El sulfato de bario (o sulfato ) es el compuesto inorgánico con la fórmula química BaSO4 . Es un sólido cristalino blanco, inodoro e insoluble en agua . Se encuentra en la naturaleza como mineral barita , que es la principal fuente comercial de bario y materiales preparados a partir de ella. Su aspecto blanco opaco y su alta densidad se aprovechan en sus principales aplicaciones. [4]
Alrededor del 80% de la producción mundial de sulfato de bario, principalmente mineral purificado, se consume como componente del fluido de perforación de pozos petroleros . Aumenta la densidad del fluido, [5] aumentando la presión hidrostática en el pozo y reduciendo la posibilidad de una explosión .
El sulfato de bario en suspensión se usa a menudo en medicina como agente de radiocontraste para imágenes de rayos X y otros procedimientos de diagnóstico. Se utiliza con mayor frecuencia para obtener imágenes del tracto gastrointestinal durante lo que coloquialmente se conoce como " 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 nocivas 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 más 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 necesaria ] 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) forma el pigmento inorgánico llamado litopone . En fotografía se utiliza como recubrimiento de determinados 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 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 sólo reflejan entre el 80 y el 90% de la radiación solar. [7] Mediante el uso de nitruro de boro con nanoplaquetas hexagonales , el espesor de una capa de este tipo de pintura se redujo a 0,15 mm. [6]
Primero se aplica una fina capa de sulfato de bario llamada barita a 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] Luego se recubre la capa de barita con la emulsión de haluro de plata sensible a la luz . El recubrimiento de barita limita la penetración de la emulsión en las fibras del papel y hace que la emulsión sea más uniforme, dando como resultado negros más uniformes. [9] Entonces pueden estar presentes revestimientos adicionales para fijar y proteger la imagen. Baryta también se ha utilizado para abrillantar papeles destinados a la impresión por chorro de tinta . [10]
El sulfato de bario se usa comúnmente como relleno para plásticos para aumentar la densidad del polímero en aplicaciones de amortiguación de masas vibratorias. En plásticos de polipropileno y poliestireno se utiliza como relleno en proporciones de hasta el 70%. Tiene el efecto de aumentar la resistencia y opacidad a ácidos y álcalis. Estos 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, se pueden preferir los compuestos con una alta fracción de masa (70–80%) de sulfato de bario a los escudos de acero más comúnmente utilizados. [12]
El sulfato de bario se utiliza en análisis de suelos. Las pruebas de pH del suelo y otras cualidades del suelo utilizan indicadores coloreados, 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 y cayendo 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 forros de frenos , espumas anacústicas , recubrimientos en polvo y relleno de conductos radiculares .
El sulfato de bario es un ingrediente de los perdigones de "goma" utilizados por la policía chilena . [13] Esto, junto con la sílice, ayuda a que el pellet alcance una dureza de 96,5 Shore A. [13]
El sulfato de bario se utiliza como soporte de catalizador cuando se hidrogenan selectivamente grupos funcionales que son sensibles a la sobrereducción . Con una superficie baja, el tiempo de contacto del sustrato con el catalizador es más corto y así se consigue 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 alto punto de fusión y es insoluble en agua, se utiliza como material de liberación en la fundición de placas de ánodo de cobre . Las placas de ánodo están fundidas 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 recubrimiento sobre la superficie del molde. Así, cuando el cobre fundido se solidifica en forma de placa de ánodo, puede liberarse fácilmente de su molde.
A veces se utiliza sulfato de bario, además del politetrafluoroetileno (PTFE), para recubrir el interior de las esferas integradoras debido a la alta reflectancia del material y sus características cercanas a lambertianas .
El sulfato de bario figura entre los materiales aceptables por la Oficina de Alcohol, Tabaco, Armas de Fuego y Explosivos (BATFE) para la fabricación de armas de fuego y/o componentes que estén hechos de plástico, para lograr el cumplimiento con el requisito federal de EE. UU. de que una prueba de rayos X La máquina debe poder representar con precisión la forma del arma o componente de plástico. [14]
Casi todo el bario que se consume comercialmente se obtiene de la barita , que suele ser muy impura. La barita se procesa mediante reducción termoquímica con sulfato (TSR), también conocida como reducción carbotérmica (calentamiento con coque ) para obtener 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 a menudo se llama blanc fixe , que en francés significa "blanco permanente". 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 análisis inorgánicos cualitativos 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, entre otras, cuarzo o incluso sílice amorfa . [15]
El sulfato de bario se reduce a sulfuro de bario mediante 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 el área de aguas termales de Beitou, cerca de la ciudad de Taipei, Taiwán. La hokutolita es un mineral radiactivo compuesto principalmente de PbSO 4 y BaSO 4 , pero también contiene trazas de uranio, torio y radio. Los japoneses cosecharon estos elementos para usos industriales y también desarrollaron decenas de “ baños terapéuticos de aguas termales ” en la zona. [dieciséis]
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 de bario solubles mal etiquetadas como BaSO 4 . En el incidente de Celobar (Brasil, 2003), nueve pacientes murieron a causa de un agente de radiocontraste preparado incorrectamente. En lo que respecta a las exposiciones ocupacionales, la Administración de Salud y Seguridad 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 exposiciones respiratorias, ambas agencias han establecido un límite de exposición ocupacional en 5 mg/m 3 . [17]