小鋇探險記

吳錦弘，潘有琪，張來英，朱亞先

廈門大學化學化工學院，福建 廈門 361005

“嗚嗚嗚……”小鋇因大家誤解他是壞元素，不是人體必需元素，是有毒元素，藏在被窩里哭泣[1]。

鋇爺爺聽到小鋇的哭聲，趕來安慰小鋇：“怎么了，小鋇？”

小鋇知道大家都喜歡爺爺，小鋇忙向爺爺請教。鋇爺爺笑了笑，將一份電子地圖發給了小鋇，“按著地圖找到寶藏，大家就會喜歡你了。”

小鋇一下子轉悲為喜，急忙打開手機查看爺爺的地圖，地圖上分別標注了氧城、元素河和酸海，小鋇決定按順序去尋找寶藏。

1 “鋇”寵若驚

小鋇照著手機的指引來到氧城的邊界，守城的衛士問：“你是從哪兒來的？”

小鋇清了清嗓子：“我來自元素國s區、第六周期、第IIA族的鋇家族，也是堿土金屬兄弟會的成員，符號為Ba，在元素國排行第56位。我天生是銀白色的皮膚，密度是3.62 g·cm-3；我不是很怕熱，在727 °C (熔點)時我才會流汗；我的體重是137.33 (相對原子質量)；我的兄弟姐妹在地球上到處都有分布，在地殼中的含量為4.25 × 102mg·kg-1，在海洋中的含量也有1.3 × 10-2mg·kg-1[2-5]。”說到這，小鋇的聲音突然又變小了：“但是大家好像不喜歡我。”

守衛看到小鋇快要哭出來的樣子，趕緊又說：“別傷心，你在自然界還有兄弟姐妹呢。”

小鋇又打起精神來：“是的。鋇的性格非常活潑，自然界中雖然沒有發現單質形態的鋇，但以重晶石和毒重石(圖1)形式存在的硫酸鋇和碳酸鋇還是很多的。比如，英國的威斯特曼蘭、昆不利亞，羅馬尼亞的菲爾斯邦尼，德國的薩克森，中國的貴州天柱、甘肅黑風溝、湖南貢溪、湖北柳林、廣西象州、陜西水坪等地都有重晶石的身影[1]。”

圖1 重晶石和毒重石

守衛又問道：“你來氧城做什么呢？”

“我也想為人類做貢獻，想要廣交朋友。鋇爺爺告訴我氧城有讓大家喜歡我的寶藏。”

守衛頓時明白了，善意地笑道：“想尋找寶藏，你可以去問問氧王爺。”

守衛剛說完，小鋇就急匆匆地跑向氧王爺的城堡。氧王爺聽說來的是鋇爺爺的孫子，趕忙讓小鋇進到城堡大廳。

“氧王爺，您好！請問氧城有讓大家喜歡我的寶藏嗎？”小鋇懇切地請求道。

氧王爺搖搖頭：“沒有。不過，你可以跟我的小王子聊一聊。”

氧王爺剛說完，氧王子飛奔過來，一下抱住了小鋇，高興地和小鋇跳起舞來。小鋇感覺全身慢慢變熱，最后竟和氧王子一起緩緩地變成了氧化鋇[1]。

氧王子笑著說：“瞧，小鋇！這是我給你的禮物，我們是朋友了。”

一旁的氧王爺也笑著說：“你們現在是氧化鋇啦，看看身子，已經變成白色了。氧化鋇不僅可以用于玻璃、陶瓷工業，還能用于甜菜糖精煉，而且也能作為制造過氧化鋇和鋇鹽的原料。”

氧王子自豪地說：“氧化鋇還是一種脫水劑和高效的干燥劑[6]，這樣肯定就有許多人愿意喜歡我們了。”

小鋇高興地向氧王子道謝。氧王子握著小鋇的手開心地笑了：“我們燃燒起來還能生成過氧化鋇呢。”

“過氧化鋇？”小鋇疑惑道。氧王子笑而不語，牽著小鋇的手靠近了照明的火把，只見小鋇和氧王子身上迸發出綠色的火焰。“看，這就是過氧化鋇。過氧化鋇在酸的作用下還能生成相應的鋇鹽和過氧化氫。”

