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El nombre bario proviene de la palabra griega “βαρύς” que significa “pesado”. En inglés, se llama “barium”. Este elemento químico pertenece al grupo 2 (IIA), al bloque s y al 6º período de la tabla periódica de los elementos. El número atómico del bario es 56, y su símbolo es Ba. El bario tiene una rica historia y una multitud de aplicaciones prácticas. Este metal alcalinotérreo se utiliza a menudo en la industria para la producción de pigmentos, cerámicas, vidrios y aleaciones metálicas.
En 1774, Carl Wilhelm Scheele descubrió el óxido de bario en minerales de dióxido de manganeso. El óxido de bario es un polvo que tiene propiedades similares a las de la cal. Más tarde, en 1808, Sir Humphry Davy, un científico británico, logró aislar el bario metálico utilizando electrólisis. Este proceso formó una aleación metálica (amalgama) de mercurio y bario. El resultado fue luego arrastrado en naftaleno para eliminar el mercurio y dejar solo el bario metálico puro. El naftaleno es una sustancia que se parece a la cera. Se utiliza para eliminar el mercurio de la amalgama. Finalmente, el bario metálico se extrae en forma de depósito metálico.
En 1841, Robert Hare y Robert Bunsen lograron obtener bario metálico en mayor cantidad. Robert Hare utilizó el deflagrador, que permitió obtener bario metálico a baja temperatura. Por su parte, Robert Bunsen obtuvo bario metálico utilizando una temperatura elevada para provocar la reducción del cloruro de bario en bario metálico. El método de Bunsen es más práctico para la producción a gran escala de bario metálico. En 1901, Antoine Guntz realizó una etapa de purificación de las amalgamas de bario obtenidas por Hare y Bunsen. Las amalgamas fueron calentadas en hidrógeno, permitiendo así eliminar las impurezas en las amalgamas de bario. Luego utilizó una bomba de vacío para eliminar el hidrógeno que se había formado durante la reacción de calentamiento. Tras este proceso, Antoine Guntz logró obtener amalgamas de bario con un nivel de pureza más
Existen 40 isótopos conocidos del bario con un número másico que va de 114 a 153, así como 10 isómeros nucleares. Entre ellos, seis isótopos son estables y no se desintegran espontáneamente en otros elementos. Se trata de los isótopos 132Ba, 134Ba, 135Ba, 136Ba y 137Ba. El séptimo isótopo, el 130Ba, es teóricamente inestable, pero con baja radiactividad. Desde su creación durante explosiones de supernovas, menos de un núcleo de cada cien mil millones ha sufrido una descomposición radiactiva. Por lo tanto, se considera estable. Se trata de un radioisótopo primordial que ya existía en el universo antes de la formación de la Tierra. Se desintegra por una doble captura electrónica, que implica la absorción de dos electrones y la emisión de dos neutrinos. La vida media de esta desintegración es larga, entre 0,5 y 2,7 × 1021 años, aproximadamente 100 mil millones de veces la edad del Universo. La inestabilidad de este isótopo se descubrió en 2009 gracias a métodos geoquímicos, al detectar la presencia de su isótopo-hijo, el xenón 130, en las rocas.
El bario más abundante es el isótopo 138Ba, que representa el 71,70% de todo el bario natural. A continuación, el isótopo 137Ba representa el 11,23% del bario natural, seguido del isótopo 136Ba (7,85%), el isótopo 135Ba (6,59%) y el isótopo 134Ba (2,42%). Los isótopos 132Ba y 130Ba son mucho menos abundantes, representando cada uno solo el 0,1% del bario natural. La masa atómica estándar atribuida al bario es de 137,327(7) u.
El bario es un metal alcalinotérreo que es blando y tiene un color plateado. Tiene un punto de fusión de 850 °C. El bario se encuentra en la naturaleza en diferentes formas minerales, especialmente la norsethita BaMg(CO3)2, la baritina BaSO4, la sanbornita BaSi2O5, la benstonita (Ba,Sr)6(Ca,Mg,Mn)7(CO3)13 y la witherita BaCO3. El bario reacciona inmediatamente con el oxígeno cuando se expone al aire, para formar compuestos. Por lo tanto, no existe en forma pura. El protóxido de bario, también llamado barita o barita anhidra, es un compuesto químico que se forma cuando el bario reacciona con el oxígeno.
