Стронциум

Стронциум — хемиски елемент со симбол   Sr и атомски број   38. Земноалакален метал , стронциум е мек сребрено бел жолтеникав метален елемент кој е високо хемиски реактивен . Металот формира слој од темен оксид кога е изложен на воздух. Стронциумот има физички и хемиски својства слични на оние на неговите два вертикални соседи во периодниот систем, калциум и бариум. Се јавува природно главно во минералите целестин и стронцијантит, и главно е миниран од овие. Додека природниот стронциум е стабилен, синтетичкиот ⁹⁰ Sr изотоп е радиоактивен и е една од најопасните компоненти на јадрените последици , бидејќи стронциумот се апсорбира од телото на сличен начин како калциумот. Од друга страна, природниот стабилен стронциум не е опасен за здравјето.

Стронциум  (₃₈Sr)

Општи својства
Име и симбол	стронциум (Sr)
Изглед	металик сребрено-бела
Стронциумот во периодниот систем
Ca ↑ Sr ↓ Ba рубидиум ← стронциум → итриум
Атомски број	38
Стандардна атомска тежина (±) (Ar)	87,62(1)
Категорија	земноалкални метали
Група и блок	група 2 (земноалкални), s-блок
Периода	V периода
Електронска конфигурација	[Kr] 5s2
по обвивка	2, 8, 18, 8, 2
Физички својства
Фаза	solid
Точка на топење	1.050 K ​(777 °C)
Точка на вриење	1.650 K ​(1.377 °C)
Густина близу с.т.	2,64 г/см3
кога е течен, при т.т.	2,375 г/см3
Топлина на топење	7.43 kJ/mol
Топлина на испарување	141 kJ/mol
Моларен топлински капацитет	26.4 J/(mol·K)
парен притисок P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k при T (K) 796 882 990 1.139 1.345 1.646
Атомски својства
Оксидациони степени	2, 1 ​(силен базичен оксид)
Електронегативност	Полингова скала: 0,95
Енергии на јонизација	I: 549,5 kJ/mol II: 1.064,2 kJ/mol II: 4.138 kJ/mol
Атомски полупречник	емпириски: 215 пм
Ковалентен полупречник	195±10 пм
Ван дер Валсов полупречник	249 пм
Спектрални линии на стронциум
Разни податоци
Кристална структура	​страноцентрирана коцкеста (сцк)
Топлинско ширење	22,5 µм/(m·K) (при 25 °C)
Топлинска спроводливост	35,4 W/(m·K)
Електрична отпорност	132 nΩ·m (при 20 °C)
Магнетно подредување	парамагнетно
Модул на растегливост	15,7 GPa
Модул на смолкнување	6,03 GPa
Поасонов сооднос	0,28
Мосова тврдост	1,5
CAS-број	7440-24-6
Историја
Наречен по	Според минералот стронциjанит, кој пак е именуван според Стронцијан, Шкотска
Откриен	Вилијам Круикшанк (1787)
Првпат издвоен	Хамфри Дејви (1808)
Најстабилни изотопи
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 82Sr веш 25,36 д ε – 82Rb 83Sr веш 1,35 д ε – 83Rb β+ 1,23 83Rb γ 0,76, 0,36 – 84Sr 0,56 % – (β+β+) 1,7867 84Kr 85Sr веш 64,84 д ε – 85Rb γ 0,514D – 86Sr 9,86 % 86Sr е стабилен со 48 неутрони 87Sr 7 % 87Sr е стабилен со 49 неутрони 88Sr 82,58 % 88Sr е стабилен со 50 неутрони 89Sr веш 50,52 д ε 1,49 89Rb β− 0,909D 89Y 90Sr расеан 28,90 г β− 0,546 90Y
Режимите на распад во загради се предвидени, но сè уште не се забележани

Стронциумот и стронцианитот се именувани по Штронтијан , село во Шкотска, во близина на местото каде што минералот бил откриен во 1790 година од Адер Крофорд и Вилијам Круксханк, следната година беше идентификуван како нов елемент од својата црвена боја на црвениот пламен тест . Стронциумот за првпат беше издвоен како метал во 1808 година од страна на Хамфри Дејви, користејќи го новооткриениот процес на електролиза. Во текот на 19 век, стронциумот најчесто се користел во производството на шеќер од шеќерна репка. На врвот на производството на телевизиски катодни цевки , дури 75 проценти од потрошувачката на стронциум во САД се користи за стакло. Со замена на катодни цевки со други методи, потрошувачката на стронциум драстично се намали.

