Bariumsulfat

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Strukturformel
Struktur des Ba2+-Ions Struktur des Sulfations
Allgemeines
Name Bariumsulfat
Andere Namen

Schwerspat

Summenformel BaSO4
CAS-Nummer 7727-43-7
ATC-Code
Kurzbeschreibung

farblose, rhombische Kristalle[1]

Arzneistoffangaben
Wirkstoffklasse

Kontrastmittel

Eigenschaften
Molare Masse 233,39 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

4,5 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

1580 °C (Zersetzung)[2]

Löslichkeit

2,2 mg·l−1 (bei 18 °C)[1]

Sicherheitshinweise
Bitte die eingeschränkte Gültigkeit der Gefahrstoffkennzeichnung bei Arzneimitteln beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze [2]
MAK
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−1465,2 kJ·mol−1[4]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Bariumsulfat (BaSO4) ist das Barium-Salz der Schwefelsäure.

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Natur tritt Bariumsulfat im Mineral Baryt (Schwerspat) auf, das als Hauptrohstoff zur Herstellung anderer Barium-Verbindungen dient. In manchen Algen, wie z. B. den Zellen von Closterium kommt Bariumsulfat in der normalen rhombischen Baryt-Form vor. Im Ciliaten Loxodes konnte nachgewiesen werden, dass die Bariumsulfat-Kristalle aufgrund ihrer hohen Dichte als Schwerkraftrezeptoren dienen.[5]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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. Bariumsulfat ein weißes Pulver, das in Wasser, Säuren und Laugen praktisch unlöslich ist, während es sich in heißer konzentrierter Schwefelsäure bis zu 12 % lösen lässt. Bei hohen Temperaturen (> 1400 °C) zersetzt sich Bariumsulfat zu Bariumoxid, Schwefeldioxid und Sauerstoff:

Bariumsulfat ist auf Grund seiner Schwerlöslichkeit im Gegensatz zu allen anderen Bariumverbindungen kein Gefahrstoff.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bariumsulfat als Pulver

Bariumsulfat wird vor allen Dingen durch Abbau des Minerals Baryt gewonnen.[1] 2014 betrug die weltweite Fördermenge 9,30 Millionen Tonnen. Die größten Produzenten sind China (4,10 Mio Tonnen), Indien (1,44 Mio Tonnen), Marokko (1,01 Mio Tonnen) und die USA (0,72 Mio Tonnen).[6] Das gewonnene Erz wird gewaschen, gebrochen und gemahlen und das Bariumsulfat durch Sedimentation von der Gangart getrennt. Durch weitere physikalische Bearbeitung (Flotation) und chemische Aufbereitung (Oxidation, Reduktion) werden die Reinheit und der Weißgrad weiter erhöht.[1]

Blanc fix ist es ein synthetisches, durch Fällung hergestelltes, Bariumsulfat, welches insbesondere als Füllstoff Verwendung findet. Die Fällung des Bariumsulfids mit Natriumsulfat führt zu einem Produkt, das sehr feinkörnig aufbereitet werden kann.

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.

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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Natürliches Bariumsulfat dient als Rohstoff zur technischen Herstellung anderer Barium-Verbindungen inklusive Barium-Metall. Als Füllstoff wird Bariumsulfat in Kunststoffen, plastischen Massen, Lacken und Farben, sowie bei der Papierherstellung verwendet.[1] Daneben wird es aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften bei der Rohstoffgewinnung und in Schwerbeton sowie aufgrund der Absorption von Gamma- und Röntgenstrahlung in Strahlenschutzbeton und in der Radiologie eingesetzt.

In der Erdöl- und Erdgas-Industrie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die - bezogen auf die Menge - wichtigste Anwendung von Bariumsulfat ist die Verwendung in Bohrspülschlämmen. Durch die hohe Dichte des Bariumsulfats erhält man Suspensionen deren Dichte so hoch ist, dass Gesteinsbrocken im Bohrschlamm aufschwimmen und dadurch das Bohrloch frei gespült werden kann.[1]

Als Füllstoff[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schwerspat wird bei der Produktion von Kunststoffen für Spachtelmassen im Autoreparaturbereich, als Füllstoff in Kupplungs- und Bremsbelägen, in Teppichbodenbeschichtungen und in Abwasserrohren eingesetzt. Durch seine hohe Dichte erhöht es die Dichte des Kunststoffes, wirkt es schalldämmend und verbessert durch seine geringe Ölzahl die Verarbeitbarkeit und den Verlauf. Daneben erhöht es die Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit von Kunststoffen. Durch seine Temperaturstabilität kann es auch dort eingesetzt werden, wo andere Füllstoffe, wie Calciumcarbonat, nicht mehr verwendet werden können. Bei der Herstellung von Papier wird Bariumsulfat als Füllstoff eingesetzt um die Streichfähigkeit zu verbessern, siehe Barytpapier für Fotopapiere.[1]

als Weißpigment[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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[7]) 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.

F. Grum und W. Luckey (Kodak) führten 1968 das Bariumsulfat als Weiß zur Beschichtung von Ulbricht-Kugeln ein.[8] 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.

Röntgenkontrastmittel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Kontrastmittel

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). In niedrigerer Konzentration, meist 1–1,5 %, wird Bariumsulfat in der Computertomographie ebenfalls zur Markierung des Gastrointestinaltraktes verwendet.

Analytik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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.

Handelsnamen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Monopräparate

Baricol (A), Barilux (D), CAT-Barium (CH), Microbar (CH), Micropaque (D, A, CH), Microtrast (D), Polibar (CH), Prontobario (A), Scannotrast (A)

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e f g Eintrag zu Bariumsulfat. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 26. November 2016.
  2. a b c d e Datenblatt Bariumsulfat bei AlfaAesar, abgerufen am 7. Januar 2010 (JavaScript erforderlich).
  3. a b MAK- und BAT-Werte-Liste 2013
  4. 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).
  5. D. Neugebauer et al. Evidence of central and peripheral gravireception in the ciliate Loxodes striatus, J. Comp. Physiol. A (1998) 183, 303–311.
  6. British Geological Survey: World mineral statistics – MineralsUK. In: bgs.ac.uk. Abgerufen am 26. November 2016.
  7. T. Brock, M. Groteklaes, P. Mischke; Lehrbuch der Lacktechnologie; 2. Auflage; Seite 123; Vincentz Network; Hannover; 2000; ISBN 3-87870-569-7.
  8. F. Grum, G. W. Luckey; Optical Sphere Paint and a Working Standard of Reflectance; Applied Optics, Vol. 7, Heft 11, S. 2289–2294 (1968), doi:10.1364/AO.7.002289.
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