小钡探险记

吴锦弘，潘有琪，张来英，朱亚先

厦门大学化学化工学院，福建 厦门 361005

“呜呜呜……”小钡因大家误解他是坏元素，不是人体必需元素，是有毒元素，藏在被窝里哭泣[1]。

钡爷爷听到小钡的哭声，赶来安慰小钡：“怎么了，小钡？”

小钡知道大家都喜欢爷爷，小钡忙向爷爷请教。钡爷爷笑了笑，将一份电子地图发给了小钡，“按着地图找到宝藏，大家就会喜欢你了。”

小钡一下子转悲为喜，急忙打开手机查看爷爷的地图，地图上分别标注了氧城、元素河和酸海，小钡决定按顺序去寻找宝藏。

1 “钡”宠若惊

小钡照着手机的指引来到氧城的边界，守城的卫士问：“你是从哪儿来的？”

小钡清了清嗓子：“我来自元素国s区、第六周期、第IIA族的钡家族，也是碱土金属兄弟会的成员，符号为Ba，在元素国排行第56位。我天生是银白色的皮肤，密度是3.62 g·cm-3；我不是很怕热，在727 °C (熔点)时我才会流汗；我的体重是137.33 (相对原子质量)；我的兄弟姐妹在地球上到处都有分布，在地壳中的含量为4.25 × 102mg·kg-1，在海洋中的含量也有1.3 × 10-2mg·kg-1[2-5]。”说到这，小钡的声音突然又变小了：“但是大家好像不喜欢我。”

守卫看到小钡快要哭出来的样子，赶紧又说：“别伤心，你在自然界还有兄弟姐妹呢。”

小钡又打起精神来：“是的。钡的性格非常活泼，自然界中虽然没有发现单质形态的钡，但以重晶石和毒重石(图1)形式存在的硫酸钡和碳酸钡还是很多的。比如，英国的威斯特曼兰、昆不利亚，罗马尼亚的菲尔斯邦尼，德国的萨克森，中国的贵州天柱、甘肃黑风沟、湖南贡溪、湖北柳林、广西象州、陕西水坪等地都有重晶石的身影[1]。”

图1 重晶石和毒重石

守卫又问道：“你来氧城做什么呢？”

“我也想为人类做贡献，想要广交朋友。钡爷爷告诉我氧城有让大家喜欢我的宝藏。”

守卫顿时明白了，善意地笑道：“想寻找宝藏，你可以去问问氧王爷。”

守卫刚说完，小钡就急匆匆地跑向氧王爷的城堡。氧王爷听说来的是钡爷爷的孙子，赶忙让小钡进到城堡大厅。

“氧王爷，您好！请问氧城有让大家喜欢我的宝藏吗？”小钡恳切地请求道。

氧王爷摇摇头：“没有。不过，你可以跟我的小王子聊一聊。”

氧王爷刚说完，氧王子飞奔过来，一下抱住了小钡，高兴地和小钡跳起舞来。小钡感觉全身慢慢变热，最后竟和氧王子一起缓缓地变成了氧化钡[1]。

氧王子笑着说：“瞧，小钡！这是我给你的礼物，我们是朋友了。”

一旁的氧王爷也笑着说：“你们现在是氧化钡啦，看看身子，已经变成白色了。氧化钡不仅可以用于玻璃、陶瓷工业，还能用于甜菜糖精炼，而且也能作为制造过氧化钡和钡盐的原料。”

氧王子自豪地说：“氧化钡还是一种脱水剂和高效的干燥剂[6]，这样肯定就有许多人愿意喜欢我们了。”

小钡高兴地向氧王子道谢。氧王子握着小钡的手开心地笑了：“我们燃烧起来还能生成过氧化钡呢。”

“过氧化钡？”小钡疑惑道。氧王子笑而不语，牵着小钡的手靠近了照明的火把，只见小钡和氧王子身上迸发出绿色的火焰。“看，这就是过氧化钡。过氧化钡在酸的作用下还能生成相应的钡盐和过氧化氢。”