El bario está presente de manera natural en la corteza terrestre. Es relativamente abundante, representando aproximadamente el 0,04% de la composición total de la corteza terrestre. Su concentración media varía de 10 a 425 mg/kg, situándolo en el 16º puesto en términos de abundancia entre los elementos no gaseosos. Las concentraciones de bario en el carbón pueden alcanzar 3.000 mg/kg.
El bario forma sales con varios ácidos. Las sales de bario solubles en agua incluyen el silicato, el cloruro, el acetato, el hidróxido, el tiocianato, el cianuro, el nitrato y el óxido. Los halogenuros también están incluidos en la lista, a excepción del fluoruro. Por otra parte, algunas sales de bario tienen baja hidrosolubilidad. Incluyen el carbonato, el oxalato, el citrato, el fluoruro, el arseniato y el tartrato, pero son solubles en ácidos.
El bario metálico es reactivo y oxidable: reacciona fácilmente con el oxígeno presente en el aire para formar óxidos de bario. El bario metálico puede ser inestable y peligroso de manipular, ya que puede incendiarse espontáneamente en contacto con el aire. Por eso solo se utiliza bajo película protectora, es decir, se almacena bajo una capa de gas inerte como argón o neón para evitar cualquier contacto con el aire. El bario metálico también se utiliza para absorber los gases residuales presentes en los tubos catódicos, y para detectar la presencia de aire en los captores solares.
Las sales de bario en pequeña cantidad están presentes en algunas aplicaciones como el papel fotográfico (cloruro de bario) para producir una imagen nítida, o los lubricantes (sulfonato de bario) para mejorar su resistencia al calor.
Los silicatos de bario están presentes en cerámicas, vidrios, porcelanas y esmaltes. A menudo se utilizan en la industria como agentes de blanqueamiento óptico en textiles y papeles, así como en la producción de vidrio. Resultan de los compuestos de bario:
El bario está presente en los vidrios debido a sus propiedades ópticas y físicas. Puede aumentar la absorción de rayos X, rayos gamma y el índice de refracción, ofreciendo al mismo tiempo una imagen clara y nítida. El sulfato de bario actúa como opacificante en los vidriados de cerámica debido a su alta densidad. Cuando la temperatura de cocción del vidriado es demasiado baja, el sulfato de bario puede precipitar en forma de grandes cristales brillantes o pequeños cristales opacos. Por lo tanto, la apariencia y la textura de la superficie vitrificada pueden verse afectadas.
Cuando se calienta, el bario da un color verde manzana a la llama. Sirve como colorante en los fuegos artificiales debido a esta particularidad.
En radiología, el bario se utiliza para hacer visibles las estructuras internas del cuerpo en las imágenes radiográficas. Para evitar los riesgos de toxicidad, se administra en forma de sulfato insoluble.
El sulfato de bario (BaSO4) se añade a menudo como aditivo en los lodos de perforación debido a su alta densidad (4,5 g/cm3) y su baja solubilidad en agua. Así, es posible aumentar su densidad sin aumentar su volumen o su viscosidad.
El titanato de bario, o BaTiO3, es un material cerámico que posee propiedades piezoeléctricas. Puede convertir la energía eléctrica en energía mecánica, y viceversa. Esta propiedad es útil para la fabricación de dispositivos electrónicos como sensores, actuadores y condensadores.
El beta-borato de bario o BBO pertenece a la clase de los cristales de tetraborato, que poseen una estructura cristalina ortorrómbica. Se utiliza en óptica no lineal, debido a su estructura que le permite generar haces luminosos a frecuencias específicas.
El sulfato de bario y otros compuestos de bario se explotan en la industria de la pintura para mejorar la blancura, la opacidad y la durabilidad de las pinturas y los barnices. El litopón (mezcla de sulfuro de zinc y sulfato de bario) es un pigmento blanco comúnmente encontrado en pinturas y tintas. Los silicatos de bario y cobre también servían como pigmentos para la pintura en China desde hace siglos.
