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Baryum

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Baryum
Image illustrative de l’article Baryum
Échantillon de baryum.
CésiumBaryumLanthane
Sr
 Structure cristalline cubique centrée
 
56
Ba
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  
                      
Ba
Ra
Tableau completTableau étendu
Position dans letableau périodique
SymboleBa
NomBaryum
Numéro atomique56
Groupe2 (IIA)
Période6e période
BlocBloc s
Configuration électronique[Xe] 6s2
Électrons parniveau d’énergie2, 8, 18, 18, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique137,327 ± 0,007 u
Rayon atomique(calc)215 pm (253 pm)
Rayon de covalence215 ± 11 pm[1]
État d’oxydation2
Électronégativité(Pauling)0,89
OxydeBase forte
Énergies d’ionisation[2]
1re :5,211 664 eV2e :10,003 83 eV
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
130Ba0,106 %(0,5-2,7)×1021 a2,620130Xe
132Ba0,101 %stable avec 76neutrons
133Ba{syn.}10,53 aε0,517133Cs
134Ba2,417 %stable avec 78neutrons
135Ba6,592 %stable avec 79neutrons
136Ba7,854 %stable avec 80neutrons
137Ba11,23 %stable avec 81neutrons
138Ba71,7 %stable avec 82neutrons
Propriétés physiques ducorps simple
État ordinaireSolide (paramagnétique)
Masse volumique3,62 g·cm-3 (20 °C)[3]
Système cristallinCubique centré
Dureté(Mohs)1,25
CouleurBlanc-argenté
Point de fusion727 °C[3]
Point d’ébullition1 897 °C[3]

1 637 °C[4]

Enthalpie de fusion7,75 kJ·mol-1
Enthalpie de vaporisation140 kJ·mol-1 (1 atm,1 897 °C)[3]
Volume molaire38,16×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur0,001 3 mbar (547 °C)[4]
Vitesse du son1 620 m·s-1 à20 °C
Chaleur massique204 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique10×106 S·m-1
Conductivité thermique18,4 W·m-1·K-1
Divers
No CAS7440-39-3[5]
No ECHA100.028.317
No CE231-149-1
Précautions
SGH[6]
SGH02 : InflammableSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Danger
H261,H315,H319,H335,P231,P232,P261,P305,P338,P351 etP422
H261 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables
H315 : Provoque une irritation cutanée
H319 : Provoque une sévère irritation des yeux
H335 : Peut irriter les voies respiratoires
P231 : Manipuler sous gaz inerte.
P232 : Protéger de l’humidité.
P261 : Éviter de respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols.
P305 : En cas de contact avec les yeux :
P338 : Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.
P351 : Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes.
P422 : Stocker le contenu sous …
SIMDUT[7]
B6 : Matière réactive inflammableD2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques
B6,D2B,
B6 : Matière réactive inflammable
D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques

Divulgation à 1,0 % selon les critères de classification
Transport[4]
Code Kemler :
423 : matière solide réagissant avec l'eau en dégageant des gaz inflammables
Numéro ONU :
1400 : BARYUM
Classe :
4.3
Étiquette :
pictogramme ADR 4.3
4.3 : Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables
Emballage :
Groupe d'emballageII : matières moyennement dangereuses ;

Unités duSI &CNTP, sauf indication contraire.
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Lebaryum est l'élément chimique denuméro atomique 56, desymbole Ba.Le motbaryum — en anglais :barium — a été forgé à partir dugrecβαρύς (« lourd »).

Historique

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L'oxyde de baryum avait été découvert en1774 dans des minerais dedioxyde de manganèse parCarl Wilhelm Scheele, qui reconnut que cette poudre avait des propriétés analogues à celles de lachaux, notamment une affinité pour l'eau. L'AnglaisHumphry Davy a le premier isolé le baryum métallique par électrolyse (1808) : ayant confectionné une capsule de carbonate de baryum par déshydratation, il y ficha une électrode en platine et la remplit demercure pour former l'anode. Sous l'action d'une pile électrique, il se forma unamalgame qui, par entraînement aunaphtalène, laissa au fond du tube un dépôt métallique de baryum.

Robert Hare (1841) etRobert Bunsen ont obtenu le baryum métallique en plus grande quantité que Davy parélectrolyse duchlorure de baryum : Hare à basse température[8], avec une pile galvanique de forte puissance (qu'il appelait « déflagrateur ») ; Bunsen avec une solution saturée de chlorure de baryum maintenue à100 °C dans laquelle plongeait une cathode de platine amalgamée.

Antoine Guntz (1901) a purifié les amalgames de baryum obtenus jusque-là en les chauffant dans l'hydrogène et en éliminant l'hydrogène grâce à unepompe à vide[9].

Isotopes

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Article détaillé :Isotopes du baryum.

