Barium is synthesized in stars mainly through the s-过程 (slow neutron capture) in asymptotic giant branch (AGB) stars. Barium is one of the signature elements of the s-process, with significantly increased abundances in these evolved stars. The r-process (rapid neutron capture) also contributes to barium production during cataclysmic events such as supernovae and neutron star mergers.
宇宙中钡的丰度约为氢原子数的4×10⁻¹⁰倍，使其成为宇宙中相对稀有的元素，但比锑或汞等元素显著丰富。这种中等丰度可通过钡在核稳定性曲线上的有利位置以及慢中子俘获过程（s-过程）产生中等质量元素的高效率来解释。
中性钡（Ba I）和电离钡（Ba II）的光谱线在恒星光谱中易于观测，尤其是近紫外和可见光波段的Ba II谱线。钡是恒星中慢中子俘获过程（s-过程）元素富集的重要指示剂。"钡星"代表一类特殊的冷巨星，其钡及其他s-过程元素异常富集。
这些钡星的起源长期以来一直是个谜。现在人们认识到，它们通常是双星系统，其伴星是一颗白矮星，此前曾是富含慢中子俘获过程元素的渐近巨星分支星。物质从曾经的渐近巨星分支星转移到当前可见的恒星，使后者富集了钡。对钡星的研究有助于约束慢中子俘获过程核合成模型以及双星系统的演化。
Barium takes its name from the Greek 巴里斯, meaning "heavy," referring to the high density of its ores. Barite (barium sulfate, BaSO₄), the main barium ore, has been known since the early 17th century. In 1602, 文森佐·卡夏罗洛, a Bologna shoemaker and alchemist, discovered that Bolognian barite, when heated with charcoal, produced a phosphorescent substance that glowed in the dark after exposure to light. This "Bologna stone" intrigued European scholars for over a century.
In 1774, 卡尔·威廉·舍勒 (1742-1786), a Swedish chemist, distinguished a new earthy oxide in pyrolusite and demonstrated that barite contained an unknown element. That same year, Swedish mineralogist 约翰·戈特利布·甘恩 also isolated this oxide. However, isolating metallic barium proved extremely difficult due to its extreme reactivity.
It was not until 1808 that 汉弗莱·戴维爵士 (1778-1829), a British chemist, succeeded in isolating metallic barium by electrolysis of moistened molten barium hydroxide, using a powerful voltaic pile. In that remarkable year, Davy also isolated calcium, strontium, and magnesium using similar methods, revolutionizing alkaline earth metal chemistry.
钡在地壳中的平均浓度约为425 ppm，是地球上第14丰富的元素，比碳或硫更丰富。主要的钡矿石是重晶石（BaSO₄），含钡约58.8%，以及毒重石（BaCO₃），含钡约69.6%，但后者更为稀有。
全球重晶石年产量约为800万至900万吨。中国占全球总产量的35%-40%，位居首位，其次是印度、摩洛哥、哈萨克斯坦、土耳其和美国。与其他战略性金属不同，钡的生产在地理分布上相对多元化。
金属钡的年产量仅为约1万吨，主要通过铝热还原氧化钡制得。大多数应用直接使用钡化合物（尤其是硫酸钡），无需分离金属。钡的回收量极少，不到供应量的1%，因为钡通常用于分散性用途，回收在经济上不可行。
钡（符号Ba，原子序数56）是元素周期表第2族的碱土金属，同族元素包括铍、镁、钙、锶和镭。其原子含有56个质子，通常有82个中子（对应最丰富的同位素\(\,^{138}\mathrm{Ba}\)），以及56个电子，电子排布为[Xe] 6s²。
钡是一种柔软的银白色金属，在空气中会迅速失去光泽，形成一层氧化物和氮化物。其密度为3.51克/立方厘米，对于"重金属"而言相对较低。钡在室温下以体心立方结构结晶。它是一种非常柔软的金属，可用刀切割，并具有中等延展性。
Barium melts at 727 °C (1000 K) and boils at 1845 °C (2118 K). It is an excellent conductor of electricity and heat, typical properties of metals. Its electrical conductivity is about 17 times lower than that of copper but remains high. Barium has the second lowest ionization potential among stable elements (after cesium), explaining its extreme chemical reactivity.
