Carbonato de Bário: Propriedades, Estrutura Química, Usos
O carbonato de bário é um sal inorgânico de metal de bário, penúltimo elemento do grupo 2 da tabela periódica e pertencente a metais alcalino-terrosos. Sua fórmula química é BaCO 3 e está disponível no mercado como um pó branco cristalino.
Como você consegue isso? O metal de bário é encontrado em minerais, como barita (BaSO 4 ) e whiterite (BaCO 3 ). O branco está associado a outros minerais que subtraem os níveis de pureza de seus cristais brancos em troca de colorações.
Para gerar o BaCO 3 para uso sintético, é necessário eliminar as impurezas do branco, como indicado pelas seguintes reações:
BaCO3 (s, impuro) + 2NH4Cl (s) + Q (calor) => BaCl2 (aq) + 2NH3 (g) + H2O (l) + CO2 (g)
BaCl 2 (aq) + (NH 4 ) 2 CO 3 (s) => BaCO 3 (s) + 2NH 4 Cl (aq)
A barita, no entanto, é a principal fonte de bário, e é por isso que as produções industriais de compostos de bário começam a partir dela. A partir deste mineral, é sintetizado o sulfeto de bário (BaS), produto a partir do qual a síntese de outros compostos e o BaCO 3 levam a :
BaS (s) + Na2CO3 (s) => BaCO3 (s) + Na2S (s)
BaS (s) + CO2 (g) + H2O (l) => BaCO3 (s) + (NH4) 2S (aq)
Propriedades físicas e químicas
É um sólido pulverulento, branco e cristalino. É inodora, sem graça e seu peso molecular é de 197, 89 g / mol. Tem uma densidade de 4, 43 g / mL e uma pressão de vapor inexistente.
Possui índices de refração de 1.529, 1.676 e 1.677. O witherita emite luz quando absorve a radiação ultravioleta: de uma luz branca brilhante com tons azulados a uma luz amarela.
É altamente insolúvel em água (0, 02 g / L) e em etanol. Em soluções ácidas de HCl forma-se o sal solúvel do cloreto de bário (BaCl 2 ), o que explica sua solubilidade nesses meios ácidos. No caso do ácido sulfúrico, precipita como o sal insolúvel BaSO 4 .
BaCO3 (s) + 2HCl (aq) => BaCl2 (aq) + CO2 (g) + H2O (l)
BaCO 3 (s) + H2SO4 (aq) => BaSO4 (s) + CO2 (g) + H2O (l)
Como é um sólido iônico, também é insolúvel em solventes apolares. O carbonato de bário funde a 811 ºC; se a temperatura aumenta por volta de 1380-1400 ºC, o líquido salgado sofre decomposição química em vez de ebulição. Este processo ocorre para todos os carbonatos metálicos: MCO 3 (s) => MO (s) + CO2 (g).
Decomposição térmica
BaCO 3 (s) => BaO (s) + CO2 (g)
Se os sólidos iônicos são caracterizados por serem muito estáveis, por que os carbonatos se decompõem? O metal M altera a temperatura na qual o sólido se decompõe? Os íons que compõem o carbonato de bário são Ba2 + e CO3 2-, ambos volumosos (isto é, com grandes raios iônicos). O CO 3 2- é responsável pela decomposição:
CO 3 2- (s) => O2- (g) + CO2 (g)
O íon óxido (O2-) liga-se ao metal para formar MO, o óxido de metal. O MO gera uma nova estrutura iônica na qual, como regra geral, quanto mais semelhante o tamanho de seus íons, mais estável é a estrutura resultante (entalpia de rede). O oposto ocorre se os íons M + e O2- tiverem raios iônicos muito desiguais.
Se a entalpia de rede para MO é grande, a reação de decomposição é favorecida energeticamente, exigindo temperaturas de aquecimento mais baixas (pontos de ebulição mais baixos).
Por outro lado, se MO possui uma entalpia de rede pequena (como no caso de BaO, onde Ba2 + tem um raio iônico maior que O2-), a decomposição é menos favorecida e requer temperaturas mais altas (1380-1400ºC). Nos casos de MgCO 3, CaCO 3 e SrCO 3, eles se decompõem em temperaturas mais baixas.
Estrutura química
O ânion CO 3 2- tem uma ligação dupla ressoando entre três átomos de oxigênio, dois deles negativamente carregados para atrair o cátion Ba 2+.
Embora ambos os íons possam ser considerados esferas carregadas, o CO 3 2- tem uma geometria no plano trigonal (o triângulo plano desenhado pelos três átomos de oxigênio), possivelmente se tornando uma "almofada" negativa para Ba2 +.
Esses íons interagem eletrostaticamente para formar um arranjo cristalino do tipo ortorrômbico, sendo as ligações predominantemente iônicas.
Nesse caso, por que o BaCO 3 não é solúvel em água? A explicação é baseada simplesmente no fato de que os íons são melhor estabilizados na rede cristalina, do que hidratados por camadas esféricas moleculares de água.
De outro ângulo, as moléculas de água acham difícil superar as fortes atrações eletrostáticas entre os dois íons. Dentro dessas redes cristalinas, elas podem conter impurezas que dão cor aos seus cristais brancos.
Usos
À primeira vista, uma porção do BaCO 3 pode não prometer qualquer aplicação prática na vida diária, mas se você olhar para um cristal de mineral branco, branco como leite, a razão para sua demanda econômica começa a fazer sentido.
É usado para fazer óculos de bário ou como um aditivo para fortalecê-los. Também é usado na fabricação de óculos ópticos.
Devido à sua grande entalpia de rede e insolubilidade, é utilizado na fabricação de diferentes tipos de ligas, borrachas, válvulas, revestimentos de pisos, tintas, cerâmicas, lubrificantes, plásticos, graxas e cimentos.
Da mesma forma, é usado como veneno para ratos. Em suma, este sal é usado para produzir outros compostos de bário e, portanto, servem como materiais para dispositivos eletrônicos.
O BaCO 3 pode ser sintetizado como nanopartículas, expressando em escalas muito pequenas novas propriedades interessantes de whiterite. Essas nanopartículas são usadas para impregnar superfícies metálicas, especificamente catalisadores químicos.
Verificou-se que melhora os catalisadores de oxidação e, em certa medida, favorece a migração de moléculas de oxigénio através da sua superfície.
Eles são considerados ferramentas para acelerar os processos nos quais os oxigênios são incorporados. E, finalmente, eles são usados para sintetizar materiais supramoleculares.
Riscos
O BaCO 3 é venenoso por ingestão, causando uma infinidade de sintomas desagradáveis que levam à morte por insuficiência respiratória ou parada cardíaca; Por essa razão, não é recomendado o transporte com mercadorias comestíveis.
Causa vermelhidão nos olhos e pele, além de tosse e dor de garganta. É um composto tóxico, embora facilmente manipulado com as mãos desprotegidas, se a ingestão for evitada a todo custo.
Não é inflamável, mas a altas temperaturas se decompõe formando BaO e CO 2, produtos tóxicos e oxidantes que podem queimar outros materiais.
No organismo, o bário é depositado nos ossos e outros tecidos, suplantando o cálcio em muitos processos fisiológicos. Também bloqueia os canais pelos quais os íons K + viajam, impedindo sua difusão através das membranas celulares.
