El sulfato de bario (o sulfato de bario ) es un compuesto inorgánico con la fórmula química BaSO4 . Es un sólido cristalino blanco, inodoro e insoluble en agua . Se presenta en la naturaleza como el mineral barita , que es la principal fuente comercial de bario y materiales preparados a partir de él. Su apariencia blanca opaca y su alta densidad se aprovechan en sus principales aplicaciones. [4]
Alrededor del 80% de la producción mundial de sulfato de bario, en su mayoría mineral purificado, se consume como componente del fluido de perforación de pozos petrolíferos . Aumenta la densidad del fluido, [5] lo que aumenta la presión hidrostática en el pozo y reduce la posibilidad de un reventón .
El sulfato de bario en suspensión se utiliza a menudo en medicina como agente de contraste radiológico para la obtención de imágenes por rayos X y otros procedimientos de diagnóstico. Se utiliza con mayor frecuencia en la obtención de imágenes del tracto gastrointestinal durante lo que se conoce coloquialmente como una " comida de bario ". Se administra por vía oral o mediante enema , como una suspensión de partículas finas en una solución espesa similar a la leche (a menudo con agentes edulcorantes y aromatizantes añadidos). Aunque el bario es un metal pesado y sus compuestos solubles en agua suelen ser muy tóxicos, la baja solubilidad del sulfato de bario protege al paciente de absorber cantidades dañinas del metal. El sulfato de bario también se elimina fácilmente del cuerpo, a diferencia del Thorotrast , al que reemplazó. Debido al número atómico relativamente alto ( Z = 56) del bario, sus compuestos absorben los rayos X con mayor fuerza que los compuestos derivados de núcleos más ligeros.
La mayor parte del sulfato de bario sintético se utiliza como componente del pigmento blanco para pinturas. En la pintura al óleo, el sulfato de bario es casi transparente [ cita requerida ] y se utiliza como relleno o para modificar la consistencia. Un importante fabricante de pintura al óleo para artistas vende "blanco permanente" que contiene una mezcla de pigmento blanco de titanio ( TiO 2 ) y sulfato de bario. La combinación de sulfato de bario y sulfuro de zinc (ZnS) es el pigmento inorgánico llamado litopón . En fotografía se utiliza como revestimiento para ciertos papeles fotográficos. [5] También se utiliza como revestimiento para difundir la luz de manera uniforme.
El sulfato de bario es altamente reflectante, tanto de la luz visible como de la ultravioleta. [6] Los investigadores lo utilizaron como ingrediente en una pintura que refleja el 98,1% de la radiación solar , lo que permite que las superficies a las que se ha aplicado se mantengan más frescas en condiciones de luz solar. Las pinturas blancas disponibles comercialmente solo reflejan el 80 - 90% de la radiación solar. [7] Al utilizar nitruro de boro en nanoplaquetas hexagonales , el espesor de una capa de este tipo de pintura se redujo a 0,15 mm. [6]
En primer lugar, se aplica una fina capa de sulfato de bario, llamada barita, sobre la superficie base de la mayoría de los papeles fotográficos para aumentar la reflectividad de la imagen; el primer papel de este tipo se introdujo en 1884 en Alemania . [8] A continuación, se aplica una emulsión de haluro de plata sensible a la luz sobre la capa de barita. El recubrimiento de barita limita la penetración de la emulsión en las fibras del papel y hace que la emulsión sea más uniforme, lo que da como resultado negros más uniformes. [9] A continuación, se pueden aplicar otros recubrimientos para fijar y proteger la imagen. La barita también se ha utilizado para aclarar los papeles destinados a la impresión por inyección de tinta . [10]
El sulfato de bario se utiliza habitualmente como relleno para plásticos para aumentar la densidad del polímero en aplicaciones de amortiguación de vibraciones. En plásticos de polipropileno y poliestireno , se utiliza como relleno en proporciones de hasta el 70 %. Tiene el efecto de aumentar la resistencia a los ácidos y álcalis y la opacidad. Dichos compuestos también se utilizan como materiales de protección contra rayos X debido a su radioopacidad mejorada. [11] En los casos en los que la maquinabilidad y el peso son una preocupación, los compuestos con una fracción de masa alta (70-80 %) de sulfato de bario pueden ser preferibles a los escudos de acero más comúnmente utilizados. [12]
El sulfato de bario también se puede utilizar para mejorar las propiedades del material de HDPE , [13] aunque normalmente en concentraciones relativamente bajas y a menudo en combinación con otros rellenos como carbonato de calcio u óxido de titanio .
El sulfato de bario se utiliza en las pruebas de suelo. Las pruebas de pH del suelo y otras cualidades del suelo utilizan indicadores de color, y las partículas pequeñas (generalmente arcilla) del suelo pueden enturbiar la mezcla de prueba y dificultar la visualización del color del indicador. El sulfato de bario agregado a la mezcla se une a estas partículas, haciéndolas más pesadas para que caigan al fondo, dejando una solución más clara.
En colorimetría , el sulfato de bario se utiliza como un difusor casi perfecto al medir fuentes de luz.
