Bariumsulfat
| Strukturformel | |||||||||
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| Allgemeines | |||||||||
| Name | Bariumsulfat | ||||||||
| Andere Namen |
Schwerspat | ||||||||
| Summenformel | BaSO4 | ||||||||
| CAS-Nummer | 7727-43-7 | ||||||||
| ATC-Code | |||||||||
| Kurzbeschreibung |
farblose rhombische Kristalle[1] | ||||||||
| Arzneistoffangaben | |||||||||
| Wirkstoffklasse | |||||||||
| Verschreibungspflichtig: Teilweise | |||||||||
| Eigenschaften | |||||||||
| Molare Masse | 233,39 g·mol−1 | ||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||
| Dichte |
4,5 g·cm−3[2] | ||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||
| Löslichkeit |
unlöslich in Wasser[2] | ||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||
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| MAK |
0,1 mg·m−3 (Barium)[2] | ||||||||
| Thermodynamische Eigenschaften | |||||||||
| ΔHf0 |
−1465,2 kJ·mol−1[3] | ||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||
Bariumsulfat (BaSO4) ist das Barium-Salz der Schwefelsäure.
Vorkommen
In der Natur tritt Bariumsulfat im Mineral Baryt (Schwerspat) auf, das als Hauptrohstoff zur Herstellung anderer Barium-Verbindungen dient.
Gewinnung und Darstellung
Bariumsulfat kann durch Reaktion von Bariumbromid mit Zinksulfat gewonnen werden.[4]
- $ \mathrm {BaBr_{2}+ZnSO_{4}\longrightarrow BaSO_{4}+ZnBr_{2}} $
Eigenschaften
Barium (Ordnungszahl 56 im PSE) ist abgeleitet vom griechischen βαρύς /barys/ „schwer“. Das natürliche Mineral hat seinen Namen aus dieser Wortbedeutung.
Aufgrund der hohen Elektronendichte kann Bariumsulfat als positives Röntgenkontrastmittel verwendet werden.
Als Laborchemikalie ist Bariumsulfat ein weißes, in Wasser praktisch unlösliches Pulver.
Bei hohen Temperaturen zersetzt sich Bariumsulfat zu Bariumoxid, Schwefeldioxid und Sauerstoff:
- $ \mathrm {2\ BaSO_{4}\longrightarrow 2\ BaO+2\ SO_{2}+O_{2}} $
Bariumsulfat ist auf Grund seiner Schwerlöslichkeit im Gegensatz zu allen anderen Bariumverbindungen kein Gefahrstoff.
Gewinnung und Darstellung
Bariumsulfat in der Produktform Blanc fix ist ein synthetischer, also künstlich hergestellter, Füllstoff. Die Fällung des Bariumsulfids mit Natriumsulfat führt zu einem Produkt, das sehr feinkörnig aufbereitet werden kann.
- $ \mathrm {BaS+Na_{2}SO_{4}\longrightarrow BaSO_{4}\downarrow +\ Na_{2}S} $
Das gefällte Bariumsulfat wird abfiltriert, getrocknet und gemahlen. Das reinweiße Bariumsulfat hat gewöhnlich eine Teilchengröße im einstelligen Mikrometerbereich.
Zur Herstellung von Blanc-fix-Pasten mit einem 25- bis 30-prozentigen Feststoffgehalt setzt man Bariumchlorid mit Natriumsulfat zum unlöslichen Bariumsulfat um.
- $ \mathrm {BaCl_{2}+Na_{2}SO_{4}\longrightarrow BaSO_{4}\downarrow +\ 2\ NaCl} $
Die Bariumchloridlösung stammt gewöhnlich aus der Lithopone-Herstellung oder wird durch Umsetzung von Bariumsulfid mit Salzsäure hergestellt.
Früher fiel Bariumsulfat bei der Herstellung von Wasserstoffperoxid aus Bariumperoxid bei der Umsetzung mit Schwefelsäure an.