Особености

Оксидиран дендритски стронциум

Стронциум е двовалентен сребрен метал со бледо жолта нијанса чии својства најчесто се меѓупросторни и слични со оние на спседите калциум и бариум . Тој е помек од калциумот и потежок од бариумот. Се топи на 777 °C и врие на 1655 °C кои се пониски од оние на калциумот 842 °C и 1757 °C, бариумот го продолжува овој надолен тренд во точката на топење 727 °C, но не и во точката на вриење 2170 °C. Густината на стронциум е 2,64г/см³ која е слично средна помеѓу оние на калциум (1.54   г/см³⁾ и бариум (3.594   г/см^3). Постојат три алотропи на метален стронциум, со точки на транзиција на 235 и 540   °C.

Стандардниот електроден потенцијал за Sr ²⁺ / Sr е -2,89   V, приближно на средината помеѓу оние на Ca ²⁺ / Ca (-2,84   V) и Ba ²⁺ / Ba (-2,92   V) , и блиски до оние од соседните алкални метали . Стронциумот е во средина помеѓу калциумот и бариумот во неговата реактивност кон водата, со што реагира на контакт за да се произведе стронциум хидроксид и водороден гас. Металот на стронциум гори на воздух за производство на стронциум оксид и стронциум нитрид , но бидејќи не реагира со азот под 380 °C, на собна температура спонтано го формира само оксидот. Покрај едноставниот оксид SrO, пероксидот SrO ₂ може да се направи со директна оксидација на метал од стронциум под висок притисок на кислород, а постојат и некои докази за жолт супероксид Sr (O ₂ ) ₂ . Стронциум хидроксид , Sr (OH) ₂ , е силна база, иако не е толку силна како хидроксидите на бариум или алкалните метали. Сите четири дихалиди на стронциум се познати.

Поради големинаta на тешките s-блокови, вклучувајќи стронциум, познат е широк спектар на координатни броеви од 2, 3 или 4 до 22 или 24 во SrCd ₁₁ и SrZn ₁₃ . Ср ²⁺ јон е прилично голем, така што високите координативни броеви се правилни. Големината на стронциум и бариум игра значајна улога во стабилизирањето на стронциумските комплекси со полидентатен макроциклични лиганди како што се крунистичките етери, на пример, додека 18-круна-6 формира релативно слаби комплекси со калциум и алкални метали, комплексите на стронциум и бариум се многу посилни.

Органостроциумските соединенија содржат една или повеќе стронциум-јаглеродна врска. Тие се пријавени како посредници во реакции на Барбиер тип . Иако стронциумот е во истата група како магнезиум, а органомагнезиумските соединенија многу често се користат во хемијата, органостронциевите соединенија не се слично раширени, бидејќи тие се потешки да се направат и пореактивни. Органостронциевите соединенија имаат тенденција да бидат послични на органоевропиум или органосамариумски соединенија поради сличните јонски полупречници на овие елементи (Sr ²⁺ 118   pm; Еу ²⁺ 117   pm; Sm ²⁺ 122  pm). Повеќето од овие соединенија може да се подготват само при ниски температури, обемните лиганди имаат тенденција да ја одржуваат стабилноста. На пример, стронциум дициклопентадиенил , СР _(C5 H _{5) 2,} мора да се направи со директна реакција на стронциум метал со меркуроцен или циклопентадиен себе; заменувајќи го C ₅ H ₅ лигандот со поширокиот C ₅ (CH ₃ ) ₅ лиганд, од друга страна, ја зголемува растворливоста, нестабилноста и кинетичката стабилност на соединението.

