Baryum Nedir, Özellikleri Nelerdir?

Baryum, en ağır elementler arasında yer alan elementlerdendir. Röntgen çektirenlerin yakından tanıdığı solüsyonların içeriğinde baryum vardır.

Baryum, yerkabuğunda bol bulunan ağır elementlerdendir. Röntgen uygulamalarında baryum içeren solüsyon ve ilaçlar kullanılır. Bu sebeple özellikle sindirim sistemi sorunları için röntgen çektirenlere baryumlu solüsyon ve ilaçlar içirilir. Ağır bir metal olduğu için adı Yunanca “ağır” anlamındaki bir kelimeden gelmektedir. Havai fişeklerden okullardaki deneylere kadar çok geniş bir alanda kullanılır. Baryum mineralinin ışıkta parlama özelliği vardır. Suda çözünen bileşikleri oldukça zehirli ve tehlikelidir. Türkiye’de de bol bulunan baryum, olağandışı bazı özellikler de içerir.

Tarihçesi

Baryum, barit minerali içinde keşfedilmiştir. 1600’lü yıllarda İtalya’nın Bologna Vincenzo Casciarolo bölgesinde olağandışı bazı taşlar bulundu. Bu taşlar gün ışığında parlıyordu. Bu taşların barit minerali olduğu anlaşıldı. 1774 yılında İsveçli kimyager Carl Wilhelm Scheele, bu mineralin bilinmeyen bir elementin sülfatı olduğunu belirledi. Daha sonra mineralog Dr. William Withering, Cumberland’daki bir kurşun madeninde ağır bir mineral buldu. Bu mineralin de baryum karbonat minerali viterit olduğu anlaşıldı.

1808 yılında İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından eritilmiş barit mineralinin elektrolizi yöntemi ile baryum ile kez izole edildi. Baryum sülfat, 1908 yılında sindirim sisteminin x ışını görüntülenmesinde radyokontrast madde olarak kullanıldı. 1926 yılından itibaren petrol ve doğalgaz aramalarında kullanılmaya başlandı.

“Baryum” kelimesi, Yunanca “ağır” anlamına gelen “barys” sözcüğünden türetilmiştir. İngilizceye, “ağırlık” ve yoğunluk” anlamındaki “barite” sözcüğünden “barium” olarak geçmiştir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Baryumun kimyasal sembolü “Ba”dır. Atom numarası 56, atom ağırlığı 137,32, yoğunluğu 3,51 grcm3’tür. Erime noktası 727 derece, kaynama noktası 1897 derecedir. Periyodik element tablosunun 2-A grubunda, alkaliler element serisinde yer alan toprak alkali metaldir. Element halinde beyaz gri metalik görünümündedir. Genellikle beyaz renklidir. Sarı, esmer, pembe, açık yeşil, açık mavi, gri ve siyah oluşumlarına da rastlanmaktadır. Metalik baryum yakıldığında elma yeşili rengini alır ve kurşun yumuşaklığındadır. Gümüş gibi parlak olan metalik formunun saklanması oldukça zordur. Isı ve elektrik iletkenliği iyi düzeydedir. Tel ve levha haline getirilebilir. Sıcaklıklarda parlak bir sarı-yeşil renkli bir alevle yanar.

Toprak alkali metallerin özellikleri birbirine benzemesine rağmen baryum, kalsiyum ve stronsiyum elementlerinin özellikleri diğer alkali metallerden farklıdır. Özellikleri bakımından diğer toprak alkali metallerden ayrılan baryum, kalsiyum ve stronsiyum; suyu ayrıştırarak hidrojen açığa çıkarır ve hidroksit oluşturur. Bu hidroksitler ısıtıldığında su kaybederek oksit haline döner. Karbonatlarının ısıda kolay ayrışmasına rağmen baryum karbonat, en zor ayrışan bileşiktir. Sülfatları suda erimez. Diğer metallere göre daha uçucudur ve damıtılabilir.

