أكسيد الباريوم – BaO

في عام 1884 ميلادي تم اكتشاف أن مركب أكسيد الباريوم يمتلك تأثير في رفع معامل الانكسار دون زيادة التشتت، وهي عبارة عن خاصية ثبت أنها ذات قيمة كبيرة في تصميم عدسات التصوير الفوتوغرافي المعروفة باسم (anastigmats)، وهي عبارة عدسات خالية من الانحراف اللابؤري، وفي عام 1938 ميلادي كان هناك تحسن كبير آخر.

أكسيد الباريوم

في الكيمياء يعد مركب أكسيد الباريوم مصدر باريوم مستقر حراريًا غير قابل للذوبان بدرجة عالية، كما أنه مناسب لتطبيقات الزجاج والبصريات والسيراميك، إذ أن مركب أكسيد الباريوم هو عبارة عن مادة صلبة بيضاء استرطابية تتكون غالبًا من خلال تحلل أملاح الباريوم، وهو يشكل هيدروكسيد الباريوم عند تفاعله مع الماء.

إن مركبات الأكسيد بشكل عام هي عبارة عن مركبات تكون غير موصلة للكهرباء، ومع ذلك فإن هناك بعضا من الأكاسيد من نوع البيروفسكايت المهيكلة، والتي يتم تطبيقها إلكترونيًا في كاثود خلايا وقود الأكسيد الصلب وأنظمة توليد الأكسجين، وهي عبارة عن مركبات تحتوي على أنيون أكسجين واحد على الأقل وكاتيون معدني واحد، حيث أنها تتماز بأنها عالية النقاوة (99.9999٪).

إن مسحوق أكسيد الباريوم (BaO) هو عبارة عن مسحوق غير قابل للذوبان في المحاليل المائية (الماء)، كما وأنه مستقر للغاية، مما يجعلها مفيدة في الهياكل الخزفية مثل إنتاج الأوعية الفخارية للإلكترونيات المتقدمة، إن مركبات أكسيد الفلز هي عبارة عن هيدرات أساسية وبالتالي يمكن أن تتفاعل مع الأحماض ومع عوامل الاختزال القوية في تفاعلات الأكسدة والاختزال.

يتوفر مركب أكسيد الباريوم أيضًا في الكريات والقطع والأهداف الرشاشة والمسحوق والأقراص والمسحوق النانوي (من منشآت الإنتاج النانوية للعناصر الأمريكية)، حيث يتوفر أكسيد الباريوم بشكل عام على الفور في معظم الأحجام، ويمكن النظر في أشكال عالية النقاء وشرائح الميكرون والنانو.

يوجد الباريوم في الخامات ومعظمها تكون في شكل الباريت (BaSO4)؛ لأنه لا يوجد بشكل طبيعي كعنصر حر، كما ويشكل الباريوم 0.05٪ من قشرة الأرض، حيث اكتشف كارل الباريوم في عام 1772 ميلادي عندما أظهر أن أكسيد الباريوم يختلف عن أكسيد الكالسيوم، وهو مركب غالبًا ما كان مخطئًا بالنسبة له، إن أكسيد الباريوم والمعروف أيضًا باسم باريا، أو أول أكسيد الباريوم أو أوكسوباريوم (تسمية IUPAC)، هو ببساطة مادة بيضاء مائلة للصفرة غير قابلة للاشتعال، وهو أيضًا مسترطب مما يعني أنه يمتص الرطوبة بسهولة من الهواء.

خواص أكسيد الباريوم

بالنظر إلى أن أكسيد الباريوم موجود بشكل أساسي في شكل مسحوق بلوري فهناك معلومات محدودة متاحة حول خصائصه وخاصة الميكانيكية، وعلاوة على ذلك فإنه لا تتوفر قيم الممتلكات المجمعة بشكل شائع، ولقد تم استنتاج بعض خصائصه عن طريق الحساب بدلاً من الأساليب التجريبية، حيث يتم عرض أهم الخصائص التالية:

• إن الوزن الجزيئي الغرامي يساوي 153.326 جم لكل مول، كما ويمتلك كثافة مقدارها 5.72 جم لكل سم مكعب، ونقطة غليان تساوي 2000 درجة مئوية تقريبا، ونقطة الانصهار له تساوي 1923 درجة مئوية.

• أما بالنسبة للهيكل بلوري فهو يمتلك شكل مكعب، كما أن درجة الذوبان في الماء عند 20 درجة مئوية تساوي 3.48 جرام لكل 100 مل، علما أن القابلية المغناطيسية تساوي -29.1×10−6 سم مكعب لكل مول.

• إن مركب أكسيد الباريوم غير قابل للاشتعال، ويمتلك جاذبية معينة تبلغ 5.72، ومعامل التمدد الطولي له يبلغ 0.129، أما معامل القص فيبلغ 38 جيجا، ومعامل الحجم 68 جيجا، والتباين مرن 0.01، أما نسبة بواسون 0.27، ومعامل الانكسار 2.06 وثابت عازل متعدد الكريستالات 4.26.