Поради својата екстремна реактивност со кислород и вода, стронциумот се јавува природно само во соединенија со други елементи, како што се минералите стронциан и целестин . Се држи под течен јаглеводород како што се минералното масло или керозин за да се спречи оксидација ; свежо изложениот метал од стронциум брзо преминува во жолтеникава боја со формирање на оксид. Филтрираниот стронциум во прав е пирофорен, што значи дека ќе се запали спонтано на воздух на собна температура. Лекалните соли на стронциум даваат пламен на светлоцрвена боја и овие соли се користат во пиротехника и за производството на ракети . Калциум и бариум, како и алкалните метали и двовалентните лантаноиди европиум и иттербиум , метал од стронциум се раствора директно во течен амонијак и се добива темносина боја.

Изотопи

Природниот стронциум е мешавина од четири стабилни изотопи : ⁸⁴ Sr, ⁸⁶ Sr, ⁸⁷ Sr и ⁸⁸ Sr. Нивното изобилство се зголемува со зголемување на масата, а најтешкото ⁸⁸ Sr, сочинува околу 82,6% природен стронциум, иако изобилството варира поради производство на радиогени ⁸⁷ Sr како ќерка на долготрајното бета-распаѓање ⁸⁷ Rb . Од нестабилните изотопи, основниот начин на распаѓање на изотопите помали од ⁸⁵ Sr е електорнски зафат или позитронска емисија на изотопи на рубидиум, а оној на изотопите потешки од ⁸⁸ Sr е емисија на електрони до изотопи на иттриум . Од посебна значење се 89 Sr и 90 Sr. Првиот има полуживот од 50,6   дена и се користи за лекување на рак на коските поради хемиската сличност на стронциум и оттаму способноста да се замени калциумот. Додека ⁹⁰ Sr (полуживот 28.90   години) се користи слично, исто така е изотоп, во последиците од јадреното оружје и јадрените несреќи поради неговото производство како производ на цепење . Неговото присуство во коските може да предизвика рак на коските, рак на блиските ткива и леукемија . Јадрената несреќа во Чернобил во 1986 година контаминираше околу 30.000   km ² со поголем од 10 kBq / m ² со ⁹⁰ Sr, што претставува 5% од главниот инвентар од ⁹⁰ Sr.

Историја

Тест на пламен за стронциум

Стронциумот е именуван по шкотското село Стронјан (Галски Сон и Ситеин ), каде што е откриен во оловните рудници. Томас Чарлс Надеж првично го нарекол елементот стронциан , но името наскоро беше скратено до стронциум .

Во 1790 година, Адам Крафорд , лекар вклучен во подготовката на бариумот, и неговиот колега Вилијам Круиксхенк , признавале дека рудниците на стронтиан покажале својства кои се разликуваат од оние во другите извори на "тешки ракови". Ова дозволува Адеир да заклучи на страница 355 "...   навистина е веројатно дека минералот на скот е нов вид на земја која досега не била доволно разгледана ". Лекарот и колекторот на минерали Фридрих Габриел Сулзер заедно со Јохан Фридрих Блуменбах го анализирал минералот од стронтијан и го нарекол стронциан. Тој, исто така, дошол до заклучок дека е различен од осетината и содржел нова земја (Neue Grunderde). Во 1793 г. Томас Чарлс Хоуп , професор по хемија на Универзитетот во Глазгов, го предложил името stronites . Тој ја потврди претходната работа на Крафорд и раскажува: ". . .   Со оглед дека тоа е чудна земја,мислев дека е неопходно да му се даде име. Јас тоа го нарекувам Strontites, од местото каде што беше пронајден; начин на деривација според мое мислење, сосема правилно како и секој квалитет што може да го поседува, што е сегашната мода ". Елементот на крајот беше изолиран од Сер Хамфри Дејви во 1808 година со електролиза на мешавината која содржи стронциум хлорид и меркуричен оксид , а на него го објави во предавање на Кралското друштво на 30 јуни 1808. Во согласност со именувањето на другите алкални земли, тој го сменил името во стронциум .

