Baryum

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Baryum
CésiumBaryumLanthane
Sr
  Structure cristalline cubique à corps centré
 
56
Ba
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ba
Ra
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Baryum, Ba, 56
Série chimique Métal alcalino-terreux
Groupe, période, bloc 2 (IIA), 6, s
Masse volumique 3,62 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté 1,25
Couleur Blanc-argenté
No CAS 7440-39-3 [2]
No EINECS 231-149-1
Propriétés atomiques
Masse atomique 137,327 ± 0,007 u
Rayon atomique (calc) 215 pm (253 pm)
Rayon de covalence 215 ± 11 pm [3]
Configuration électronique [Xe] 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 18, 8, 2
État(s) d’oxydation 2
Oxyde base forte
Structure cristalline Cubique centré
Propriétés physiques
État ordinaire Solide (paramagnétique)
Point de fusion 727 °C [1]
Point d’ébullition 1 897 °C [1]
1 637 °C [4]
Énergie de fusion 7,75 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 140 kJ·mol-1 (1 atm, 1 897 °C)[1]
Volume molaire 38,16×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 0,0013 mbar (547 °C) [4]
Vitesse du son 1 620 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 0,89
Chaleur massique 204 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 10×106 S·m-1
Conductivité thermique 18,4 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[5]
1re : 5,211664 eV 2e : 10,00383 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
130Ba 0,106 % 0,5×1015 a -
132Ba 0,101 % stable avec 76 neutrons
133Ba {syn.} 10,53 a ε 0,517 133Cs
134Ba 2,417 % stable avec 78 neutrons
135Ba 6,592 % stable avec 79 neutrons
136Ba 7,854 % stable avec 80 neutrons
137Ba 11,23 % stable avec 81 neutrons
138Ba 71,7 % stable avec 82 neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[4]
Irritant
Xi
Facilement inflammable
F



Transport[4]
423
   1400   
SIMDUT[6]
B6 : Matière réactive inflammableD2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques
B6, D2B,
SGH[7]
SGH02 : InflammableSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Danger
H261, H315, H319, H335, P231, P232, P261, P305, P338, P351, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le baryum est l'élément chimique de numéro atomique 56, de symbole Ba.

L'oxyde de baryum a été découvert en 1774 par Carl Wilhelm Scheele dans des minerais de dioxyde de manganèse. Il est isolé en 1808 par l'Anglais Sir Humphry Davy, puis purifié par Guntz en 1901. Le mot baryum a été forgé à partir du grec βαρύς (« lourd »)

Isotopes[modifier | modifier le code]

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 et 138Ba. Un septième isotope, 130Ba, est théoriquement instable mais si peu radioactif que moins d'un noyau sur cent milliards a disparu depuis leur synthèse dans les supernovas (c'est donc un radioisotope primordial de très très longue demi-vie). L'instabilité du baryum 130 a été découverte en 2009 par des méthodes géochimiques, en détectant la présence dans les roches de son isotope-fils, le xénon 130[8] ; il se désintègre par double capture électronique (absorbant deux électrons et émettant deux neutrinos), avec une demi-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 étant 138Ba (71,70%), suivi de 137Ba (11,23 %), 136Ba (7,85 %), 135Ba (6,59 %) et 134Ba (2,42 %), 132Ba et 130Ba représentant chacun 0,1 %. La masse atomique standard attribuée au baryum est donc de 137,327(7) u.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

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

C'est un métal alcalino-terreux mou argenté qui fond à 850 °C. Il se trouve dans la nature sous forme de barytine BaSO4, de benstonite (Ba,Sr)6(Ca,Mg,Mn)7(CO3)13, de norséthite BaMg(CO3)2, de sanbornite BaSi2O5 et de withérite BaCO3. On ne trouve pas le baryum sous la forme d'élément natif en raison de sa très grande réactivité avec l'oxygène.

Son protoxyde BaO est appelé baryta ou baryte anhydre.

Utilisations[modifier | modifier le code]

  • Il est utilisé pur pour le piégeage des gaz résiduels dans les tubes cathodiques ou comme révélateur de présence d'air dans les capteurs solaires thermiques à tube 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,
    • de lubrifiant résistant à haute température ;
  • dans les verres, céramiques, émaux et porcelaines et leurs vernis et glaçures, 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[modifier | modifier le code]

Le baryum métallique s'enflamme facilement par friction, et l'eau ne l'éteindra pas : au contraire, le dihydrogène 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 certains solvants, 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 liaisons oxygène-azote (ex. : isoxazolidine), ou encore ceux qui sont un peu acides comme ceux avec un atome d'hydrogène sur un azote (ex. : ammoniaque, amines, amides), un soufre (ex. : thiols), un oxygène (ex. : alcool, phénol, acide carboxylique), ou un halogène (ex. : bromure d'hydrogène), ou même seulement un hydrogène sur un atome lié à un groupe carbonyle (ex. : acétone, acétaldéhyde, acétate), nitrile (acétonitrile), nitro (nitrométhane), nitroso, nitrone, etc.

Les composés insolubles comme le sulfate et les silicates ne sont généralement pas dangereux. Mais le baryum (Ba+2, rayon ionique 149 pm)[9] en solution bloque les canaux potassiques (K+1, 152 pm)[9] nécessaires aux cellules vivantes.

En cas de doute, consulter la fiche toxicologique de l'INRS[10].

Écotoxicité[modifier | modifier le code]

On retrouve le baryum sous plusieurs formes, entre autres sous forme de sel. 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 du foie et une augmentation du nombre de décès. La NOAEL (dose sans effet toxique observable) varie en fonction du type de chronicité[10]. L'IRSN a produit une fiche pédagogique sur le 133Ba (radioisotope synthétique) et l'environnement[11].

Toxicité chez l'humain[modifier | modifier le code]

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[10].

Sources alimentaires[modifier | modifier le code]

La noix du Brésil est relativement riche en baryum.

Dosage[modifier | modifier le code]

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[12] qui doit préalablement être acidifiée.

Entartrage[modifier | modifier le code]

Le tartre 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 les pipelines 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[13], 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 soient biodégradables (polyaspartates par exemple), également efficaces pour les tartres à base de carbonate de calcium, sulfate de calcium et sulfate de baryum, sulfure de zinc ou de plomb qu'on peut aussi trouver dans certains forages profonds[13].

Références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (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)
  4. a, b, c et d Entrée de « Barium » dans la base de données de produits chimiques GESTIS 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. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  6. « Baryum » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  7. SIGMA-ALDRICH
  8. « 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 », sur www.ipgp.fr (consulté le 16 décembre 2015)
  9. a et b 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)
  10. a, b et c INRS, Baryum et composés, Fiche no 125, 2012
  11. IRSN, Fiche radionucléide - Baryum 133 et environnement, 17 juillet 2002
  12. Centre d'expertise en analyse environnementale du Québec, Détermination des métaux dans l’eau : méthode par spectrométrie d’émission au plasma d’argon, MA. 203 - Mét. 3.2, 14 janvier 2013
  13. a et b Robert J. Ross, Kim Low, Donlar Corp., James E. Shannon, Conference Paper, Polyaspartate Scale Inhibitors-Biodegradable Alternatives to Polyacrylates, NACE International, Global SOS, in Corrosion 96, 24 - 29 mars 1996, Denver, Co ; [Résumé]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Liens externes[modifier | modifier le code]

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