الباريوم (Ba) والماء

يوجد الباريوم في المياه الطبيعية والمعالَجة أساسًا على هيئة أيونات باريوم ذائبة (Ba²⁺) أو ضمن جسيمات معدنية شحيحة الذوبان. ويختلف ذلك عن فلز الباريوم العنصري، الذي يتفاعل مع الماء.

الباريوم في المياه الطبيعية

يوجد الباريوم طبيعيًا في الصخور والمعادن، ولا سيما الباريت (كبريتات الباريوم، BaSO₄) والويذيريت (كربونات الباريوم، BaCO₃). وتعتمد الكمية التي تذوب على الشكل المعدني وكيمياء المياه. وتشير منظمة الصحة العالمية إلى أن تركيزات الباريوم في مياه الشرب تكون عمومًا أقل من 100 µg/L، رغم تسجيل مستويات أعلى في بعض المياه الجوفية. وفي مياه البحر، يوجد الباريوم أساسًا على هيئة Ba²⁺؛ ويورد مرجع صادر عن معهد أبحاث أكواريوم خليج مونتيري متوسط تركيز يبلغ نحو 109 nmol/kg، أي ما يعادل تقريبًا 15 µg/kg. وتختلف التركيزات باختلاف العمق والمنطقة المحيطية.

كيف يتفاعل الباريوم العنصري مع الماء

يتفاعل فلز الباريوم العنصري مع الماء ليكوّن هيدروكسيد الباريوم وغاز الهيدروجين:

Ba(s) + 2 H₂O(l) → Ba(OH)₂(aq) + H₂(g)

يطلق هذا التفاعل حرارة وينتج محلولًا قلويًا، بالإضافة إلى الهيدروجين الذي قد يشتعل. والباريوم العنصري ليس الشكل الذي يُقاس عادةً في المياه الطبيعية. ويُعرض هذا التفاعل لتوضيح السياق الكيميائي فقط؛ ولا ينبغي محاولة إجرائه خارج مختبر مجهّز تجهيزًا مناسبًا وتحت ظروف خاضعة للضبط.

مركبات الباريوم في الماء

تختلف مركبات الباريوم كثيرًا في ذوبانيتها. فكبريتات الباريوم وكربونات الباريوم لا تذوبان إلا بقدر ضئيل، بينما تكون مركبات مثل كلوريد الباريوم ونترات الباريوم أكثر قابلية للذوبان بكثير. ويوجد الباريوم الذائب عمومًا على هيئة Ba²⁺؛ ويمكن أن تؤثر الكبريتات والكربونات الموجودة في الماء في بقاء الباريوم ذائبًا أو تكوّنه في صورة مادة صلبة. وتُعد كبريتات الباريوم، التي تُسمّى أيضًا الباريت، شحيحة الذوبان على نحو خاص.

السياق البيئي والصحي

يمكن أن يصل الباريوم إلى الماء من خلال الذوبان الطبيعي للمعادن، وكذلك، في بعض المواقع، من خلال الأنشطة الصناعية والنفايات. ويُعد التركيز والشكل الكيميائي عاملين مهمين عند تفسير نتيجة القياس. وتبلغ القيمة الإرشادية التي تحددها منظمة الصحة العالمية للباريوم في مياه الشرب 1.3 mg/L؛ وقد تختلف الحدود التنظيمية المحلية.

عندما يحتوي الماء على كلٍّ من الباريوم والكبريتات، قد تترسب كبريتات الباريوم. ولهذا أهمية في أنظمة التناضح العكسي، لأن ازدياد التركيز في تيار المحلول الملحي المركّز قد يزيد خطر تكوّن الترسبات القشرية للباريت. قيّم كيمياء المياه وظروف التشغيل بدلًا من الاعتماد على تركيز الباريوم الكلي وحده.

هل يمكن إزالة الباريوم من الماء؟

نعم. تذكر منظمة الصحة العالمية التبادل الأيوني والتليين بالجير والترشيح المباشر المصحوب بالترسيب الكيميائي بوصفها طرق معالجة يمكن أن تخفض تركيز الباريوم. ويُستخدم أيضًا التناضح العكسي و الديلزة الكهربائية لإزالة الأيونات الذائبة. وتعتمد العملية المناسبة والتركيز المتحقق على تركيب مياه التغذية، والأس الهيدروجيني (pH)، والأيونات المتنافسة، وتصميم المعالجة، وجودة المياه المطلوبة.

في أنظمة الأغشية، قيّم الباريوم مع الكبريتات ومعدل الاسترداد لتقدير قابلية تكوّن الترسبات القشرية لكبريتات الباريوم. وبالنسبة للمياه العذبة منخفضة التركيز التي تقع خصائصها ضمن حدود المدخلات المحددة للحاسبة، يمكن أن تساعد حاسبة معدل الاسترداد وقابلية تكوّن الترسبات القشرية في التناضح العكسي (RO) في إجراء تقييم أولي لتأثير معدل الاسترداد؛ فهي ليست نموذجًا معتمدًا لتصميم أنظمة الأغشية ولا حاسبة لمياه البحر أو المحاليل الملحية المركّزة. وقد يساعد مانع الترسبات في التحكم في الترسيب في ظروف مناسبة، لكنه لا يزيل الباريوم الذائب من الماء. تأكّد من أداء المعالجة باستخدام بيانات ممثِّلة لمياه التغذية وظروف التشغيل.

المصادر وقراءات إضافية

• منظمة الصحة العالمية: القيمة الإرشادية للباريوم وأداء المعالجة في مياه الشرب.
• الوكالة الأمريكية للمواد السامة وسجل الأمراض: بيان بشأن الصحة العامة حول الباريوم.
• معهد أبحاث أكواريوم خليج مونتيري: تركيز الباريوم وتوزّع أشكاله الكيميائية في مياه البحر.
• PubChem، نقلًا عن وزارة الطاقة الأمريكية: خصائص الباريوم وتفاعلاته.
• Journal of Membrane Science: قابلية تكوّن الترسبات القشرية لكبريتات الباريوم في أنظمة التناضح العكسي.