En la fundición de metales, los moldes utilizados suelen estar recubiertos con sulfato de bario para evitar que el metal fundido se adhiera al molde.
También se utiliza en pastillas de freno , espumas anacústicas , recubrimientos en polvo y rellenos de conductos radiculares .
El sulfato de bario es un ingrediente de los perdigones de "caucho" que utiliza la policía chilena . [14] Esto, junto con la sílice, ayuda a que el perdigón alcance una dureza Shore A de 96,5 . [14]
El sulfato de bario se utiliza como soporte de catalizador en la hidrogenación selectiva de grupos funcionales sensibles a la sobrerreducción . Con una superficie reducida, el tiempo de contacto del sustrato con el catalizador es más corto y, por tanto, se consigue la selectividad. El paladio sobre sulfato de bario también se utiliza como catalizador en la reducción de Rosenmund .
Como los compuestos de bario emiten una luz verde característica cuando se calientan a alta temperatura, las sales de bario se utilizan a menudo en fórmulas pirotécnicas verdes, aunque las sales de nitrato y clorato son más comunes. El sulfato de bario se utiliza habitualmente como componente de composiciones pirotécnicas "estroboscópicas".
Como el sulfato de bario tiene un punto de fusión alto y es insoluble en agua, se utiliza como material desmoldante en la fundición de placas de ánodo de cobre . Las placas de ánodo se funden en moldes de cobre, por lo que para evitar el contacto directo del cobre líquido con el molde de cobre sólido, se utiliza una suspensión de polvo fino de sulfato de bario en agua como revestimiento sobre la superficie del molde. De este modo, cuando el cobre fundido se solidifica en forma de placa de ánodo, se puede desmoldar fácilmente.
El sulfato de bario se utiliza a veces, además del politetrafluoroetileno (PTFE), para recubrir el interior de las esferas integradoras debido a la alta reflectancia del material y sus características cercanas a las de Lambert .
El sulfato de bario está incluido entre los materiales aceptables para la Oficina de Alcohol, Tabaco, Armas de Fuego y Explosivos (BATFE) para la fabricación de armas de fuego y/o componentes hechos de plástico, para lograr el cumplimiento del requisito federal de los EE. UU. de que una máquina de rayos X debe ser capaz de representar con precisión la forma del arma de fuego o componente de plástico. [15]
Casi todo el bario que se consume comercialmente se obtiene a partir de barita , que suele ser muy impura. La barita se procesa mediante reducción termoquímica de sulfato (TSR), también conocida como reducción carbotérmica (calentamiento con coque ) para dar sulfuro de bario :
A diferencia del sulfato de bario, el sulfuro de bario es soluble en agua y se convierte fácilmente en óxido, carbonato y haluros. Para producir sulfato de bario de alta pureza, el sulfuro o cloruro se trata con ácido sulfúrico o sales de sulfato:
El sulfato de bario producido de esta manera se suele llamar blanc fixe , que en francés significa "blanco permanente". El blanc fixe es la forma de bario que se encuentra en productos de consumo, como las pinturas. [5]
En el laboratorio, el sulfato de bario se genera combinando soluciones de iones de bario y sales de sulfato. Debido a que el sulfato de bario es la sal de bario menos tóxica debido a su insolubilidad, los desechos que contienen sales de bario a veces se tratan con sulfato de sodio para inmovilizar (desintoxicar) el bario. El sulfato de bario es una de las sales de sulfato más insolubles. Su baja solubilidad se aprovecha en el análisis inorgánico cualitativo como prueba para iones Ba 2+ , así como para sulfato.
Las materias primas no tratadas, como la barita natural formada en condiciones hidrotermales, pueden contener muchas impurezas, ao, cuarzo o incluso sílice amorfa . [16]
El sulfato de bario se reduce a sulfuro de bario mediante el carbono. El descubrimiento accidental de esta conversión hace muchos siglos condujo al descubrimiento del primer fósforo sintético . [4] El sulfuro, a diferencia del sulfato, es soluble en agua.
A principios del siglo XX, durante el período de colonización japonesa, se descubrió que la hokutolita existía de forma natural en la zona de aguas termales de Beitou, cerca de la ciudad de Taipei, Taiwán. La hokutolita es un mineral radiactivo compuesto principalmente de PbSO4 y BaSO4 , pero que también contiene trazas de uranio, torio y radio. Los japoneses recolectaron estos elementos para usos industriales y también desarrollaron docenas de “ baños termales terapéuticos ” en la zona. [17]
Aunque las sales solubles de bario son moderadamente tóxicas para los humanos, el sulfato de bario no es tóxico debido a su insolubilidad. La forma más común de envenenamiento involuntario con bario surge del consumo de sales solubles de bario mal etiquetadas como BaSO 4 . En el incidente de Celobar (Brasil, 2003), nueve pacientes murieron por un agente de contraste radiológico preparado incorrectamente. Con respecto a las exposiciones ocupacionales, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional estableció un límite de exposición permisible en 15 mg/m 3 , mientras que el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional tiene un límite de exposición recomendado en 10 mg/m 3 . Para las exposiciones respiratorias, ambas agencias han establecido un límite de exposición ocupacional en 5 mg/m 3 . [18]