Occurrence, propriétés et utilisations

Le baryum, légèrement plus dur que le plomb, a un lustre blanc argenté lorsqu’il est fraîchement coupé. Il s’oxyde facilement lorsqu’il est exposé à l’air et doit être protégé de l’oxygène pendant le stockage. Dans la nature, il se trouve toujours combiné avec d’autres éléments. Le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele a découvert (1774) une nouvelle base (baryte, ou oxyde de baryum, BaO) comme constituant mineur dans la pyrolusite, et à partir de cette base, il a préparé des cristaux de sulfate de baryum, qu’il a envoyés à Johan Gottlieb Gahn, le découvreur du manganèse. Un mois plus tard, Gahn a découvert que la baryte minérale est également composée de sulfate de baryum, BaSO4. Une forme cristalline particulière de baryte trouvée près de Bologne, en Italie, au début du 17ème siècle, après avoir été fortement chauffée au charbon de bois, a brillé pendant un certain temps après une exposition à une lumière vive. La phosphorescence des « pierres de Bologne » était si inhabituelle qu’elle attirait l’attention de nombreux scientifiques de l’époque, dont Galilée. Ce n’est qu’après que la batterie électrique fut disponible que Sir Humphry Davy put enfin isoler (1808) l’élément lui-même par électrolyse.

Les minéraux de baryum sont denses (par exemple, BaSO4, 4,5 grammes par centimètre cube; BaO, 5,7 grammes par centimètre cube), une propriété qui a été à l’origine de plusieurs de leurs noms et du nom de l’élément lui-même (du grec barys, « lourd”). Ironiquement, le baryum métallique est relativement léger, seulement 30% plus dense que l’aluminium. Son abondance cosmique est estimée à 3,7 atomes (sur une échelle où l’abondance de silicium = 106 atomes). Le baryum constitue environ 0,03% de la croûte terrestre, principalement sous forme de minéraux, la baryte (également appelée baryte ou longeron lourd) et la withérite. Entre six et huit millions de tonnes de barytine sont extraites chaque année, dont plus de la moitié en Chine. Des quantités moindres sont extraites en Inde, aux États-Unis et au Maroc. La production commerciale de baryum dépend de l’électrolyse du chlorure de baryum fondu, mais la méthode la plus efficace est la réduction de l’oxyde par chauffage avec de l’aluminium ou du silicium sous vide poussé. Un mélange de monoxyde de baryum et de peroxyde peut également être utilisé dans la réduction. Seules quelques tonnes de baryum sont produites chaque année.

Le métal est utilisé comme getter dans les tubes électroniques pour parfaire le vide en se combinant avec des traces finales de gaz, comme désoxydant dans le raffinage du cuivre et comme constituant dans certains alliages. L’alliage avec le nickel émet facilement des électrons lorsqu’il est chauffé et est utilisé pour cette raison dans les tubes électroniques et dans les électrodes de bougies d’allumage. La détection du baryum (numéro atomique 56) après que l’uranium (numéro atomique 92) ait été bombardé par des neutrons a été l’indice qui a conduit à la reconnaissance de la fission nucléaire en 1939.

Le baryum naturel est un mélange de six isotopes stables: le baryum-138 (71,7%), le baryum-137 (11,2%), le baryum-136 (7,8%), le baryum-135 (6.6 pour cent), le baryum-134 (2,4 pour cent) et le baryum-132 (0,10 pour cent). Le baryum-130 (0,11%) est également présent naturellement mais subit une désintégration par double capture électronique avec une demi-vie extrêmement longue (plus de 4 × 1021 ans). Plus de 30 isotopes radioactifs du baryum sont connus, avec des nombres de masse allant de 114 à 153. L’isotope ayant la demi-vie la plus longue (baryum-133, 10,5 ans) est utilisé comme source de référence des rayons gamma.