看著小鋇驚喜的樣子，氧王爺摸了摸小鋇的頭，說：“過氧化鋇具有順磁性，常與碳共熱用來去極化呢[7]。”

小鋇雖然沒有找到“寶藏”，但收獲了友誼。他告別氧王爺和氧王子，繼續向元素河進發。

2 “鋇”水一戰

元素河是元素們交朋友的地方，河里有著大量的元素和水。

小鋇從小到大不敢碰水，看著河面感到有點害怕，在岸上躊躇不已。飄在河面上的氫哥哥看到小鋇問道：“這不是鋇家族的小伙伴嗎，你來這做什么？”

小鋇連忙說明了來意。

聽到鋇爺爺，氫哥哥開心地笑道：“鋇爺爺說的寶藏，我們倒沒有什么印象，你不如到河里與其他元素聊一聊。”

小鋇想到能讓大家喜歡自己，于是一咬牙就跳進河水中。小鋇感覺自己一下子好像消失了，這時氫哥哥不知道從哪里鉆了出來。

“水姐姐挺喜歡你哦！”說著氫哥哥就比劃著一個化學方程式：

“原來，我和水姐姐一起也會產生氫哥哥啊！”小鋇有點自豪地說。

小鋇想起之前纏著爺爺講故事的時候，爺爺說過，氫氧化鋇是堿土金屬兄弟里氫氧化物中堿性最強的氫氧化物；而且氫氧化鋇還是制造特種肥皂、殺蟲劑的原料；也能用于硬水軟化、甜菜糖精制、鍋爐除垢、玻璃潤滑等；在有機合成和鋇鹽制備時也可以大顯身手。想到這里，小鋇心里一陣欣喜，能為人們做出的貢獻又多了一些，也是一番收獲[8]。

“我就也挺喜歡你的，你看……”氫哥哥拉起了小鋇的手，他們共同又比劃了一個方程式：

“氫化鋇可是極強的還原劑和氫化劑，也常用作真空管的除氣劑呢。”

這時，小鋇看到硫弟弟在元素河角落里孤獨地發著呆，便好奇地向他打招呼：“小硫，為什么不和其他人一起玩呢？”

硫弟弟不好意思地說：“因為我很臭，和我交朋友后會有硫化氫的味道，大家都不想和我做朋友。”

小鋇想起了自己的經歷，毫不猶豫地說：“我來和你做朋友吧。”說著抱住硫弟弟，一個旋轉生成了硫化鋇。

但是硫化鋇也有硫化氫氣味，小硫更傷心了：“我害你變臭了。”

小鋇搖搖頭安慰硫弟弟道：“味道不重要，重要的是我們能起什么作用。”說著就牽著硫弟弟朝著岸邊角落一揮，剎那間角落的細菌被消滅得干干凈凈。

小硫吃驚地問道：“這是？”

小鋇笑著說：“爺爺說的果然沒錯，我們一起能起到滅菌殺螨的作用。”

“太神奇了。”硫弟弟大喊道。

“還有呢，你看看我們白色的身子，我們可是老牌的白色顏料——立德粉的主要成分呢。立德粉穩定可靠，墻壁和混凝土板，家具和玩具，還有橡膠和塑料制品，到處都是我們的舞臺，并且我們還能制鋇鹽，也可以作橡膠硫化劑及皮革脫毛劑。你看，我們不是起了很大作用嗎[9,10]？”

這時，元素河中的氯爺爺發現了小鋇，朝小鋇打招呼：“這不是小鋇嗎？都這么大了。”

小鋇趕忙問：“氯爺爺，您認識我？”

氯爺爺哈哈一笑：“想當年我和你鋇爺爺聯手，合成白色的氯化鋇，可是人盡皆知啊：不僅主要用于金屬熱處理、鋇鹽制造、電子儀表，也用于機械加工中作熱處理劑；還能測定硫酸鹽和硒酸鹽等，用于色譜分析和滴定分析測定鉑，是一種良好的軟水劑；在織物染色工藝中也大展拳腳[11]。那時候你還沒學會怎么走路呢。”