Baryum, oldukça yüksek aktifliği olan bir elementtir. Yüksek reaktivitesi sebebiyle element halinde bulunmaz. Aktif bir element olduğu için su, oksijen, azot, kükürt, hidrojen, amonyak, halojenler ve asitlerle kolayca reaksiyona girebilir. Hava ve diğer oksitleyici gazların bulunduğu ortamda tutulması şiddetli reaksiyona yol açabilir, bu sebeple tehlikelidir. Baryumun toz formu, kuru hava, argon ve helyum gibi inert gazlarla depolanabilir. Hava azotuyla yüksek sıcaklıklarda birleşerek nitrürleri verir. Baryum buharı; oksijen, azot ve karbondioksiti yok eder.

Baryumun bütün bileşikleri toksik özellikler gösterir, yani zehirlidir. Baryum sülfür, “siyah kül” olarak adlandırılır ve birçok bileşik bu maddeden elde edilir. Baryum sülfat ve baryum karbonat oldukça zehirlidir. Yüksek aktifliği sebebiyle bileşiklerinin yaydığı enerji çok yüksektir yani yüksek miktarda ısı yayar. Kalay, çinko, kurşun, platin, magnezyum, silisyum ve alüminyumla cıva temelli alaşım yani malgama oluşturur.

Baryum, doğada bazı minerallerde bulunur. Yerkabuğunda yaklaşık yüzde 0,05 oranında bulunan baryum, tabiatta en bol bulunan elementler arasında 14. sıradadır. Aktifliği sebebiyle elemental olarak bulunmaz. En çok baryum sülfat minerali barit mineralinde oluşumları vardır. Barit, metalik olmayan minerallerin en ağırıdır. Diğer baryum minerali, baryum karbonat içeren viterittir. Baritin, barita selestit ve barito kalsit adı verilen stronsiyum ve kalsiyum minerallerinde, fosfatlı ve silikatlı minerallerde de oluşumlarına rastlanır. Doğada tortul ve çökelme ile (sedimanter) meydana gelir. Mineralleri, genellikle sıcak su çıkan bölgelerde yoğun olarak görülür. Deniz yosunları, balıklar, bazı bitkiler, toprak ve bazı besinler de baryum içerir.

Doğal baryum, yedi kararlı izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar ve içerik oranları şöyledir; Ba-138 (% 71,66), Ba-137 (% 11,32), Ba-136 (%7,81), Ba-135 (6,59), Ba-134 (% 2,42), Ba-132 (% 0,097), Ba-130 (% 0,101). Bunların izotopların dışında 13 yapay radyoaktif izotopu daha bulunur.

Hangi Alanlarda Kullanılır?

Baryum, endüstride birçok ürünün üretiminde kilit rol oynar. Çinko, kurşun ve gümüş üretiminde kullanılır. Baryum sülfat; gama ve x ışını yayma özelliğine (radyoopak) sahiptir ve tıp sektöründe röntgen uygulamaları, kanser teşhisleri için kullanılır. Röntgen ışınlarını geçirmediği için iç organların röntgen filmleri çekilmeden önce içirilen solüsyonlarda kullanılır. Ayrıca; kâğıt kaplamaları, batarya ve piller, plastik ürünler ve tekstil ürünlerinde de kullanılan bir bileşiktir. Yağlı boya üretiminde beyazlatıcı pigment ve inceltici olarak kullanılmaktadır. Baryum ayrıca, kimyasal özellikleri bakımından benzerlik gösteren radyum için taşıyıcı faz görevi görür.

Baryum karbonat, özel camların üretiminde kullanılır. Baryum oksit, solventlerden suyun uzaklaştırılmasında ve petrol sanayisinde kullanılan bileşiklerdendir. Baryum nitrat, yeşil alev verdiği için havai fişeklerde ve seramik sırlarda kullanılmaktadır. Baryum karbonat, bazı uygulamalarda karbon taşıyıcı görevi görür.

Suni radyoaktif izotopları da tıp başta olmak üzere çeşitli endüstrilerde kullanılır. Radyoaktif Ba-133 izotopunun ışıması, gama spektraskopisinde standart olarak alınır. Radyoaktif izotoplardan Ba-137m (metastabil), okullardaki fizik ve kimya derslerinde yarılanma ömrü deneylerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Uranyum çubuklarının çekirdek reaktörlerinden çıkarıldığında yaydığı şiddetli radyoaktif ışıma da, radyoaktif Ba-140 izotopunun radyoaktifliğinden kaynaklanan bir durumdur.

