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Barium 07:08 min

Textversion des Videos

Transkript Barium

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt "Barium", der Film gehört zur Reihe "Elemente". Als Vorkenntnisse solltest du zumindest die Chemie bis Basen, Säuren, Salze kennen. Im Video möchte ich dir eine Übersicht über das chemische Element Barium geben. Der Film besteht aus 10 Abschnitten. Erstens: Entdeckung, Zweitens Stellung im Periodensystem der Elemente, Drittens Vorkommen, Viertens: Herstellung, Fünftens: Eigenschaften, Sechstens: Reaktionen, Siebtens: Verbindungen, Achtens: In der belebten Natur, Neuntens: Verwendung und Zehntens: Zusammenfassung. Erstens: Entdeckung. 1774 gelang es den beiden schwedischen Chemikern Scheele und Gahn, eine sogenannte schwere Erde, das Bariumoxid zu isolieren. Auf 1808 datiert die Entdeckung des Bariums durch Davy, ihm gelang es das Barium in Form von Amalgam zusammen mit Quecksilber darzustellen. Zweitens: Stellung im Periodensystem der Elemente. Im Periodensystem der Elemente steht Barium hier, es hat das chemische Symbol Ba. Barium steht in der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems, dort befinden sich die Erdalkalimetalle. Die Oxidationszahl des Bariums ist +2, daher ist Barium auch ein Metall. Drittens: Vorkommen. Barium kommt in der Erdhülle zu 0,03% vor. Das scheint wenig zu sein, ist jedoch erheblich mehr, als man für Blei, Zinn, Kupfer und Quecksilber findet. In der Natur gibt es zwei wichtige Bariumminerale, zum einem Baryt, das ist Schwerspat, Bariumsulfat, und als zweites Witherit, das ist Bariumcarbonat. Viertens: Herstellung. Es ist naheliegend, ähnlich dem Kalkbrennen aus Bariumcarbonat, Witherit, Bariumoxid zu produzieren. Die nötigen Temperaturen sind leider jedoch so hoch, dass die Reaktion nicht praktikabel ist. Besser verläuft die Reduktion mit Kohlenstoff. Alternativ kann man auch Bariumnitrat durch Hitze zersetzen. Beide Reaktionen werden erfolgreich praktiziert. Die eigentliche Reduktion erfolgt durch Reduktion des Bariumoxids mit Aluminium. Es entstehen Aluminiumoxid und elementares Barium. Die Reaktion ist aluminothermisch, sie ist stark exotherm. Fünftens: Eigenschaften. Barium ist ein unedles, silbrig glänzendes Metall. Seine Dichte ist 3,62 g/cm3 und damit höher als die Dichten von Magnesium, Aluminium und Natrium. Barium ist weich, seine Mohshärte beträgt 1,25, damit ist Barium weicher als Blei. Die Schmelztemperatur liegt bei 727°C, damit schmilzt Barium höher als Aluminium. Es siedet bei 1640°C. Sechstens: Reaktionen. Bereits an der Luft reagiert Barium mit Sauerstoff zu Bariumoxid, mit Stickstoff bildet sich Bariumnitrid, mit Wasser erfolgt eine heftige Reaktion zu Bariumhydroxid und Wasserstoff wird frei. Mit Säuren wie Salzsäure reagiert Barium glatt, hier entsteht das Bariumchlorid und Wasserstoff wird frei. Mit konzentrierter Schwefelsäure verläuft die Reaktion anders, das Salz Bariumsulfat bildet sich hier nicht. Die Schwefelsäure oxidiert das Barium zum Bariumoxid. Es kommt zur Passivierung und die Reaktion bleibt stehen. Siebtens: Verbindungen. Bariumsulfid. Bariumsulfid stellt man durch Reduktion von Bariumsulfat mit Kohlenstoff dar. Es entsteht als Nebenprodukt Kohlenstoffdioxid. Bariumhydroxid. Bariumsulfid hydrolisiert bereits in Wasser, es entsteht Bariumhydroxid und Schwefelwasserstoff entweicht. Alternativ kann man Bariumhydroxid durch Reaktion von Bariumoxid mit Wasser gewinnen. Bariumhydroxid reagiert mit Kohlenstoffdioxid zu Bariumcarbonat und Wasser. Die Reaktion wird als Kohlenstoffdioxidnachweis verwendet. Bariumcarbonat ist unlöslich und bildet einen weißen Niederschlag. Bariumchlorid. Bariumchlorid wird industriell durch Reaktion von Bariumsulfid mit Chlorwasserstoff hergestellt. Bariumchlorid reagiert mit Sulfat-Ionen zu unlöslichem Bariumsulfat, diese Reaktion dient dem Sulfat Nachweis. Bariumnitrat. Die einfachste Möglichkeit der Herstellung ist die Reaktion von Bariumoxid mit Salpetersäure. Achtens: In der belebten Natur. Wichtig ist zu merken: Lösliche Bariumverbindungen sind giftig. Interessanterweise enthalten Paranüsse etwa 1% Barium. Für Zieralgen sind Barium-Ionen sogar lebensnotwendig. Neuntens: Verwendung. Bariumsulfat wird als Kontrastmittel verwendet. Ein Gemisch aus Bariumsulfat und Wasser wird für Öl- und Gasbohrungen eingesetzt. Ein Gemisch aus Bariumsulfat und Zinksulfid heißt Lithopone, das ist ein weißes, gut deckendes Pigment. Barium wird als Gettermaterial in Elektrodenvakuumröhren verwendet, da es in der Lage ist, mit Restgasen zu reagieren. Bariumtitanat hat eine ungewöhnlich hohe Permittivität. εr liegt in einem Bereich von 103 bis 104. Bariumnitrat wird bei Feuerwerken als Grünfeuer verwendet. Zehntens: Zusammenfassung. Das Metall Barium kommt relativ selten vor. Lösliche Bariumverbindungen sind giftig. Barium besitzt geringe biologische und begrenzte volkswirtschaftliche Bedeutung. So, ich hoffe nun, es war interessant und hat geholfen. Ich wünsche euch alles Gute. Auf Wiedersehen.