看着小钡惊喜的样子，氧王爷摸了摸小钡的头，说：“过氧化钡具有顺磁性，常与碳共热用来去极化呢[7]。”

小钡虽然没有找到“宝藏”，但收获了友谊。他告别氧王爷和氧王子，继续向元素河进发。

2 “钡”水一战

元素河是元素们交朋友的地方，河里有着大量的元素和水。

小钡从小到大不敢碰水，看着河面感到有点害怕，在岸上踌躇不已。飘在河面上的氢哥哥看到小钡问道：“这不是钡家族的小伙伴吗，你来这做什么？”

小钡连忙说明了来意。

听到钡爷爷，氢哥哥开心地笑道：“钡爷爷说的宝藏，我们倒没有什么印象，你不如到河里与其他元素聊一聊。”

小钡想到能让大家喜欢自己，于是一咬牙就跳进河水中。小钡感觉自己一下子好像消失了，这时氢哥哥不知道从哪里钻了出来。

“水姐姐挺喜欢你哦！”说着氢哥哥就比划着一个化学方程式：

“原来，我和水姐姐一起也会产生氢哥哥啊！”小钡有点自豪地说。

小钡想起之前缠着爷爷讲故事的时候，爷爷说过，氢氧化钡是碱土金属兄弟里氢氧化物中碱性最强的氢氧化物；而且氢氧化钡还是制造特种肥皂、杀虫剂的原料；也能用于硬水软化、甜菜糖精制、锅炉除垢、玻璃润滑等；在有机合成和钡盐制备时也可以大显身手。想到这里，小钡心里一阵欣喜，能为人们做出的贡献又多了一些，也是一番收获[8]。

“我就也挺喜欢你的，你看……”氢哥哥拉起了小钡的手，他们共同又比划了一个方程式：

“氢化钡可是极强的还原剂和氢化剂，也常用作真空管的除气剂呢。”

这时，小钡看到硫弟弟在元素河角落里孤独地发着呆，便好奇地向他打招呼：“小硫，为什么不和其他人一起玩呢？”

硫弟弟不好意思地说：“因为我很臭，和我交朋友后会有硫化氢的味道，大家都不想和我做朋友。”

小钡想起了自己的经历，毫不犹豫地说：“我来和你做朋友吧。”说着抱住硫弟弟，一个旋转生成了硫化钡。

但是硫化钡也有硫化氢气味，小硫更伤心了：“我害你变臭了。”

小钡摇摇头安慰硫弟弟道：“味道不重要，重要的是我们能起什么作用。”说着就牵着硫弟弟朝着岸边角落一挥，刹那间角落的细菌被消灭得干干净净。

小硫吃惊地问道：“这是？”

小钡笑着说：“爷爷说的果然没错，我们一起能起到灭菌杀螨的作用。”

“太神奇了。”硫弟弟大喊道。

“还有呢，你看看我们白色的身子，我们可是老牌的白色颜料——立德粉的主要成分呢。立德粉稳定可靠，墙壁和混凝土板，家具和玩具，还有橡胶和塑料制品，到处都是我们的舞台，并且我们还能制钡盐，也可以作橡胶硫化剂及皮革脱毛剂。你看，我们不是起了很大作用吗[9,10]？”

这时，元素河中的氯爷爷发现了小钡，朝小钡打招呼：“这不是小钡吗？都这么大了。”

小钡赶忙问：“氯爷爷，您认识我？”

氯爷爷哈哈一笑：“想当年我和你钡爷爷联手，合成白色的氯化钡，可是人尽皆知啊：不仅主要用于金属热处理、钡盐制造、电子仪表，也用于机械加工中作热处理剂；还能测定硫酸盐和硒酸盐等，用于色谱分析和滴定分析测定铂，是一种良好的软水剂；在织物染色工艺中也大展拳脚[11]。那时候你还没学会怎么走路呢。”