Le baryum possède 40 isotopes connus de nombre de masse variant entre 114 et 153, et 10 isomères nucléaires. Parmi eux, six isotopes sont stables,132Ba,134Ba,135Ba,136Ba,137Ba et138Ba. Un septième isotope,130Ba, est théoriquement instable mais si peu radioactif que moins d'un noyau sur cent milliards a disparu depuis leursynthèse dans lessupernovas (c'est donc unradioisotopeprimordial detrès très longue[évasif]demi-vie). L'instabilité dubaryum 130 a été découverte en 2009 par des méthodes géochimiques, en détectant la présence dans les roches de son isotope-fils, lexénon 130[10] ; il se désintègre par doublecapture électronique (absorbant deux électrons et émettant deux neutrinos), avec unedemi-vie comprise entre 0,5 et 2,7 × 1021 années (environ 100 milliards de fois l'âge de l'univers).

Ces sept isotopes représentent la totalité du baryum naturel, le plus abondant étant138Ba (71,70 %), suivi de137Ba (11,23 %),136Ba (7,85 %),135Ba (6,59 %) et134Ba (2,42 %),132Ba et130Ba représentant chacun 0,1 %. La masse atomique standard attribuée au baryum est donc de 137,327(7) u.

  • Baryum dendritique conservé sous argon.
    Baryumdendritique conservé sousargon.
  • Withérite (ou carbonate de baryum, toxique).
    Withérite (ou carbonate de baryum, toxique).

Caractéristiques

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C'est unmétal alcalino-terreux mou argenté qui fond à727 °C. Il se trouve dans la nature sous forme debarytine BaSO4, debenstonite (Ba,Sr)6(Ca,Mg,Mn)7(CO3)13, denorséthite BaMg(CO3)2, desanbornite BaSi2O5 et dewithérite BaCO3. On ne trouve pas le baryum sous la forme d'élément natif en raison de sa très grande réactivité avec l'oxygène.

SonprotoxydeBaO est appelé baryta ou baryte anhydre.

Utilisations

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Le baryum métallique, de par sa grande oxydabilité, n'est utilisable que sous film protecteur et, comme réactif, il est inférieur ausodium dont la préparation est plus facile. Il est utilisé pur pour le piégeage des gaz résiduels dans lestubes cathodiques ou comme révélateur de présence d'air dans lescapteurs solaires thermiques àtube sous vide.

  • De faibles quantités de sels de cet élément (acétate, carbonate, chlorate, chlorure, hydroxyde, nitrate,oxyde, perchlorate, peroxyde, polysulfure,sulfate ou sulfure) sont utilisées dans de nombreuses fabrications, notamment :
    • du papier photographique,
    • delubrifiant résistant à haute température ;
  • dans les verres, céramiques, émaux et porcelaines et leurs vernis etglaçures, des silicates de baryum sont produits en ajoutant des composés de baryum, exemples :
BaSO4 + SiO2 → BaSiO3 + SO3 (très haute température)
BaCO3 + SiO2 → BaSiO3 + CO2
Ba(NO3)2 + SiO2 → BaSiO3 + N2O5
BaO + SiO2 → BaSiO3,

Dangerosité

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Le baryum métallique s'enflamme facilement par friction, et l'eau ne l'éteindra pas : au contraire, ledihydrogène produit peut s'enflammer ou exploser.

Ba + 2 H2O → H2 + Ba(OH)2

Le baryum réagit violemment avec l'eau en donnant l'hydroxyde de baryum Ba(OH)2, ou baryta hydraté, qui est très toxique et dont les réactions avec les acides sont violentes.Le baryum réagit violemment avec les oxydants et certainssolvants, particulièrement ceux qui sont oxydants (ex. :trioxyde de soufre,tétraoxyde de diazote,peroxyde d'hydrogène) ceux qui ont un atome d'halogène (ex. :tétrachlorométhane,hexafluorure de soufre), ou des liaisonsoxygène-azote (ex. :isoxazolidine), ou encore ceux qui sont un peu acides comme ceux avec un atome d'hydrogène sur unazote (ex. :ammoniaque,amines,amides), unsoufre (ex. :thiols), unoxygène (ex. :alcool,phénol,acide carboxylique), ou un halogène (ex. :bromure d'hydrogène), ou même seulement un hydrogène sur un atome lié à un groupecarbonyle (ex. : acétone, acétaldéhyde, acétate),nitrile (acétonitrile),nitro (nitrométhane),nitroso,nitroneetc.

Les composés insolubles comme lesulfate et lessilicates ne sont généralement pas dangereux. Mais le baryum (Ba+2,rayon ionique149 pm)[11] en solution bloque lescanaux potassiques (K+1, 152 pm)[11] nécessaires aux cellules vivantes.

En cas de doute, consulter la fiche toxicologique de l'INRS[12].