Првата голема намена на стронциум беше во производството на шеќер од шеќерна репка . Иако процесот на кристализација со користење на стронциум хидроксид бил патентиран од Аугустин-Пјер Дубрунфут во 1849 година , воведувањето на голем обем дојде со подобрување на процесот во раните 1870-ти. Германската шеќерна индустрија добро го користела процесот во 20 век. Пред Првата светска војна, индустријата за репроматеријали од шеќер користеше 100.000 до 150.000 тони годишно стронциум хидроксид за овој процес. Стронциум хидроксидот беше рециклиран во процесот, но побарувачката за замена на загубите за време на производството беше доволно висока за да создаде значителна побарувачка за отпочнување на рударството на стронцианитот во Минстерланд . Рударството на строонјаните во Германија завршило кога започнало рударството на целестинските наноси во Глостершир . Овие рудници обезбедија најголем дел од снабдувањето со стронциум од светот од 1884 до 1941 година. Иако целестинските наслаги во сливот на Гранада беа познати по извесно време, големите рударски работи не започнаа пред 1950-тите.

За време на тестирање на атмосферско јадрено оружје , беше забележано дека стронциум-90 е еден од јадрените производи со релативно висок принос. Сличноста на калциумот и можноста дека стронциум-90 може да се збогати во коските, направи важна тема за истражување на метаболизмот на стронциум.

Појава

Минерален целестин (SrSO ₄ )

Стронциумот вообичаено се јавува во природата, што е 15-тиот најбитен елемент на Земјата (неговиот потежок бактериум е 14-тиот), проценет на околу 360   делови на милион во Земјината кора и се наоѓа главно како сулфат минерален целестин (SrSO ₄ ) и карбонатски стронциант (SrCO ₃ ). Од двете, целестината се јавува многу почесто во депозити со доволна големина за рударството. Бидејќи стронциумот најчесто се користи во карбонатната форма, стронциантот би бил покорисен од двата вообичаени минерали, но се откриени и неколку депозити кои се погодни за развој.

Во подземните води стронциумот се однесува хемиски многу слично на калциумот. Киселината pH Sr ²⁺ е доминантен вид на стронциум. Во присуство на јони на калциум, стронциумот најчесто формира коприципитации со минерали на калциум како калцит и анхидрид при зголемена pH вредност. На средно до кисела pH, растворениот стронциум е врзан за честички на почвата со катјонска размена .

Средната содржина на стронциум во океанската вода е 8   mg / l. Во концентрација помеѓу 82 и 90 μmol / l на стронциум, концентрацијата е значително пониска од концентрацијата на калциум, која вообичаено е помеѓу 9,6 и 11,6   mmol / l. Сепак, тоа е многу повисоко од оној на бариум, 13   μg / l.

Производство

Производителите на стронциум во 2014 година

Трите главни производители на стронциум како целина од 2015 година се Кина (150.000   т), Шпанија (90.000   т ) и Мексико (70.000   t), а Аргентина (10.000   т) и Мароко (2.500   т) се помали производители. Иако депозитите на стронциум се појавуваат нашироко во САД, тие не се минирани од 1959 година.

Голем дел од минираниот целестин (SrSO ₄ ) се претвора во карбонат со два процеси. Или целестината е директно исцедена со раствор на натриум карбонат или целестината е печена со јаглен за да се формира сулфид. Втората фаза произведува темно обоен материјал кој содржи претежно стронциум сулфид . Ова т.н. "црн пепел" се раствора во вода и се филтрира. Стронциум карбонат се преципитира од растворот на стронциум сулфид со воведување на јаглерод диоксид . Сулфатот се сведува на сулфид со карботермично намалување :

SrSO ₄ + 2 C → SrS + 2 CO₂

Околу 300.000 тони се обработуваат на овој начин годишно.

Металот се произведува комерцијално со намалување на стронциум оксид со алуминиум . Стронциумот се дестилира од смесата. Металот на стронциум, исто така, може да се подготви на мал размер со електролиза на раствор на стронциум хлорид во стопен калиум хлорид :

Sr ²⁺ + 2
e−
</br>
e−
</br> → Ср

2 Cl ^- → Cl ₂ + 2
e−
</br>
e−
</br>

Апликации

CRT предна плоча на компјутерски монитор изработена од стакло со стронциум и бариум оксид. Оваа апликација се користи за консумирање на најголемиот дел од производството на стронциум во светот.

