Barium

Barium – Chemie

Hast du dich schon einmal gefragt, wie der grüne Farbton beim Silvesterfeuerwerk zustande kommt? Mit dem Element Barium kannst du eine grüne Flammenfärbung bei einem Feuerwerk erzeugen. Welche Besonderheiten hat Barium noch und wo wird Barium verwendet? Im folgenden Text werden die Eigenschaften, Reaktionen und Verbindungen sowie das Vorkommen des chemischen Elements Barium vorgestellt.

Was ist Barium? – Definition

Einfach erklärt befindet sich das Element Barium mit dem Formelzeichen $\ce{Ba}$ in der zweiten Hauptgruppe und sechsten Periode des Periodensystems der Elemente. Es gehört somit zu den Erdalkalimetallen. Schauen wir uns zunächst ein paar grundlegende Fragen zum Barium an:

• Wie viele Protonen und Schalen hat das Element Barium?
  Mit der Ordnungszahl 56 hat Barium 56 Protonen und Elektronen sowie sechs besetzte Elektronenschalen.
• Und was ist die Atommasse des Elements Barium?
  Die Atommasse von Barium beträgt 137,3 u.
• Und wie viele Außenelektronen hat das Element Barium?
  Barium hat zwei Außenelektronen.
• Ist Barium radioaktiv?
  Natürliches Barium besteht aus einem Gemisch von sieben stabilen Isotopen. Daneben sind 24 weitere künstliche, radioaktive Isotope bekannt. Diese weisen ganz unterschiedliche Eigenschaften auf. Barium-137 ($\ce{^137Ba}$) ist stabil, das radioaktive Barium-144 ($\ce{^144Ba}$) hat eine Halbwertszeit von $\pu{11,5 s}$.
• Und welche Eigenschaften hat das Element Barium?
  Diese findest du detailliert im nächsten Abschnitt.

Die Eigenschaften von Barium

Ist Barium edel? Nein, Barium ist ein unedles, silberglänzendes Metall. Was ist die Siedetemperatur von Barium und wie ist seine Härte? Das und weitere wichtige Eigenschaften des Elements Barium kannst du aus dem Steckbrief entnehmen:

Barium in der Natur

Das Element Barium hat ein Vorkommen von 0,03 Gew.-% in der Erdkruste und steht damit an 14. Stelle der Elementhäufigkeiten. Es kommt jedoch nie elementar, sondern immer in Verbindungen vor. Zwei wichtige Bariumminerale sind Baryt, auch Schwerspat genannt (Bariumsulfat $\ce{BaSO4}$) und Witherit (Bariumcarbonat $\ce{BaCO3}$). Barium in der belebten Natur finden wir beispielsweise in Paranüssen. Diese können einen Gehalt von bis zu 1 % Barium aufweisen. Auch sind Bariumionen für das Wachstum von Zieralgen überlebensnotwendig. Diese lagern winzige $\ce{BaSO4}$-Kristalle ein. Aber Achtung: Wasserlösliche Bariumverbindungen sind giftig und auch Barium in der Luft in Form verschiedenster Bariumverbindungen hat schädliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Es kann zu Lähmungserscheinungen, Bluthochdruck, Herzrhythmusstörungen bis hin zum Tod führen.

Wer hat das Element Barium gefunden? – Entdeckung und Geschichte von Barium

Im Jahr 1774 konnten die Chemiker Carl Wilhelm Scheele und Johan Gottlieb Gahn die Verbindung Bariumoxid $(\ce{BaO})$ isolieren. Im Jahr 1808 gelang dann durch den Chemiker Humphry Davy die Darstellung von metallischem Barium (unreine Form). Er führte dafür eine Elektrolyse aus Bariumoxid mittels einer Quecksilberkathode und nachfolgender Abdestillation des Quecksilbers aus dem erhaltenen Amalgam durch. Erst im Jahr 1901 gewann der Chemiker A. Güntz erstmals reines Barium durch Reduktion von Bariumoxid mit Aluminium.

Herstellung von Barium

Die Gewinnung und Darstellung von Barium kann über die Reduktion von Bariumoxid $(\ce{BaO})$ mit Aluminium $(\ce{Al})$ durchgeführt werden. Es handelt sich um eine stark exotherme Reaktion. Das Bariumoxid $(\ce{BaO})$ kann über die Reduktion von Bariumcarbonat $(\ce{BaCO3})$ mit Kohlenstoff $(\ce{C})$ hergestellt werden. Alternativ kann Bariumnitrat $(\ce{Ba(NO3)2})$ unter hoher Temperatur zu Bariumoxid $(\ce{BaO})$ zersetzt werden. Die Reaktionsgleichungen dazu kannst du hier sehen:

$\text{Reduktion von Bariumcarbonat:} \quad \ce{BaCO3 + C -> BaO + 2CO}$

oder $ \text{Zersetzung von Bariumnitrat: } \quad \ce{2Ba(NO3)2 ->[\Delta T] 2 BaO + 4 NO2 + O2}$

$ \text{Reduktion von Bariumoxid: } \quad \ce{3BaO + 2Al -> Al2O3 + {\color{Orange}3 Ba}}$

Letztere Reaktion ist stark exotherm und gehört zu den aluminothermischen Verfahren, die auch für die Gewinnung anderer Metalle in technischen Prozessen angewendet werden.

Reaktionen von Barium

Womit reagiert das Element Barium? In der folgenden Liste sind einige Reaktionen gezeigt.