Barium Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Barium kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe, warum Bariumcarbonat nicht zu Bariumoxid umgesetzt wird.

    Tipps

    Calciumcarbonat und Bariumcarbonat sind sehr ähnliche Verbindungen.

    Lösung

    Calciumcarbonat und Bariumcarbonat sind beide weiße Pulver und zersetzen sich beide bei hohen Temperaturen in ihr Oxid. Dabei wird in beiden Fällen Kohlenstoffdioxid frei. Allerdings werden für das Brennen von Bariumcarbonat viel höhere Temperaturen gebraucht, was ineffizient ist. Dementsprechend verzichtet man auf diese Methode der Bariumoxidgewinnung.

  • Gib die korrekten Informationen zur Stellung des Elements Barium im Periodensystem an.

    Tipps

    Die Information zur Hauptgruppe hängt sehr eng mit der Oxidationszahl des Elements in Verbindungen zusammen.

    Lösung

    Das korrekte chemische Symbol für Barium lautet $Ba$. Das Symbol $Br$ ist bereits an das Element Brom vergeben.

    Barium ist ein Element der zweiten Hauptgruppe und besitzt damit zwei Valenzelektronen, die es abgibt, um in Verbindungen die stabile Oxidationszahl von +2 zu erhalten.

    Elemente der zweiten Hauptgruppe werden Erdalkalimetalle genannt, im Gegensatz zu denen der ersten Hauptgruppe, die man Alkalimetalle nennt.

    Barium steht im Periodensystem der Elemente weit unten, nach Beryllium, Magnesium, Calcium und Strontium. Danach folgt nur noch das radioaktive Element Radium.

  • Entscheide, ob folgende Verbindungen Molekülsubstanzen, Ionensubstanzen oder Metalle sind.

    Tipps

    Ionensubstanzen bestehen aus Anionen und Kationen und sind in einem dreidimensionalen Gitter angeordnet.

    Metalle bestehen aus Metallatomen, positiv geladenen Metallrümpfen und dem Elektronengas.

    $Pb$ ist das chemische Symbol für Blei.

    Hydroxid-Ionen sind Anionen.

    Chlorwasserstoff ist bei Raumtemperatur ein Gas.

    Lösung

    Welches Bild stellt welche Verbindungsklasse dar?
    Ionensubstanzen bestehen aus negativ geladenen Anionen und positiv geladenen Kationen. Anionen und Kationen ordnen sich abwechselnd in einem dreidimensionalen strukturierten Gitter an. Im Bild sind sie rot und grün dargestellt und die grauen Stäbe deuten die Gitterstruktur an.

    Metalle sind aus Metallatomen aufgebaut. Die schwache Anziehungskraft des positiv geladenen Atomkerns auf die äußeren Elektronen sorgt dafür, dass diese leicht abgegeben werden und wie ein Gas um die danach positiv geladenen Metallionen kreisen. Die Elektronen sind viel kleiner als die Metallatome und -ionen.

    Moleküle sind durch feste Bindungen zwischen den einzelnen Atomen gekennzeichnet. Außerdem sind Moleküle meist aus wenigen Atomen aufgebaut, Ionenkristalle und Metallkristalle aus mehreren tausend Ionen bzw. Atomen.

    Metalle
    Zu den Metallen gehören Barium, welches Thema des gesamten Videos ist, sowie $Pb$. Diese Abkürzung steht für Blei, lateinisch „plumbum“.

    Ionensubstanzen
    Alle Bariumverbindungen sind Ionensubstanzen, da Barium selber in Verbindungen als $Ba^{2+}$ auftritt und dementsprechend jeweils Anionen mit 2-fach negativer Ladung diese positive Ladung ausgleichen müssen. Daher sind $Ba_3N_2$, $BaSO_4$ und Bariumhydroxid Ionensubstanzen.