إنتاج ومعالجة أكسيد الباريوم

من الممكن أن يتم إنتاج مركب أكسيد الباريوم من خلال مادة كربونات الباريوم المتحللة حرارياً (BaCO3) أو مادة نترات الباريوم (Ba(NO3)2)، حيث أن ردود الفعل هي كما يلي:

BaCO3 → BaO + CO2

2Ba (NO3) 2 → 2BaO + 4NO2 + O2

ومن الممكن أيضًا إنتاجه عن طريق تفاعل الباريوم النقي مع الأكسجين كما هو موضح في التفاعل التالي:

2Ba + O2 → 2BaO

ولقد تم تصنيع أكسيد الباريوم أيضًا من خلال التفاعل بين كلوريد الباريوم (BaCl2) والأمونيا (NH3) وترسب مع الماء منزوع الأيونات، وفي هذه إحدى الطرق العديدة الممكنة لإنتاج أكسيد الباريوم التي لا يمكن إجراؤها إلا في ظل بيئات خاضعة للرقابة في المختبر.

أما من الناحية التجارية فإنه يشكل إنتاج أكسيد الباريوم من خلال تكليس كربونات الباريوم مشاكل في الاستخراج، وهذا لأنه غالبًا ما يكون ملوثًا بالكربون الزائد، والذي يضاف عادةً لمنع أكسيد الباريوم من التحول إلى بيروكسيد الباريوم، حيث إن وجود الكربون الزائد يجعل خليطه مع أكسيد الباريوم يبدو باللون الأسود.

إن عملية إزالة هذا الكربون الزائد بكل بساطة من خلال عملية تسخين المزيج غير ممكن؛ وذلك لأنه قد يتسبب ذلك في حدوث عملية تفاعل مع أكسيد الباريوم وتجديد كربونات الباريوم، مما يؤدي بشكل أساسي إلى عكس التقدم المحرز.

تطبيقات أكسيد الباريوم

من الممكن أن يتم استخدام مركب أكسيد الباريوم بشكل مباشر أو غير مباشر لكلا من الأغراض التالية:

• تغليف الكاثودات الساخنة في الأجهزة الإلكترونية.

• كبديل لأكسيد الرصاص في إنتاج زجاج التاج البصري بسبب مساهمة أكسيد الباريوم العالية في معامل انكسار الزجاج.

• كمحفز إيثوكسيليشن في التفاعل بين الكحولات وأكسيد الإيثيلين.

• كمصدر للأكسجين من خلال تذبذب الحرارة.

• من أجل أكسدة بيروكسيد الباريوم.

• كعامل مختزل وكعامل مؤكسد.

• في عمليات فصل الايزومير.

• لزيادة كثافة التدفق للمغناطيس الدائم.

• في الوقود كعامل تنظيف يسمى منظفات زيت التشحيم.

• كمجفف لتجفيف الغازات والمذيبات، كما أن لها ميزة إضافية تتمثل في عدم الانتفاخ بالرطوبة دون أن تصبح رطبة ولزجة.

هناك العديد من مركبات الباريوم الأخرى والتي لها مجموعة واسعة من الاستخدامات، وخاصة البيروفسكايت، حيث تمتلك قدرتها على الحفاظ على مجال كهربائي قوي دون توصيل الكهرباء مفيدة في الإلكترونيات، مثلا أن تيتانات الباريوم السترونشيوم هي مواد عازلة، أي عوازل مفيدة للمكثفات الخزفية، إنها أيضًا عبارة عن مواد كهروضغطية تجعلها مفيدة لكل من المشغلات وأجهزة الاستشعار عالية الحساسية، كما وتشتمل الأكاسيد الأخرى التي تحتوي على الباريوم على نطاق واسع على الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية.

أمثلة على درجات أو معايير أكسيد الباريوم

هناك العديد من الأكاسيد التي تحتوي على الباريوم، والتي تحتوي أيضًا على عناصر أخرى، حيث أنه عادة ما يتم تصميمها للاستخدام في تطبيقات محددة، ومعظمها يكون في شكل مسحوق بأحجام جسيمات صغيرة تصل إلى 30 نانومتر، ومن الأمثلة على هذه الدرجات هي التالية:

• مسحوق الباريوم الإيتريوم أكسيد النيكل المركب (BZY15-Ni).

• مسحوق الباريوم الزركونيوم الإيتريوم أكسيد النيكل المركب (BCZY721-NiO60w).

• مسحوق الكوبالتيت الحديد السترونتيوم الباريوم (BSCF).

• مسحوق تيتانات الباريوم (BTO).

• مسحوق زركونات الباريوم السيريوم (BZCY811).

• مسحوق الكوبالتيت الزركونيوم من حديد الباريوم (BCFZ).

• مسحوق الباريوم الزركونيوم الإيتريوم (BCZY721).

• مسحوق تيتانات الصوديوم البزموت (BNT-6BT).

• مسحوق زركونات الباريوم (BZY15).

• مسحوق زركونات الباريوم (BZO).