Sciences · Éléments chimiques
Baryum
Le baryum (Ba, numéro atomique 56) est un métal alcalino-terreux mou et très réactif. Son sulfate, la barytine, alourdit les boues de forage et rend visible le tube digestif aux rayons X ; ses sels solubles sont toxiques.
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Le baryum tient son nom de sa lourdeur. Peu connu en tant que métal, il est surtout utilisé sous forme de sulfate, un minéral dense et insoluble. Il a aussi joué un rôle décisif dans l’histoire de la physique : c’est en détectant du baryum là où on ne l’attendait pas que l’on a découvert la fission nucléaire.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Ba |
| Numéro atomique | 56 |
| Masse atomique | 137,33 u |
| Famille | Métal alcalino-terreux (groupe 2, période 6) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 727 °C |
| Ébullition | environ 1 900 °C |
| Découverte | identifié par Carl Wilhelm Scheele en 1774 ; isolé par Humphry Davy en 1808 |
| Abondance | environ 400 ppm dans la croûte terrestre |
Propriétés
Le baryum métallique est argenté, mou, de masse volumique 3,6 g/cm³. Très réactif, il s’oxyde rapidement à l’air et réagit avec l’eau en libérant de l’hydrogène. On le conserve sous huile ou sous gaz inerte. Il forme l’ion Ba²⁺.
Ses composés colorent les flammes en vert pomme. Le baryum absorbe efficacement les rayons X, propriété utilisée en radiologie et pour la radioprotection.
Isotopes
Le baryum naturel compte sept isotopes, dont le plus abondant est le baryum 138 (environ 71,7 %). Le baryum 133, radioactif, sert à étalonner les détecteurs de rayons gamma. Le baryum 137m, issu du césium 137, émet le rayonnement gamma caractéristique attribué à ce dernier.
Le baryum et la découverte de la fission
En décembre 1938, à Berlin, Otto Hahn et Fritz Strassmann bombardent de l’uranium avec des neutrons. Ils s’attendent à obtenir des éléments proches de l’uranium, mais leurs analyses chimiques révèlent du baryum, deux fois plus léger. Lise Meitner et Otto Frisch, en exil, interprètent ce résultat : le noyau d’uranium s’est scindé en deux. C’est la découverte de la fission nucléaire, qui a conduit à l’énergie nucléaire et à la bombe atomique.
Où le trouve-t-on ?
Les deux minerais principaux sont la barytine (ou baryte), sulfate de baryum, et la withérite, carbonate de baryum. La barytine forme des filons souvent associés au plomb et au zinc ; certaines concrétions sableuses de barytine forment les « roses des sables ».
Production
La Chine, l'Inde et le Maroc sont les principaux producteurs de barytine, avec une production mondiale de plusieurs millions de tonnes par an. La barytine est broyée finement pour la plupart des usages. Le métal, peu utilisé, est produit par réduction de l’oxyde par l’aluminium.
Usages
| Usage | Détail |
|---|---|
| Forage pétrolier et gazier | environ 70 à 80 % de la barytine : alourdit les boues de forage pour contenir la pression des gisements |
| Radiologie | sulfate de baryum, produit de contraste du « transit » œso-gastro-duodénal et du lavement baryté |
| Charges | peintures, plastiques, caoutchoucs, papiers photographiques |
| Radioprotection | bétons et plâtres barytés des salles de radiologie |
| Pyrotechnie | nitrate et chlorate de baryum pour le vert des feux d’artifice |
| Électronique | titanate de baryum des condensateurs céramiques et des capteurs piézoélectriques |
| Supraconducteurs | cuprates à base d’yttrium et de baryum (YBCO), supraconducteurs à haute température |
| Verres | verres optiques à fort indice de réfraction |
Rôle biologique et toxicité
Le baryum n’a pas de rôle biologique. Sa toxicité dépend entièrement de la solubilité du composé :
- le sulfate de baryum est si insoluble qu’il traverse le tube digestif sans être absorbé : on peut l’avaler sans danger pour un examen radiologique (voir système digestif) ;
- les sels solubles (chlorure, carbonate, qui se dissout dans l’acide de l’estomac, nitrate) sont toxiques : l’ion Ba²⁺ bloque les canaux potassiques des cellules et provoque une chute du potassium sanguin, des paralysies musculaires et des troubles cardiaques potentiellement mortels. Le carbonate de baryum a servi de mort-aux-rats.
Une confusion entre sulfate et carbonate de baryum a déjà causé des intoxications mortelles lors d’examens radiologiques. En cas d’ingestion accidentelle d’un sel de baryum, il faut appeler le 15 ou le 112.
Histoire du nom
Au début du XVIIᵉ siècle, un cordonnier alchimiste de Bologne, Vincenzo Casciarolo, découvre que certains galets de barytine, calcinés, brillent dans le noir : c’est la « pierre de Bologne ». En 1774, Carl Wilhelm Scheele identifie dans la barytine une « terre » nouvelle. En 1808, Humphry Davy isole le métal par électrolyse. Le nom vient du grec barys, « lourd », en raison de la densité de la barytine (environ 4,5 g/cm³), remarquable pour un minéral non métallique.
Questions fréquentes
Le baryum utilisé en radiologie est-il dangereux ?
Non : le sulfate de baryum n’est pas absorbé par l’intestin et il est éliminé dans les selles. Il peut provoquer une constipation passagère ; il faut bien s’hydrater après l’examen.
Pourquoi le baryum donne-t-il du vert aux feux d’artifice ?
Chauffés, les atomes et molécules contenant du baryum émettent surtout de la lumière verte. Chaque élément a sa couleur de flamme : strontium rouge, sodium jaune, cuivre bleu-vert.
Pourquoi utilise-t-on la barytine dans les forages ?
Elle est très dense, chimiquement inerte, peu abrasive et bon marché : mélangée à la boue de forage, elle augmente sa densité et empêche le gaz ou le pétrole de jaillir de façon incontrôlée.