    Molekülsubstanzen
    $HCl$ und $N_2$ sind Molekülsubstanzen, denn sie bestehen beide aus zwei über eine Elektronenpaarbindung verbundenen Atomen.

  • Bestimme die Werte der physikalischen Eigenschaften von Barium.

    Tipps

    Die Einheiten geben einen Hinweis darauf, um welche physikalische Größe es sich handeln könnte.

    Barium gehört zu den eher weichen Metallen.

    Lösung

    Dichte
    Die Dichte wird in der Einheit $\frac{g}{cm^3}$ angegeben. Metalle sind in der Regel relativ dichte Substanzen im Vergleich zu beispielweise Wasser. Barium hat eine Dichte von 3,62 $\frac{g}{cm^3}$. Damit ist es etwa 3,5-mal so schwer wie Wasser.

    Mohshärte
    Die Mohshärte wird auf einer Skala von 1 bis 10 angegeben und besitzt keine Einheit. Die Zahlen geben lediglich die Reihenfolge der Härte an von 1 = sehr weich zu 10 = sehr hart. Da Barium relativ weich ist, lautet die richtige Antwort Mohshärte 1,25.

    Schmelztemperatur und Siedetemperatur
    Die Schmelztemperatur einer Substanz liegt immer unterhalb der Siedetemperatur. Da nur zwei Gradzahlen zur Verfügung stehen, ist die Schmelztemperatur 727 °C und die Siedetemperatur 1640 °C.

  • Ermittle die Teilgleichungen für die Reaktion von Bariumoxid mit Aluminium.

    Tipps

    Die Faktoren neben den Gleichungen rechter Hand des senkrechten Striches geben an, mit welchem Faktor die gesamte Teilgleichung multipliziert werden muss, um auf die richtigen Teilchenanzahlen für die Gesamtgleichung zu kommen.

    Oxidation ist definiert als die Abgabe von Elektronen.

    Lösung

    Oxidation
    Die Reaktion von Aluminium unter Elektronenabgabe wird als Oxidation bezeichnet. Dabei entsteht das stabile $Al^{3+}$. Es werden nämlich genau drei Elektronen abgegeben. Da Aluminium in der Gesamtgleichung sowohl links als auch rechts genau zweimal auftritt, muss die Teilgleichung mit der Zahl $2$ multipliziert werden.

    Reduktion
    Die Elektronenaufnahme durch die Barium-Ionen wird als Reduktion bezeichnet. Da die Barium-Ionen genau zwei Elektronen aufnehmen, müssen sie folgende Summenformel aufweisen: $Ba^{2+}$.

    Gesamtgleichung
    Die letzte Lücke muss mit dem Wort Gesamtgleichung gefüllt werden, da diese Zeile die gesamte Reaktion zusammenfasst.

  • Bestimme die Menge an Paranüssen, die man essen müsste, um 5 g Barium zu sich zu nehmen.

    Tipps

    In Paranüssen sind 1% Barium enthalten.

    Es ist nicht notwendig zu wissen, wie schwer eine gewisse Menge Barium ist.

    Lösung

    Wenn Barium 1% der Masse von Paranüssen ausmacht, dann bedeutet dies zum Beispiel, dass 100 g Paranüsse genau 1 g Barium enthalten. Multipliziert man das 1 Gramm Barium, welches in 100 g Paranüssen enthalten, ist mit der Zahl 5, um auf 5 g Barium zu kommen, erhält man mit der gleichen Multiplikation für die Menge an Paranüssen die Lösung 500 g.

    Ergänzung zum Verzehr von Paranüssen
    Paranüsse haben eine Sonderstellung unter den Lebensmitteln. Sie weisen neben der relativ hohen Barium- und Selenkonzentration auch eine große Anzahl von Radionukliden auf und damit eine hohe Strahlenbelastung. Zusammen bewirken die Nuklide in etwa eine Strahlenbelastung von $147,1~ \frac{\text{Bq}}{\text{kg}}$. Damit würde beim Verzehr der 500 Gramm Paranüsse zudem eine Strahlenbelastung von $73,55~ \text{Bq}$ auf den Körper einwirken, vor der man sich nicht schützen kann. Das ist schon eine sehr hohe Dosis für den Körper.

    Zur Deckung der Selenversorgung sollten daher maximal zwei Paranüsse pro Tag verzehrt werden. Diese zwei Paranüsse würden jedoch damit schon die normalerweise aufgenommene Strahlenmenge um den Faktor 1,5 erhöhen. Das ist einer der Fälle, in dem die WHO rät, eher Nahrungsergänzungsmittel zum Erreichen des Selenbedarfes zu konsumieren als das natürliche Produkt.

    Damit wäre es schon aus zwei Gründen nicht ratsam, 500g Paranüsse zu essen.

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    Quelle: http://www.bfs.de/DE/themen/ion/umwelt/lebensmittel/radioaktivitaet-nahrung/radioaktivitaet-nahrung_node.html