小鋇心里一喜，趕忙問：“那您知道爺爺說的寶藏在哪嗎？”

氯爺爺一聽就笑了：“小鋇啊，我當然知道啦，但是你不自己去找是找不到的。你是不是還沒去過酸海，去了酸海你就會找到答案了。”

小鋇一下子有些泄氣了，但是想到自己已經交到的朋友的祝福和交朋友的愿望，又提起一股勁前往酸海。

3 化“鋇”萬方

元素河與酸海相隔不遠，小鋇化身鋇離子一下子就游到了酸海旁。酸海里含有各種含氧酸根，小鋇離子小心地把手機放在酸海岸邊。

硝酸根、碳酸根和硫酸根看到小鋇離子，高興地大喊：“是鋇家族的小伙伴來了。”

小鋇離子也高興地向他們打招呼。

硝酸根立馬湊上前來，說：“小鋇離子，我可等你好久了，你的氧化鋇兄弟們也是一直在盼著呢！”

“怎么回事？”小鋇離子撓了撓頭。

硝酸根看著小鋇離子，得意地說：“咱們啊，可是生產氧化鋇的重要原料，在工廠生產中大顯身手，氧化鋇常常是在1000-1050 °C下煅燒硝酸鋇制取。”

硝酸根說得更起勁了：“并且咱們還是光學玻璃、陶瓷和釉藥等產品的原料哦。最酷的是……”

硝酸根掏出一張滿是煙花的絢麗夜景照片，指著綠色的煙火說：“咱們燃燒時能產生漂亮的綠色火焰，所以還能作為綠色煙火、信號彈和光彈[7,12]。”

小鋇離子看著照片發呆，幻想著綠色的煙火里有自己飛翔的影子：“如果能變成煙火的話，就能和大家的笑聲相伴，大家一定喜歡我。”

旁邊的碳酸根等不及小鋇離子回過神來，就抱住了小鋇離子。小鋇離子突然感到身子一重，緩緩下沉，看著自己白色的身子，驚訝道：“我怎么沉底了，難道我……？”

碳酸根見小鋇離子回過神，趕忙說：“小鋇離子，我們現在是人見人愛的碳酸鋇沉淀。碳酸鋇的用途可不輸給硝酸鋇，不僅能用于制造陶瓷、搪瓷、油漆、光學玻璃、電容器、磁性材料，用作顏料、凈水劑、毒鼠劑，還在橡膠業、造紙業、鋼鐵和金屬表面處理及電子工業中發揮著重要的作用[13]。”

“咱們現在主要是靠硫化鋇和二氧化碳們在高溫(1100-1200 °C)下一起煅燒出來的。不過呢，要讓大家更喜歡我們，咱們還得下功夫減肥，減小顆粒尺寸，鍛煉身材以提高純度，提高咱們作為材料的性能。別的不說，就說這電視機顯像管玻殼，就是每家每戶都需要的產品，咱們既能吸收X射線，屏蔽α射線也不在話下[13]。”

“嘿，小鋇離子當然是和我做朋友啦。”硫酸根大哥不肯落后，只見他一下子扒開碳酸根，把小鋇離子抱得比剛剛更緊了，馬上就生成了更難溶的白色硫酸鋇[2]。

“一定條件下，碳酸鋇可以轉化成更難溶的硫酸鋇。”

“硫酸鋇也有很大的用途哦。大名鼎鼎的鋇餐就是硫酸鋇，由于硫酸鋇在酸中難溶，因此哪怕是在胃酸中也是沉淀，不會引起鋇中毒，又不會透過X射線，因此常常作為X射線的顯影劑[14]。”

“原來這就是檢測腸胃健康的鋇餐。”小鋇離子驚訝地說。

“可不只是這樣，我們除了作為鋇餐，還有機會作為新型的血管造影試劑登上現代醫學的舞臺，遠比現在的氧化鉛試劑更安全環保[15]。”硫酸根得意地說，“說起這材料啊，我們也不會輸給碳酸鋇。當然啦，咱們也得鍛煉身材，以保持合適的粒徑大小。咱們這身材也是有講究的，咱們中的中等個子(0.3 μm以下)，叫做微粒型硫酸鋇，個子剛好合適當填充劑。大家生活中的高級樹脂和橡膠都能用我們填充[16]。”