Користејќи 75% од производството, примарната употреба на стронциум е во стакло за катодни цевки во боја во боја, каде што се спречува емитувањето на Х-зраци . Оваа апликација за стронциум опаѓа бидејќи CRTs се заменуваат со други методи на прикажување. Овој пад има значајно влијание врз рударството и рафинирањето на стронциум. Сите делови на CRT мора да апсорбираат Х-зраци. Во вратот и инката од цевката се користи оловно стакло, но овој тип на стакло покажува ефект на зацврстување поради интеракцијата на Х-зраците со стаклото. Затоа, предната плоча е направена од различна стаклена мешавина со стронциум и бариум за апсорпција на Х-зраците. Просечните вредности за стаклената мешавина утврдени од студијата за рециклирање во 2005 година изнесува 8,5% стронциум оксид и 10% бариум оксид .

Бидејќи стронциум е толку сличен на калциумот, тој е инкорпориран во коската. Сите четири стабилни изотопи се инкорпорирани, во приближно истите пропорции се наоѓаат во природата. Сепак, вистинската распределба на изотопите има тенденција да варира во голема мера од една географска локација до друга. Така, анализата на коската на поединецот може да помогне да се одреди регионот од кој ke произлезе. Овој пристап помага да се идентификуваат древните модели на миграција и потеклото на човечките остатоци во погребните места на бојното поле.

⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr сооднос најчесто се користат за да се одредат веројатните провиденски области на седиментот во природните системи, особено во морските и флувијалните средини. Даш (1969) покажа дека површинските седименти на Атлантикот покажуваат ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr коефициенти што може да се сметаат како големи средни вредности на ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr коефициенти на геолошки терени од соседните копнежи. Добриот пример за флувиално-морски систем на кој биле успешно применети студии за изотопско проучување на Sr е речниот нилско-Средоземен систем. Поради различните возрасти на карпите кои го сочинуваат поголемиот дел од Синиот и Белиот Нил, сливните подрачја на променливите провиденции на седиментот кои достигнуваат делта на реката Нил и Источно Средоземно Море можат да се разберат преку изотопските студии на стронциум. Ваквите промени се климатски контролирани во доцниот кватернер .

Неодамна, соодносот ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr исто така се користи за одредување на изворот на антички археолошки материјали, како што се дрвa и пченка во кањонот Чако, Ново Мексико. ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr соодносот во забите, исто така, може да се користи за следење на миграциите на животните.

Стронецум алуминатот често се користи во флуоросцентните играчки, бидејќи е хемиски и биолошки инертен.

Стронциумните соли се додаваат во огномети за да создадат црвени бои

Стронциум карбонат и други соли на стронциум се додаваат во огномети за да се добие длабока црвена боја. Овој ист ефект ги идентификува катјоните од стронциум во тестот за пламен . Огнометто троши околу 5% од светското производство. Стронциум карбонат се користи во производството на тврди феритни магнети.

Стронциум хлорид понекогаш се користи во пастите за заби за осетливи заби. Еден популарен бренд вклучува 10% вкупен стронциум хлорид хексахидрат по тежина. Мали количини се користат при рафинирање на цинк за да се отстранат малите количини на олово од нечистотии. Самиот метал има ограничена употреба како геттер, за да ги отстрани несаканите гасови во вакуум со реакција со нив, иако бариум исто така може да се користи за оваа намена.

Ултра-тесната оптичка транзиција помеѓу електронската основна состојба [Kr] 5s ₂ ¹ S ₀ и метастабилната [Kr] 5s5p ³ P ₀ возбудена состојба на ⁸⁷ Sr е еден од водечките кандидати за идната редефиниција на втората оптичка транзиција, наспроти сегашната дефиниција која произлегува од транзиција на микробранови помеѓу различни хиперфински основни состојби од ¹³³ Cs. Тековните оптички атомски часовници кои работат на оваа транзиција веќе ја надминуваат прецизноста и точноста на тековната дефиниција на втората.

Радиоактивен стронциум

89 Sr е активна состојка во Метастрон, радиофармацевтски препарат за коскена болка секундарно на метастатски рак на коските . Стронциумот се обработува како калциум од телото, претежно инкорпорирајќи го во коските на местата на зголемена остеогенеза . Оваа локализација ја фокусира изложеноста на зрачење на канцерогената лезија.