La baritina, o sulfato natural de bario, es un elemento esencial en la fabricación de hormigón capaz de interceptar las radiaciones ionizantes. Este material de construcción compuesto se utiliza en instalaciones nucleares y de radiología para proteger a los trabajadores y al medio ambiente contra las radiaciones.
El bario metálico reacciona violentamente con el agua para producir hidrógeno gaseoso e hidróxido de bario, como se indica en la ecuación:
Ba + 2 H2O → H2 + Ba(OH)2
Cuando se expone al agua, forma hidróxido de bario, también llamado barita hidratada, que es muy tóxico. Los solventes oxidantes, como el peróxido de hidrógeno, pueden reaccionar con el bario para formar oxígeno y agua y causar una explosión. Los solventes que contienen enlaces oxígeno-nitrógeno, como la isoxazolidina, pueden reaccionar con el bario para formar compuestos inestables y explosivos. Los solventes ácidos (alcoholes, fenoles, amoníaco, aminas, ácidos carboxílicos, amidas y tioles) y los halogenuros de hidrógeno pueden reaccionar con el bario para formar sales de bario tóxicas o explosivas. En general, el bario debe manipularse con precaución debido a su gran reactividad con muchos solventes y oxidantes. Solo los compuestos insolubles como el sulfato y los silicatos inofensivos.
El bario, en forma de sal, puede disolverse fácilmente en agua. Una vez absorbido, puede degradarse, disolverse en la sangre y distribuirse por todo el cuerpo. Una gran parte de este metal blanco plateado se acumula en los huesos, donde puede fijarse a la estructura ósea. Esta incorporación puede provocar efectos tóxicos en la salud animal, una hipótesis confirmada por el estudio del Instituto Nacional de Investigación y Seguridad. En efecto, los ratones, las ratas y los conejos expuestos regularmente al bario desarrollaron un hígado más grande y un mayor número de muertes.
La dosis sin efecto tóxico observable (NOAEL) puede variar en función de la cronicidad, el tipo de sal de bario, la dosis y la duración de la exposición.
La intoxicación por bario causa diversos síntomas, incluyendo dolores abdominales, náuseas, vómitos, diarrea, dificultades respiratorias, hipertensión arterial, convulsiones y mareos. Los efectos a largo plazo pueden incluir daños permanentes a órganos como el corazón, los riñones y el hígado, así como trastornos neurológicos como la parálisis y la pérdida de memoria. Sin tratamiento, la intoxicación por bario puede causar la muerte.
El bario está principalmente presente en el agua y en ciertos minerales. Sin embargo, las nueces (nueces de Brasil, anacardos, nueces pecanas y avellanas) pueden contener una cantidad significativa de bario.
Para aislar el bario de la matriz de su entorno, a menudo es necesaria una digestión utilizando ácido nítrico o ácido clorhídrico. El centro de expertise en análisis ambiental de Quebec utiliza técnicas de análisis químico avanzadas que permiten la detección de trazas de elementos en muestras complejas. El ICP-MS (espectrometría de masas con plasma inducido por acoplamiento inductivo) se utiliza para los análisis en la carne de pescados y pequeños invertebrados. El ICP-OES (espectrometría de emisión óptica con plasma inducido por acoplamiento inductivo) se elige para los análisis en el agua.
Los sarros de sulfato de bario pueden formarse en las tuberías y válvulas de las perforaciones petrolíferas y gasíferas profundas. Son especialmente difíciles de disolver. El sarro puede obstruir las tuberías y dañar las válvulas de seguridad. Para prevenir su formación, pueden añadirse aditivos llamados inhibidores de sarro, como los poliacrilatos orgánicos o inorgánicos. La investigación actual en química verde busca producir inhibidores de sarro que sean biodegradables y no dañen los metales de las tuberías y válvulas. Además, estos inhibidores deben ser eficaces contra diferentes tipos de sarros, como los a base de sulfuro de zinc, de plomo, de carbonato o de sulfato de calcio, que también se pueden encontrar en ciertas perforaciones profundas.
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