钡的化学性质极为活泼，必须保存在矿物油中或惰性气氛下以防止氧化。即使在常温下，钡也能与水剧烈反应，生成氢氧化钡和氢气。在潮湿空气中，钡会自燃，并燃烧出特征性的淡绿色火焰。
Melting point of barium: 1000 K (727 °C).
Boiling point of barium: 2118 K (1845 °C).
Barium has extreme chemical reactivity, spontaneously igniting in humid air.
| 同位素 / 符号 | 质子（Z） | 中子（N） | 原子质量（u） | 天然丰度 | 半衰期/稳定性 | 衰减 / 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 钡-130 — \(\,^{130}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 74 | 129.906321 u | ≈ 0.106% | 稳定 | 钡的稀有稳定同位素，约占自然界总量的0.1%。 |
| 钡-132 — \(\,^{132}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 76 | 131.905061 u | ≈ 0.101% | 稳定 | 稀有稳定同位素，丰度略高于Ba-130。 |
| 钡-134 — \(\,^{134}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 78 | 133.904508 u | ≈ 2.417% | 稳定的 | 钡的微量稳定同位素，约占总量的2.4%。 |
| 钡-135 — \(\,^{135}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 79 | 134.905689 u | ≈ 6.592% | 稳定的 | 稳定同位素，约占天然钡的6.6%。 |
| 钡-136 — \(\,^{136}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 80 | 135.904576 u | ≈ 7.854% | 稳定 | 稳定同位素，约占天然钡的7.9%。 |
| 钡-137 — \(\,^{137}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 81 | 136.905827 u | ≈ 11.232% | 稳定 | 稳定同位素，约占天然钡的11.2%。 |
| 钡-138 — \(\,^{138}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 82 | 137.905247 u | ≈ 71.698% | 稳定 | 钡的超优势同位素，占天然总量的71%以上。 |
| 钡-140 — \(\,^{140}\mathrm{Ba}\,\) | 56 | 84 | 139.910605 u | 合成 | ≈ 12.75 天 | 放射性（β⁻）。重要的裂变产物，用于核医学及作为示踪剂。 |
注意：:
Electron shells: 电子如何围绕原子核组织.
钡有56个电子，分布在六个电子壳层上。其完整电子排布为：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 6s²，或简写为：[Xe] 6s²。该排布也可写作：K(2) L(8) M(18) N(18) O(18) P(2)。
K壳层 (n=1): contains 2 electrons in the 1s subshell. This inner shell is complete and very stable.
L壳层（n=2）: contains 8 electrons distributed as 2s² 2p⁶. This shell is also complete, forming a noble gas configuration (neon).
M壳层（n=3）: contains 18 electrons distributed as 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. This complete shell contributes to electronic shielding.
N层（n=4）: contains 18 electrons distributed as 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. This shell forms a stable and complete structure.
O壳层（n=5）: contains 18 electrons distributed as 5s² 5p⁶ 4f¹⁴. The complete 4f subshell is particularly stable.
P壳层（n=6）: contains 2 electrons in the 6s² subshell. These two electrons are the valence electrons of barium.
Barium has 2 价电子: two 6s² electrons. The almost exclusive oxidation state of barium is +2, where barium loses its two 6s² electrons, forming the Ba²⁺ ion isoelectronic with xenon. This stable noble gas electronic configuration explains why the +2 state completely dominates barium chemistry.