РТГ од светилниците од советската ера

90 Sr се користи како извор на енергија за радиоизотопните термоелектрични генератори (RTGs). ⁹⁰ Sr произведува приближно 0,93 вати на топлина по грам (е помал за формата од ⁹⁰ Sr што се користи во RTGs, што е стронциум флуорид ). Сепак, ⁹⁰ Sr има една третина од животниот век и помала густина од ²³⁸ Pu, друго RTG гориво. Главната предност на ⁹⁰ Sr е дека е поевтина од ²³⁸ Pu и се наоѓа во јадрен отпад . Советскиот Сојуз распореди речиси 1000 од овие РТГ на северниот брег како извор на енергија за станици за светилници и метеорологија.

Биолошка улога

Стронциум

Опасности
ГИС-пиктограми
GHS сигнален збор	Опасност
Изјави за опасност од ГХЗ	H261, H315
GHS претпазливи изјави	P223, P231 + 232, P370 + 378, P422
NFPA 704	<span style="color:black;" title="Flammability code 0: Will not burn. E.g., water">0</span> <span style="color:black;" title="Health code 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g., chloroform">2</span> <span style="color:black;" title="Reactivity code 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g., phosphorus">2</span> <span style="font-size:15px; color:black; width:23px; position:absolute; left:29px;" title="Special hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g., cesium, sodium"><s>W</s></span>

Акантарија, релативно голема група на морски радиолокарни протозои, произведува сложени минерални скелети составени од стронциум сулфат . Во биолошките системи, калциумот во помал степен се заменува со стронциум. Во човечкото тело, најголемиот дел од апсорбираниот стронциум се депонира во коските. Односот на стронциум со калциум во човечките коски е помеѓу 1: 1000 и 1: 2000, приближно во истиот опсег како во крвниот серум.

Ефект врз човечкото тело

Човечкото тело апсорбира стронциум како да е негов полесен конгенериран калциум. Бидејќи елементите се хемиски многу слични, стабилните изотопи на стронциум не претставуваат значајна здравствена закана. Просечниот човек има внес од околу два милиграма стронциум дневно. Кај возрасните, конзумирањето на стронциум има тенденција да се закачи само на површината на коските, но кај децата, стронциумот може да го замени калциумот во минералот на растечките коски и на тој начин да доведе до проблеми со растот на коските.

Биолошкиот полуживот на стронциум кај луѓето е објавен различно од 14 до 600 дена, 1000 дена, 18 години, 30 години и, во горната граница, 49 години. Широките објавени биолошки бројки за полуживот се објаснуваат со комплексниот метаболизам на стронциум во телото. Сепак, со проседување на сите патеки на екскреција, вкупниот биолошки полуживот се проценува на околу 18 години. Стапката на елиминација на стронциум е силно погодена од возраста и полот, поради разликите во коскениот метаболизам .

Наркотичниот стронциум ранлеат помага при раст на коските, ја зголемува коскената густина и ја намалува појавата на фрактури на вертебрални, периферни и колкови. Сепак, стронциум ранлеат, исто така, го зголемува ризикот од венски тромбоемболизам, белодробна емболија и сериозни кардиоваскуларни нарушувања, вклучувајќи миокарден инфаркт. Затоа неговата употреба е ограничена. Нејзините корисни ефекти се исто така дискутабилни, бидејќи зголемената коскена густина е делумно предизвикана од зголемената густина на стронциум над калциумот што ја заменува. Стронциум, исто така, биоакумулира во телото. И покрај ограничувањата на стронциум ранлеат, стронциумот сè уште се содржи во некои додатоци. Нема многу научни докази за ризиците од стронциум хлорид кога се земаат преку уста. Оние со лична или семејна историја на нарушувања на згрутчување на крвта се препорачуваат за да се избегне стронциум.

Се покажа дека стронциум ја инхибира сетилната иритација кога се применува локално на кожата. Се покажало дека локално се применува, стронциумот ја забрзува стапката на обновување на бариерата на епидермалната проницаемост (бариера на кожата).