Verwendung
Röntgenkontrastmittel
In der Medizin wird es als Röntgenkontrastmittel Patienten in Form einer milchigen Suspension zum Trinken gegeben, um den Verlauf des Verdauungstraktes bei einer Röntgenuntersuchung zu kontrastieren (positives Röntgenkontrastmittel mit hoher Röntgenstrahlabsorption). Zwar haben aquatisierte Bariumionen eine schädliche Wirkung auf den Organismus, aber das Sulfat ist äußerst schwer löslich und zersetzt sich erst ab Temperaturen oberhalb 1400 °C, so dass es bedenkenlos verabreicht werden kann. Bei der Anwendung als Röntgenkontrastmittel wird Bariumsulfat meist in Kombination mit Kohlenstoffdioxid oder auch Methylcellulose-Gelen verabreicht, um ein Aufblähen des Gastrointestinaltraktes (Magen-Darm-Trakt) zu erreichen. Diese Methode wird als Doppelkontrastmethode bezeichnet und dient zur besseren Reliefdarstellung der inneren Schleimhäute, da das Bariumsulfat nur noch als hauchdünne Schicht auf den Oberflächen zurückbleibt. Die Prallfülltechnik hingegen wird alleine mit Bariumsulfat durchgeführt und erlaubt es, den ganzen Magen-Darm-Trakt darzustellen. In niedrigerer Konzentration, meist 1–1,5 %, wird Bariumsulfat in der Computertomographie ebenfalls zur Markierung des Gastrointestinaltraktes verwendet. Als unlösliches Salz darf Bariumsulfat nicht bei Verdacht auf eine Darmperforation oder kurz nach einer Operation, aber auch nicht bei Schluckstörungen oder Kleinkindern eingesetzt werden. Bei Austritt aus dem Magen-Darm-Trakt kann es zu schweren Fremdkörperreaktionen kommen, da Bariumsulfat nicht abgebaut wird oder sich nur sehr schwer entfernen lässt. Eine intraperitoneale Fehlgabe kann in 20 bis 50 % der Fälle tödlich verlaufen. Bei korrekter Anwendung ist die Verträglichkeit außerordentlich gut, da es praktisch nicht resorbiert und unverändert als weißer Stuhl wieder ausgeschieden wird.
Im Juli 2003 wurden in Brasilien zwölf Menschen durch verunreinigtes Bariumsulfat getötet.[5]
Weißer Füllstoff
Als Barytweiß, Blanc fixe, Malerweiß, Puppenweiß ist gefälltes Bariumsulfat der weiße Füllstoff in vielen Malerfarben und Lacken. Es kann auch in Deckweiß enthalten sein. Im Colour Index wird Bariumsulfat, als synthetisches BaSO4 unter der Bezeichnung C.I. Pigment White 21 und als „natürliches“ Baryt unter C.I. Pigment White 22 geführt. Es ist hervorragend lichtecht und chemisch stabil. Deshalb erhielt es auch die Bezeichnung Permanentweiß.
Die Wirkung als Weißpigment entsteht durch Streuung an der Grenzfläche zwischen Füllstoff und umgebendem Bindemittel. Daher erscheint Bariumsulfat in Bindemitteln, die selbst einen Brechungsindex nahe dem von Bariumsulfat (1,64[6]) besitzen, nahezu transparent. Diese geringe Differenz der Brechungsindices ist vorteilhaft für die Verwendung als Verschnittmittel. In Systemen, die oberhalb der kritischen Pigment-Volumen-Konzentration formuliert sind, etwa in Dispersionsfarben, kommen zusätzliche Grenzflächen zwischen Bariumsulfat und Luft hinzu. An diesen ist die Differenz der Brechungsindices größer, so dass das Deckvermögen deutlich erhöht wird (Dry-Hiding-Effekt).