Écotoxicité

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On retrouve le baryum sous plusieurs formes, entre autres sous forme desel. Lorsque les sels de baryum sont absorbés, ils se dégradent et le baryum s’incruste dans divers tissus, en particulier les os. Comme la plupart des sels de baryum sont solubles dans l’eau, les animaux peuvent en ingérer via l’eau qu’ils boivent. L’étude réalisée par l’INRS sur les rats, les souris et les lapins démontre qu’une exposition régulière au baryum provoque une augmentation de la taille du foie et une augmentation du nombre de décès. LaNOAEL (dose sans effet toxique observable) varie en fonction du type de chronicité[12].L'IRSN a produit une fiche pédagogique sur le133Ba (radioisotope synthétique) et l'environnement[13].

Toxicité chez l'humain

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L’intoxication aiguë au baryum chez l’homme se manifeste par plusieurs signes et symptômes tels que des douleurs abdominales intenses, des diarrhées sanglantes, des troubles cardio-vasculaires. L’intoxication aiguë peut aussi se solder par la mort, soit à cause d’une insuffisance respiratoire, soit en provoquant un problème cardiaque[12].

Sources alimentaires

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Lanoix du Brésil est relativement riche en baryum.

Dosage

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La quantité de baryum dans différents milieux est quantifiable par différentes méthodes analytiques. Pour dissocier le baryum de la matrice de son milieu, il faut, la plupart du temps, effectuer une digestion à l’aide d’un acide (en général l’acide nitrique et/ou l’acide chlorhydrique). Le centre d’expertise en analyse environnementale du Québec utilise des techniques couplées : l’ICP-MS pour les analyses dans la chair de poissons et des petits invertébrés ; l’ICP-OES pour les analyses dans l’eau[14] qui doit préalablement être acidifiée.

Entartrage

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Letartre qui se forme avec les oxydes de baryum (sulfate de baryum) est l'un des plus difficiles à dissoudre. Il se forme notamment dans les conduits des forages pétroliers et gaziers profonds ou lespipelines qui les alimentent. Il peut boucher ces tuyaux ou se former dans certaines vannes qu'il peut endommager, ce qui est particulièrement problématique dans le cas de vannes de sécurité. On cherche donc à prévenir sa formation par l'adjonction d'additifs (polyacrylates par exemple) organiques ou inorganiques[15], dits « inhibiteurs de tartre » (scale inhibitors pour les anglophones).

La recherche (chimie verte) vise notamment à produire des inhibiteurs d'entartrage qui ne favorisent pas la corrosion des métaux, et qui soientbiodégradables (polyaspartates par exemple), également efficaces pour les tartres à base decarbonate de calcium,sulfate de calcium etsulfate de baryum,sulfure de zinc ou deplomb qu'on peut aussi trouver dans certains forages profonds[15].

Références

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  1. (en)Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited »,Dalton Transactions,‎,p. 2832 - 2838(DOI 10.1039/b801115j).
  2. (en) David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC,,89e éd.,p. 10-203.
  3. abc etd(en) David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,CRC Press Inc,,90e éd., 2804 p., Relié(ISBN 978-1-420-09084-0).
  4. ab etcEntrée « Barium » dans la base de données de produits chimiquesGESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand,anglais), accès le 13 février 2010(JavaScript nécessaire).
  5. Base de donnéesChemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le (résultats de la recherche).
  6. (en)SIGMA-ALDRICH.
  7. « Baryum » dans la base de données de produits chimiquesReptox de laCSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009.
  8. Robert Hare, « On the Extrication of the Alkalifiable Metals, Barium, Strontium, and Calcium »,Transactions of the American Philosophical Society,vol. 7,‎,p. 31-41.
  9. Marcel Guntz, « Antoine Nicolas Guntz (1859-1935) »,Journal de la Société chimique de France,no 307,‎(lire en ligne)
  10. (en) « Xenon in Archean barite: Weak decay of Ba-130, mass-dependent isotopic fractionation and implication for barite formation |INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS », surwww.ipgp.fr(consulté le).
  11. a etb(en) R. D. Shannon, « Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides »,Acta Crystallogr.,vol. A32,‎,p. 751–767(DOI 10.1107/S0567739476001551,Bibcode 1976AcCrA..32..751S).
  12. ab etcINRS,Baryum et composés, Ficheno 125, 2012.
  13. IRSN,Fiche radionucléide -Baryum 133 et environnement[PDF],.
  14. Centre d'expertise en analyse environnementale du Québec,Détermination des métaux dans l’eau : méthode par spectrométrie d’émission au plasma d’argon[PDF], MA. 203 - Mét. 3.2,.
  15. a etb(en) Robert J. Ross, Kim Low et James E. Shannon, « Polyaspartate Scale Inhibitors-Biodegradable Alternatives to Polyacrylates} »,Materials Performance,vol. 36,no 4,‎(lire en ligne). (article présenté à la conférence CORROSION 96, Denver, Colorado, mars 1996)

Voir aussi

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Liens externes

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