Baryum, izotopları, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; fren balataları altlığı, kauçuk, mürekkep, boyalar, fare zehri, radyo vakum tüpleri, ilaçlar, optik camlar, makine yağları, deterjanlar, radyo lambaları, fotoğraf kâğıdı, mum, tutkal, sondaj uygulamaları…

Hangi Ülkelerde Rezervi Bulunur?

Dünya barit rezervlerinin yüzde 30’u gelişmiş ülkelerde bulunur. Yaklaşık yüzde 60’ı da gelişmekte olan ülkelerde yayılmıştır. Diğer yüzde 10’luk bölümde daha az gelir düzeyine sahip ülkelerde mevcuttur. Dünya genelinde 1,5 milyar ton baryum içeren barit rezervi olduğu tahmin ediliyor. Bu rezerv içindeki baryum miktarının da 400 milyon ton olduğu öngörülüyor. Bu rezervin yüzde 24’ü Amerika’da, yüzde 12’si Meksika’da, yüzde 8’i Çin’de, yüzde 4’ü de Rusya’da bulunur. Yüzde 52’lik rezerv de; Kanada, Almanya, Japonya, İtalya, İngiltere, Çek Cumhuriyeti, Brezilya, Peru, Cezayir, Fas ve Kuzey Kore başta olmak üzere diğer ülkelerdedir. En büyük baryum üreticisi ülkeler Çin, Hindistan ve Fas’tır. Dünya üzerinde her yıl yaklaşık 6 milyon ton baryum üretilmektedir.

Türkiye’de çok sayıda barit cevher oluşumu mevcuttur. Önemli rezervler Antalya – Alanya – Gazipaşa, Muş, Bitlis, Giresun, Kocaeli ve Kütahya’da bulunur. Konya, Trabzon, Gümüşhane ve Diyarbakır gibi illerde de baryum minerali oluşumları vardır. Türkiye’de toplam 10 milyon ton görünür, 20 milyon ton da potansiyel rezerv olduğu tahmin ediliyor. Türkiye’nin dünya barit rezervindeki oranı da yüzde 3 civarındadır.

Bunları Biliyor Musunuz?

• Dünyadaki en yaşlı baryum oluşumları Türkiye’de bulunmaktadır.
  
• Baryum sülfat içeren bazı taşlar, ışığa maruz kaldıklarında parlar. 1600’lü yıllarda İtalya’nın Bologna bölgesinde keşfedildiği için bu taşlara “Bologna taşları” denir. Simyacılar, bu taşların büyülü olduğuna inanıyordu.
  
• Baryum bileşikleri insan ve hayvanlar için tehlikelidir. Suda çözünerek vücuttaki zararlı bileşikler oluşturabilir. Felce ve ölüme yol açabilir.
  
• Baryumun yutulması halinde ortaya çıkabilecek bazı olumsuz etkiler şunlardır; beyin, karaciğer, böbrek ve kalp hasarı ve şişmesi, sinir reflekslerini azaltır, solunum güçlüğü ortaya çıkarır, yüksek tansiyon, kalp ritim bozuklukları, kas zayıflığı, mide tahrişleri ve reflü, iltihaplar, tümörler, kabızlık, yutma zorluğu…
  
• “Baryumlu lavman”, kalın bağırsaktaki (kolon) anormallikleri görüntülemek için kullanılan bir tür röntgen ilacıdır. Tek kontrastlı ve çift kontrastlı (hava kontrastlı) olarak ikiye ayrılır. Röntgen öncesi bazı işlemlerin ardından yutulur ve kalın bağırsaktaki anormal durumların görüntülenmesine yardımcı olur.
  
• “Baryum yutma” adı verilen solüsyonlu uygulamada ise, baryum içeren solüsyonun yutulmasının ardından yemek borusu, mide ve ince bağırsaklar röntgenle görüntülenir.