Beim Einsatz farbstarker organischer Pigmente in geringen Mengen ist es üblich, so genannte Verkollerungen mit Bariumsulfat als Trägersubstanz herzustellen. Dabei werden Pigment und Bariumsulfat gemeinsam vermahlen. Der Farbort verändert sich dabei nicht, aber die Farbstärke wird deutlich herabgesetzt. So wird die Dosierung geringer Pigmentmengen vereinfacht. Diese Methode wird für die Herstellung von Lasuren benötigt. Auch bei einer Nuancierung von reinen Weißtönen ist es vorteilhaft größere Mengen mit herabgesetzter Farbstärke abzuwägen..
Als Blanc fixe wurde es erstmals 1830 von Kuhlmann in Lille in den Handel gebracht. Natürlicher gemahlener Baryt dürfte schon früher verwendet worden sein. Das durch Fällung hergestellte Bariumsulfat ist allerdings feiner und brillanter und daher als Füllstoff besser geeignet.
Im Gemisch mit Zinksulfid wird es als Lithopone bezeichnet. Diese entstehen durch gegenseitiges Ausfällen von BaS und ZnSO4.
Schwerspat wird bei der Produktion von Spachtelmassen im Autoreparaturbereich eingesetzt.
Häufig wird Bariumsulfat als Füllstoff für Papier und Kautschuk verwendet. Eine spezielle Verwendung ist der Einsatz im Barytpapier für Fotopapiere.
F. Grum und W. Luckey (Kodak) führten 1968 das Bariumsulfat als Weiß zur Beschichtung von Ulbricht-Kugeln ein.[7] Aufgrund seiner äußerst geringen Absorption von 250 nm bis 2500 nm dient Bariumsulfat auch heute noch mit einer Reflektivität von mehr als 90 % als De-facto-Standard für diffuse Weißreflektoren. Einen Ersatz bilden Teflon-Standards, die abriebfester sind. Titandioxid ist wegen seiner merklichen Absorption zum Ultraviolett nur eingeschränkt geeignet.
Analytik
In der Analytik entsteht Bariumsulfat beim positiven Nachweis auf Sulfate, indem eine Probelösung mit Salzsäure angesäuert wird und mit Bariumchlorid versetzt wird. Das schwerlösliche Bariumsulfat fällt schließlich als weißer Niederschlag aus. Analog kann ausgefälltes Bariumsulfat auch zur gravimetrischen Bestimmung von Barium verwendet werden.
Einzelnachweise
- ↑ Thieme Chemistry (Hrsg.): RÖMPP Online - Version 3.5. Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2009.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Datenblatt Bariumsulfat bei AlfaAesar, abgerufen am 7. Januar 2010 (JavaScript erforderlich)..
- ↑ G.Kortüm, H.Lachmann; Einführung in die chemische Thermodynamik; 7., ergänzte und neubearbeitete Auflage; Seite 465; Verlag Chemie; Weinheim; Vandenhoeck & Ruprecht; Göttingen; 1981; ISBN 3-527-25881-7 (Verlag Chemie); ISBN 3-525-42310-1 (Vandenhoeck & Ruprecht).
- ↑ Pradyot Patnaik, 2003, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill Professional, ISBN 0070494398
- ↑ Radiology dye kills six (engl.)
- ↑ T. Brock, M. Groteklaes, P. Mischke; Lehrbuch der Lacktechnologie; 2. Auflage; Seite 123; Vincentz Network; Hannover; 2000; ISBN 3-87870569-7.
- ↑ F. Grum, G. W. Luckey; Optical Sphere Paint and a Working Standard of Reflectance; Applied Optics, Vol. 7, Issue 11, pp. 2289-2294 (1968) doi:10.1364/AO.7.002289
Handelsnamen
Baricol (A), Barilux (D), CAT-Barium (CH), Microbar (CH), Micropaque (D, A, CH), Microtrast (D), Polibar (CH), Prontobario (A), Scannotrast (A)
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