Стронцій

Стронцій - елемент головної підгрупи другої групи, п'ятого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 38. Позначається символом Sr ( лат. Strontium ). Проста речовина стронцій ( CAS-номер : 7440-24-6) - м'який, ковкий і пластичний лужноземельний метал сріблясто-білого кольору. Має високу хімічну активність, на повітрі швидко реагує з вологою та киснем, покриваючись жовтої оксидною плівкою.

1. Історія та походження назви

Новий елемент виявили в мінералі стронціаніт, знайденому в 1764 в свинцевому руднику поблизу шотландської села Строншіан, що дала згодом назву новому елементу. Присутність в цьому мінералі оксиду нового металу було встановлено в 1787 році Вільямом Крюйкшенком і Адер Кроуфордом. Виділено в чистому вигляді сером Гемфрі Деві в 1808.

2. Знаходження в природі

У вільному вигляді стронцій не зустрічається. Він входить до складу близько 40 мінералів. З них найбільш важливий - целестин SrSO ₄ (51,2% Sr). Видобувають також стронціаніт SrCO ₃ (64,4% Sr). Ці два мінерали мають промислове значення. Найчастіше стронцій присутній як домішка в різних кальцієвих мінералах.

Серед інших мінералів стронцію:

• SrAl ₃ (AsO ₄₎ SO ₄ (OH) ₆ - кеммліціт;
• Sr ₂ Al (CO ₃₎ F ₅ - Стенон;
• SrAl ₂ (CO _{3) 2} (OH) ₄ Н ₂ О - стронціодрессеріт;
• SrAl ₃ (PO _{4) 2} (OH) ₅ Н ₂ О - Гойяс;
• Sr ₂ Al (PO _{4) 2} OH - гудкеніт;
• SrAl ₃ (PO ₄₎ SO ₄ (OH) ₆ - Сванберг;
• Sr (AlSiO _{4) 2} - слосоніт;
• Sr (AlSi ₃ O _{8) 2} 5Н ₂ О - Брюстер;
• Sr ₅ (AsO _{4) 3} F - Фермор;
• Sr ₂ (B ₁₄ O ₂₃₎ 8Н ₂ О - стронціоджіноріт;
• Sr ₂ (B ₅ O ₉₎ Cl Н ₂ О - стронціохільгардіт;
• SrFe ₃ (PO _{4) 2} (OH) ₅ Н ₂ О - люсуньіт;
• SrMn ₂ (VO _{4) 2} 4Н ₂ О - сантафеіт;
• Sr ₅ (PO _{4) 3} OH - Бєлова;
• SrV (Si ₂ O ₇₎ - харадаіт.

За рівнем фізичної поширеності в земній корі стронцій займає 23-е місце - його масова частка становить 0,014% (у літосфері - 0,045%). Мольна частка металу в земній корі 0,0029%. Стронцій міститься в морській воді (8 мг / л) ^[3].

У природі стронцій зустрічається у вигляді суміші 4 стабільних ізотопів ⁸⁴ Sr (0,56%), ⁸⁶ Sr (9,86%), ⁸⁷ Sr (7,02%), ⁸⁸ Sr (82,56%).

2.1. Родовища

Відомі родовища стронцію в Каліфорнії, Арізоні (США); Росії та інших країнах ^{[4] [5]}.

3. Отримання

Існують 3 способи отримання металевого стронцію:

• термічне розкладання деяких з'єднань
• електроліз
• відновлення оксиду або хлориду

Основним промисловим способом отримання металевого стронцію є термічне відновлення його оксиду алюмінієм. Далі отриманий стронцій очищається сублімацією.

Електролітичне отримання стронцію електролізом розплаву суміші SrCl ₂ і NaCl не отримало широкого розповсюдження через малу виходу по струму і забруднення стронцію домішками.

При термічному розкладанні гідриду або нітриду стронцію утворюється мелкодісперсний стронцій, схильний до легкого займання.

4. Фізичні властивості

Стронцій - м'який сріблясто-білий метал, має ковкість і пластичністю, легко ріжеться ножем.