小钡心里一喜，赶忙问：“那您知道爷爷说的宝藏在哪吗？”

氯爷爷一听就笑了：“小钡啊，我当然知道啦，但是你不自己去找是找不到的。你是不是还没去过酸海，去了酸海你就会找到答案了。”

小钡一下子有些泄气了，但是想到自己已经交到的朋友的祝福和交朋友的愿望，又提起一股劲前往酸海。

3 化“钡”万方

元素河与酸海相隔不远，小钡化身钡离子一下子就游到了酸海旁。酸海里含有各种含氧酸根，小钡离子小心地把手机放在酸海岸边。

硝酸根、碳酸根和硫酸根看到小钡离子，高兴地大喊：“是钡家族的小伙伴来了。”

小钡离子也高兴地向他们打招呼。

硝酸根立马凑上前来，说：“小钡离子，我可等你好久了，你的氧化钡兄弟们也是一直在盼着呢！”

“怎么回事？”小钡离子挠了挠头。

硝酸根看着小钡离子，得意地说：“咱们啊，可是生产氧化钡的重要原料，在工厂生产中大显身手，氧化钡常常是在1000-1050 °C下煅烧硝酸钡制取。”

硝酸根说得更起劲了：“并且咱们还是光学玻璃、陶瓷和釉药等产品的原料哦。最酷的是……”

硝酸根掏出一张满是烟花的绚丽夜景照片，指着绿色的烟火说：“咱们燃烧时能产生漂亮的绿色火焰，所以还能作为绿色烟火、信号弹和光弹[7,12]。”

小钡离子看着照片发呆，幻想着绿色的烟火里有自己飞翔的影子：“如果能变成烟火的话，就能和大家的笑声相伴，大家一定喜欢我。”

旁边的碳酸根等不及小钡离子回过神来，就抱住了小钡离子。小钡离子突然感到身子一重，缓缓下沉，看着自己白色的身子，惊讶道：“我怎么沉底了，难道我……？”

碳酸根见小钡离子回过神，赶忙说：“小钡离子，我们现在是人见人爱的碳酸钡沉淀。碳酸钡的用途可不输给硝酸钡，不仅能用于制造陶瓷、搪瓷、油漆、光学玻璃、电容器、磁性材料，用作颜料、净水剂、毒鼠剂，还在橡胶业、造纸业、钢铁和金属表面处理及电子工业中发挥着重要的作用[13]。”

“咱们现在主要是靠硫化钡和二氧化碳们在高温(1100-1200 °C)下一起煅烧出来的。不过呢，要让大家更喜欢我们，咱们还得下功夫减肥，减小颗粒尺寸，锻炼身材以提高纯度，提高咱们作为材料的性能。别的不说，就说这电视机显像管玻壳，就是每家每户都需要的产品，咱们既能吸收X射线，屏蔽α射线也不在话下[13]。”

“嘿，小钡离子当然是和我做朋友啦。”硫酸根大哥不肯落后，只见他一下子扒开碳酸根，把小钡离子抱得比刚刚更紧了，马上就生成了更难溶的白色硫酸钡[2]。

“一定条件下，碳酸钡可以转化成更难溶的硫酸钡。”

“硫酸钡也有很大的用途哦。大名鼎鼎的钡餐就是硫酸钡，由于硫酸钡在酸中难溶，因此哪怕是在胃酸中也是沉淀，不会引起钡中毒，又不会透过X射线，因此常常作为X射线的显影剂[14]。”

“原来这就是检测肠胃健康的钡餐。”小钡离子惊讶地说。

“可不只是这样，我们除了作为钡餐，还有机会作为新型的血管造影试剂登上现代医学的舞台，远比现在的氧化铅试剂更安全环保[15]。”硫酸根得意地说，“说起这材料啊，我们也不会输给碳酸钡。当然啦，咱们也得锻炼身材，以保持合适的粒径大小。咱们这身材也是有讲究的，咱们中的中等个子(0.3 μm以下)，叫做微粒型硫酸钡，个子刚好合适当填充剂。大家生活中的高级树脂和橡胶都能用我们填充[16]。”