+2价态几乎出现在所有钡化合物中：氧化钡（BaO）、氢氧化钡（Ba(OH)₂）、硫酸钡（BaSO₄）、碳酸钡（BaCO₃）、氯化钡（BaCl₂）等。金属钡对应氧化态0，但由于钡具有极强的氧化倾向，这种状态极为罕见。
具有异常氧化态（+1）的钡化合物已在极端实验室条件下合成，但这些化合物极不稳定，无实际应用价值。因此，钡的化学本质上就是Ba²⁺离子的化学。
钡是最活泼的金属之一。在空气中，它会立即失去光泽，形成一层氧化钡（BaO）和氮化钡（Ba₃N₂）：2Ba + O₂ → 2BaO 和 3Ba + N₂ → Ba₃N₂。这层保护膜能部分减缓进一步氧化，但无法完全阻止反应。在高温下，钡在空气中剧烈燃烧，发出特征性的淡绿色火焰。
室温下，钡与水剧烈反应，生成氢氧化钡并释放氢气：Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂↑。该反应放热且能量充足，足以点燃释放的氢气。生成的氢氧化钡是一种强可溶性碱，形成强碱性溶液（pH > 13）。
钡与卤素反应生成卤化物：Ba + Cl₂ → BaCl₂。它还能与硫反应生成硫化钡（BaS），并在高温下与氢反应生成氢化钡（BaH₂）。钡可溶于酸（包括稀酸），同时释放氢气：Ba + 2HCl → BaCl₂ + H₂↑。
硫酸钡（BaSO₄）具有一个显著特性：它在水中极难溶解（20°C时溶解度仅为0.00022克/100毫升），因此尽管其他可溶性钡化合物毒性很高，它却无毒。这种特殊的难溶性是硫酸钡作为放射学造影剂在医学上应用的基础。
钡的主要应用是用于石油和天然气开采的钻井液，约占全球重晶石消费量的75-80%。研磨后的重晶石（天然硫酸钡，BaSO₄）被添加到钻井泥浆中，以增加其密度，从而控制深井中的地层压力。
钻井液必须平衡地质地层的压力，以防止失控喷发（井喷），同时保持井眼稳定性。重晶石因其高密度（4.5克/立方厘米）、优异的化学惰性、相对无毒以及适中的成本，成为此类应用的理想材料。一口典型的海上油井可消耗1000至3000吨重晶石。
钻井液用重晶石的需求随油价和全球钻井活动波动显著。严格的技术规范要求高纯度重晶石（BaSO₄含量>95%），且粒度分布需受控。石油行业是全球钡市场的主要经济驱动力。
超纯医药级硫酸钡（BaSO₄）作为胃肠道影像学标准放射造影剂已逾百年。其卓越的X射线吸收能力，加之在水及体液中完全不可溶的特性，使其成为理想且安全的造影剂。
患者在进行消化系统的X光或计算机断层扫描（CT）前，需口服或经直肠给予硫酸钡混悬液。钡剂可使胃肠道结构显影，从而检测肿瘤、溃疡、梗阻、穿孔及其他异常。一次典型的胃肠道X光检查需使用200-500克硫酸钡。
医用硫酸钡必须满足极其严格的纯度标准（>99% BaSO₄），以确保不含任何有毒的可溶性钡化合物。尽管在某些应用中出现了碘造影剂等替代品，但硫酸钡仍是许多消化道检查中不可或缺的物质，约占全球钡消费量的2-3%。
可溶性钡化合物（氯化钡、硝酸钡、氢氧化钡、碳酸钡）具有高毒性。摄入可溶性钡盐会导致严重低钾血症（血钾过低），进而引发严重心脏疾病、肌肉麻痹、抽搐，甚至可能死亡。氯化钡对成人的致死剂量约为1-2克。
毒性机制涉及Ba²⁺离子阻断肌肉和神经细胞中的钾通道，严重干扰神经肌肉和心脏功能。急性中毒症状在数小时内出现：呕吐、腹泻、腹痛、进行性肌无力、震颤、心律失常和呼吸困难。
相比之下，硫酸钡（BaSO₄）因其极难溶于水而被视为无毒物质。它通过胃肠道时不会被吸收，并完全随粪便排出体外，因此可安全用于医疗用途。然而，若以细粉尘形式吸入，硫酸钡仍可能具有危险性——长期接触的工人会因此患上尘肺病（钡尘肺）。
环境中的钡暴露主要来自工业排放，尤其是采掘业和化学工业。钡在土壤中会适度积累，并可能污染矿区的地下水。饮用水标准通常将限值设定为1-2毫克/升，以防范长期心血管影响。
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