小鋇離子聽得津津有味。

“小個子(平均粒徑為0.2 μm)呢，可以做有色顏料的分散劑，使涂料更鮮明有光澤。苗條身材(微細鱗片狀)的呢，用來幫忙做復印紙，光滑極了[16]。”硫酸根大哥看著小鋇離子說，“你看，我們一起出場就可以讓大家刮目相看。”

小鋇離子開心地點點頭：“太好啦，我們一起，大家肯定都會和我們做朋友。”

硝酸根、碳酸根與硫酸根相視一笑，酸海上頓時響起一陣陣笑聲。

這時，一個慢悠悠的聲音傳來：“怎么大家都忘了我呀？”大家仔細一看，原來是鈦酸根在說話。

“小鋇離子啊，我和你爺爺可是老相識了，怎么來了不和我打聲招呼啊？”

小鋇離子搖了搖頭：“您和我爺爺認識嗎，我想不起來了。”

“小鋇離子啊，”鈦酸根爺爺笑著指著岸上的手機說，“你不記得了嗎？手機的電池一路都沒用完可是多虧了我和你爺爺的功勞。”

“哦，原來是您，我剛剛太興奮忘了這茬了。”小鋇離子吐了吐舌頭，“爺爺老跟我念叨和您冒險的故事，說是鈦酸鋇(圖2)是鈦酸鹽系列電子陶瓷的主要原料，是一種重要的鐵電陶瓷材料。沒有了您們，大家就造不了片式多層陶瓷電容器(Multi-Layer Ceramic Capacitors，MLCC)。多虧有您們，大家的手機電池容量才有現在這么大[17]。”

圖2 鈦酸鋇晶體結構

“哦，你爺爺還和你說了這些呀。其實，除了陶瓷電容器，日常生活中常常見到壓電器件、熱敏電阻、電光顯示板、聚合物基復合材料和涂層材料上，都有我們的身影。”鈦酸根爺爺笑吟吟地拿出一個常用的打火機，“你看，這個小小的打火機里就有我們造的壓電陶瓷(圖3)，按下打火機金屬帽后，金屬帽沖擊壓電陶瓷就會在兩點火極之間產生火花引燃打火機里的氣體哦。”

圖3 打火機內部壓電陶瓷點火器裝置

小鋇離子嘿嘿一笑：“鈦酸根爺爺，那您知道爺爺說的寶藏在哪嗎？”

鈦酸根爺爺哈哈一笑：“還是讓你爺爺來和你說吧。”只見鋇爺爺緩緩地從酸海岸邊走了過來。

4 神奇寶“鋇”

小鋇離子一個旋轉變回小鋇，撓了撓頭，問：“爺爺，您怎么在這里？”

“傻孩子，爺爺跟了你一路啦。從氧城到元素河再到酸海，你還沒發現真正的寶藏嗎？”

“哦，爺爺，寶藏是我和大家的友誼嗎？”

“不全是，你看，你不是說因為鋇的很多化合物是有毒的，大家才不喜歡你嗎？你和大家交了朋友后，不是發揮了獨一無二的作用嗎？”

“可是，如果沒有了這些伙伴們的幫助，我就沒有這些本領了。”

“不是這樣哦，爺爺曾經獨自幫助了γ-氧化鋁(γ-Al2O3)涂層，讓涂層在高溫下也有較高的穩定性[18]。”鋇爺爺笑著說，“經歷了一路的冒險，你是不是了解到什么事情都要辯證地看待，同樣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，毒性看來是不好的，但是作為殺蟲滅菌劑的成分時，反而是有用的嘛。所以，真正的寶藏是善于發揮自己的長處，要學會利用自己的特性去改變和造福大家的生活，這樣大家就會喜歡你了。”

小鋇恍然大悟，開心地跳了起來：“發揮自己的長處，廣交天下好友，一起為人類做出更多的貢獻！我就是神奇寶‘鋇’！”