• Reaktion mit Sauerstoff: $\ce{\underset{Barium}{2Ba}+ \underset{Sauerstoff}{O2}-> \underset{Bariumoxid}{2BaO}}$

• Reaktion mit Stickstoff: $\ce{\underset{Barium}{3Ba}+ \underset{Stickstoff}{N2}-> \underset{Bariumnitrid}{Ba3N2}}$

• Reaktion mit Wasser: $\ce{\underset{Barium}{Ba}+ \underset{Wasser}{2H2O}-> \underset{Bariumhydroxid}{Ba(OH)2} + \underset{Wasserstoff}{H2} }$

• Reaktion mit Säuren: $\ce{\underset{Barium}{Ba}+ \underset{Salzsäure}{2HCl}-> \underset{Bariumchlorid}{BaCl2} + \underset{Wasserstoff}{H2} }$

• Reaktion mit konzentrierter Schwefelsäure:

  $\ce{\underset{Barium}{Ba}+ \underset{Schwefelsäure}{H2SO4}-> \underset{Bariumoxid}{BaO}}$

Bei der Reaktion von Barium mit konzentrierter Schwefelsäure wird Barium zu Bariumoxid oxidiert. Dieser Vorgang heißt Passivierung.

Verbindungen von Barium

Welche Verbindungen mit Barium gibt es? Und wie entstehen diese Verbindungen? Im folgenden Abschnitt kannst du verschiedene Reaktionen und die dabei entstehenden Verbindungen mit Barium sehen.

• Bariumsulfid:
  

  $\ce{\underset{Bariumsulfat}{BaSO4}+ \underset{Kohlenstoff}{2C}-> {\color{Orange}\underset{\text{Bariumsulfid}}{\text{BaS}}} + \underset{Kohlenstoffdioxid}{2CO2}}$

• Bariumhydroxid:
  

  $\ce{\underset{Bariumsulfid}{BaS}+ \underset{Wasser}{2H2O}-> {\color{Orange}\underset{\text{Bariumhydroxid}}{\ce{Ba(OH)2}}} + \underset{Schwefelwasserstoff}{H2S}}$

  
  
  

  $\ce{\underset{Bariumoxid}{BaO}+ \underset{Wasser}{2H2O}-> {\color{Orange}\underset{\text{Bariumhydroxid}}{\ce{Ba(OH)2}}}}$
  
  

  $\ce{CO2}-\text{Nachweis:} \quad \ce{\underset{Bariumhydroxid}{Ba(OH)2}+ \underset{Kohlenstoffdioxd}{CO_2} -> \underset{Bariumcarbonat}{BaCO_3} + \underset{Wasser}{H_2O}}$

• Bariumchlorid:
  $\ce{\underset{Bariumsulfid}{BaS}+ \underset{Salzsäure}{2HCl}-> {\color{Orange}\underset{\text{Bariumchlorid}}{\text{BaCl}_2}} + \underset{Schwefelwasserstoff}{H2S}}$
  
  $ \text{Sulfatnachweis:} \quad \ce{\underset{Bariumchlorid}{BaCl2}+ \underset{Sulfation}{SO4^{2-}}-> \underset{Bariumsulfat}{BaSO4 v} + \underset{Chlorid-Ion}{2Cl-}}$

• Bariumnitrat:
  
  $ \ce{\underset{Bariumoxid}{BaO}+ \underset{Salpetersäure}{2HNO3}-> {\color{Orange}\underset{\text{Bariumnitrat}}{\ce{Ba(NO3)2}}} + \underset{Wasser}{H2O}}$

• Barium geht als sehr reaktives Element auch viele weitere Verbindungen ein. So gibt es beispielsweise Bariumnitrit, Bariumphosphat, Bariumperoxid, Bariumacetat oder Bariumfluorid.

Verwendung von Barium

Und wofür wird das Element Barium verwendet? Hier in der Übersicht kannst du sehen, wozu das Element Barium eingesetzt wird.

• Die Verbindung Bariumsulfat $(\ce{BaSO4})$ findet Verwendung in Kontrastmitteln und beim Einsatz von Öl- und Gasbohrungen.
• Lithopone (Gemisch aus Bariumsulfat $(\ce{BaSO4})$ und Zinksulfid $(\ce{ZnS})$) wird als weißes Pigment verwendet.
• Verwendung von Barium als Gettermaterial in Elektronenvakuumröhren. Dort wird es aufgrund seiner hohen Reaktivität eingesetzt, um noch verbliebene Gasmoleküle, die das Vakuum stören, einzufangen.
• Einsatz von Bariumnitrat $(\ce{Ba(NO3)2})$ bei Feuerwerken für Grünfeuer. Dabei entsteht neben $\ce{BaO}$ die Verbindung $\ce{Ba3N2}$.

Dieses Video

In diesem Video lernst du das Element Barium kennen. Das chemische Zeichen für Barium lautet $\ce{Ba}$. Barium zählt zu den Erdalkalimetallen und befindet sich im PSE in der zweiten Hauptgruppe. Du kannst nun mithilfe der Dichte herausfinden, wie viel Barium wiegt. Außerdem hast du Reaktionen und Verbindungen mit Barium kennengelernt. Barium findet beispielsweise Anwendung in Kontrastmitteln, als weißes Pigment oder in Feuerwerken als Grünfeuer.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben zum Element Barium, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!