小钡离子听得津津有味。

“小个子(平均粒径为0.2 μm)呢，可以做有色颜料的分散剂，使涂料更鲜明有光泽。苗条身材(微细鳞片状)的呢，用来帮忙做复印纸，光滑极了[16]。”硫酸根大哥看着小钡离子说，“你看，我们一起出场就可以让大家刮目相看。”

小钡离子开心地点点头：“太好啦，我们一起，大家肯定都会和我们做朋友。”

硝酸根、碳酸根与硫酸根相视一笑，酸海上顿时响起一阵阵笑声。

这时，一个慢悠悠的声音传来：“怎么大家都忘了我呀？”大家仔细一看，原来是钛酸根在说话。

“小钡离子啊，我和你爷爷可是老相识了，怎么来了不和我打声招呼啊？”

小钡离子摇了摇头：“您和我爷爷认识吗，我想不起来了。”

“小钡离子啊，”钛酸根爷爷笑着指着岸上的手机说，“你不记得了吗？手机的电池一路都没用完可是多亏了我和你爷爷的功劳。”

“哦，原来是您，我刚刚太兴奋忘了这茬了。”小钡离子吐了吐舌头，“爷爷老跟我念叨和您冒险的故事，说是钛酸钡(图2)是钛酸盐系列电子陶瓷的主要原料，是一种重要的铁电陶瓷材料。没有了您们，大家就造不了片式多层陶瓷电容器(Multi-Layer Ceramic Capacitors，MLCC)。多亏有您们，大家的手机电池容量才有现在这么大[17]。”

图2 钛酸钡晶体结构

“哦，你爷爷还和你说了这些呀。其实，除了陶瓷电容器，日常生活中常常见到压电器件、热敏电阻、电光显示板、聚合物基复合材料和涂层材料上，都有我们的身影。”钛酸根爷爷笑吟吟地拿出一个常用的打火机，“你看，这个小小的打火机里就有我们造的压电陶瓷(图3)，按下打火机金属帽后，金属帽冲击压电陶瓷就会在两点火极之间产生火花引燃打火机里的气体哦。”

图3 打火机内部压电陶瓷点火器装置

小钡离子嘿嘿一笑：“钛酸根爷爷，那您知道爷爷说的宝藏在哪吗？”

钛酸根爷爷哈哈一笑：“还是让你爷爷来和你说吧。”只见钡爷爷缓缓地从酸海岸边走了过来。

4 神奇宝“钡”

小钡离子一个旋转变回小钡，挠了挠头，问：“爷爷，您怎么在这里？”

“傻孩子，爷爷跟了你一路啦。从氧城到元素河再到酸海，你还没发现真正的宝藏吗？”

“哦，爷爷，宝藏是我和大家的友谊吗？”

“不全是，你看，你不是说因为钡的很多化合物是有毒的，大家才不喜欢你吗？你和大家交了朋友后，不是发挥了独一无二的作用吗？”

“可是，如果没有了这些伙伴们的帮助，我就没有这些本领了。”

“不是这样哦，爷爷曾经独自帮助了γ-氧化铝(γ-Al2O3)涂层，让涂层在高温下也有较高的稳定性[18]。”钡爷爷笑着说，“经历了一路的冒险，你是不是了解到什么事情都要辩证地看待，同样的特性在一定的情景是好的，而在另外的情景中就是不好的。比如，毒性看来是不好的，但是作为杀虫灭菌剂的成分时，反而是有用的嘛。所以，真正的宝藏是善于发挥自己的长处，要学会利用自己的特性去改变和造福大家的生活，这样大家就会喜欢你了。”

小钡恍然大悟，开心地跳了起来：“发挥自己的长处，广交天下好友，一起为人类做出更多的贡献！我就是神奇宝‘钡’！”