد و در سال 1808 توسط سر همفری دیوی در انگلستان استخراج شد. در نتیجه نمک باریم کربنات احتمالا بعد از این سال ها و در حدود 200 سال است که شناخته شده است.

3-کاربردها

1-3-پیش ساز

عمدتاً برای حذف ناخالصی‌های سولفات از مواد اولیه فرآیند کلر-آلکالیل استفاده می‌شود.در غیر این صورت یک پیش ساز رایج برای ترکیبات حاوی باریم مانند فریت ها است.

2-3-سرامیک

کربنات باریم به طور گسترده در صنعت سرامیک به عنوان یک ماده در لعاب استفاده می شود. این ماده به عنوان یک عامل مات کننده و متبلور کننده عمل می کند و با اکسیدهای رنگی خاصی ترکیب می شود تا رنگ های منحصر به فردی تولید کند که خاص هستند و به راحتی با مواد و رنگ های دیگر قابل دستیابی نیستند. استفاده از آن تا حدودی بحث برانگیز است زیرا برخی ادعا می کنند که می تواند از لعاب به غذا و نوشیدنی نفوذ کند. برای ارائه یک وسیله استفاده ایمن، BaO اغلب به شکل خرد شده استفاده می شود.

3-3-آجر و سفال

در صنایع آجر، کاشی و سفال، کربنات باریم به رس (که ماده اولیه است) اضافه می شود تا نمک های محلول (سولفات کلسیم و سولفات منیزیم) را رسوب دهد و یکپارچگی بافت را ثمر دهد.

4-واکنش ها

کربنات باریم می تواند با اسید هایی مانند اسید کلریدریک واکنش نشان دهد و نمک های باریم مانند کلرید باریم را تشکیل می دهد:

تجزیه در اثر حرارت کربنات باریم اکسید باریم می دهد.

5-روش تولید

یکی از راه های تولید این محصول به صورت تجاری, استفاده از سولفید باریم و با استفاده از کربنات سدیم در دمای 60 تا 70 درجه سانتیگراد (روش خاکستر سودا) یا همراه دی اکسید کربن در دمای 40 تا 90 درجه سانتیگراد سنتز می شود: 
در این فرآیند ، محلول آبی سولفید باریم با کربنات سدیم واکنش داده می شود:

6-تحقیقات جدید

با پیشرفت علم و ترکیب شدن شاخه های مختلف علوم با یکدیگر, در بسیاری از مقاله ها و پژوهش های اخیر به بحث نانو پرداخته شده است. علم شیمی نیز یکی از علوم نزدیک به علم نانو است که پژوهش های بسیاری اعم از روش های سنتز, کاربردهای مختلف, تصفیه و غیره را برای مواد نانو انجام داده است. در همین زمینه پژوهشی تحت عنوان "سنتز نانوذرات باریم کربنات به روش هم رسوبی در دمای اتاق" در كنگره سراميك ايران مورد بررسی و ارائه قرار گفته است که روش سنتزی را برای نمک باریم کربنات مطرح کرده اند که منجر به سنتز محصول در ابعاد نانو می شود.

7-روش نگهداری

این جامد نمکی فاقد خاصیت آتش گیری است و واکنش پذیری نسبتا کمی دارد اما برای سلامتی انسان مضر می باشد, لذا نگهداری آن بایستی در ظرف در بسته صورت گیرد تا از پخش شدن آن در محیط جلوگیری شود.
نکته ی دیگر آن است که نگهداری این ماده در نزدیکی اسیدها, مخصوصا هیدروکلریک اسید توصیه نمی شود, لذا این ماده با اسید واکنش می دهد( به قسمت واکنش رجوع کنید)  و به ماده ی دیگری تبدیل شده و خلوص خود را از دست می دهد.

8-ایمنی

کربنات باریم برای سلامتی مضر است. این ترکیب اثر تحریک‌کننده‌ای روی غشاهای مخاطی دارد و منجر به اختلالات عملکردی در سیستم عصبی مرکزی و محیطی، فلج عضلانی، ناراحتی گوارشی و اختلالات قلبی عروقی و ریوی می‌شود لذا هنگام کار با این ماده بایستی حتما با ماسک و دستکش ایمنی کار کرد.