Поліморфа - відомі три його модифікації. До 215 ^о С стійка кубічна гранецентрованої модифікація (α-Sr), між 215 і 605 ^о С - гексагональна (β-Sr), вище 605 ^о С - кубічна об'ємно-центрована модифікація (γ-Sr).

Температура плавлення - 768 ^о С, Температура кипіння - 1390 ^о С.

5. Хімічні властивості

Стронцій у своїх з'єднаннях завжди проявляє валентність +2. За властивостями стронцій близький до кальцію і барію, займаючи проміжне положення між ними.

В електрохімічному ряді напруг стронцій знаходиться серед найбільш активних металів (його нормальний електродний потенціал дорівнює -2,89 В). Енергійно реагує з водою, утворюючи гідроксид :

Sr + 2H ₂ O = Sr (OH) ₂ + H ₂ ↑

Взаємодіє з кислотами, витісняє важкі метали з їх солей. З концентрованими кислотами (H ₂ SO _4, HNO ₃₎ реагує слабо.

Металевий стронцій швидко окислюється на повітрі, утворюючи жовтувату плівку, в якій крім оксиду SrO завжди присутні пероксид SrO ₂ і нітрид Sr ₃ N _2. При нагріванні на повітрі спалахує, порошкоподібний стронцій на повітрі схильний до самозаймання.

Енергійно реагує з неметалами - сірої, фосфором, галогенами. Взаємодіє з воднем (вище 200 ^о С), азотом (вище ⁴⁰⁰ С). Практично не реагує з лугами.

При високих температурах реагує з CO ₂, утворюючи карбід :

5Sr + 2CO ₂ = SrC ₂ + 4SrO

Легкорозчинні солі стронцію з аніонами Cl ^-, I ^-, NO ₃ ^-. Солі з аніонами F ^-, SO ₄ ^{2 -,} CO ₃ ^{2 -,} PO ₄ ^{3 -} малорастворіми.

6. Застосування

Основні області застосування стронцію та його хімічних сполук - це радіоелектронна промисловість, піротехніка, металургія, харчова промисловість.

6.1. Металургія

Стронцій застосовується для легування міді та деяких її сплавів, для введення в акумуляторні свинцеві сплави, для десульфурації чавуну, міді і сталей.

6.2. Металлотермія

Стронцій чистотою 99,99-99,999% застосовується для відновлення урану.

6.3. Магнітні матеріали

Магнітотверді ферити стронцію широко вживаються в якості матеріалів для виробництва постійних магнітів.

6.4. Піротехніка

У піротехніку застосовуються карбонат, нітрат, перхлорат стронцію для фарбування полум'я в карміново- червоний колір. Сплав магній-стронцій володіє сильними пірофорні властивості і знаходить застосування в піротехніці для запалювальних і сигнальних складів.

6.5. Атомноводородная енергетика

Уранати стронцію грає важливу роль при отриманні водню (стронцій-уранатний цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-воднева енергетика), і зокрема розробляються способи безпосереднього розподілу ядер урану в складі уранати стронцію для отримання тепла при розкладанні води на водень і кисень.

6.6. Високотемпературна надпровідність

Оксид стронцію застосовується як компонент надпровідних керамік.

6.7. Хімічні джерела струму

Фторид стронцію використовується як компонент твердотільних фторіонних акумуляторних батарей з великою енергоємністю і енергоплотностью.

Сплави стронцію з оловом і свинцем застосовуються для відливання струмовідводів акумуляторних батарей. Сплави стронцій- кадмій для анодів гальванічних елементів.

6.8. Медицина

Ізотоп з атомною масою 89, має період напіврозпаду 50,55 діб, застосовується (у вигляді хлориду) як протипухлинного засобу .

7. Біологічна роль

7.1. Вплив на організм людини

Не слід плутати дію на організм людини природного (нерадіоактивного, малотоксичного і більше того, широко використовується для лікування остеопорозу) та радіоактивних ізотопів стронцію ^[6].

Стронцій природний - складова частина мікроорганізмів, рослин і тварин. Стронцій є аналогом кальцію, тому він найбільш ефективно відкладається в кістках. У м'яких тканинах затримується менше 1%. Стронцій з великою швидкістю накопичується в організмі дітей до чотирирічного віку, коли йде активне формування кісткової тканини. Обмін стронцію змінюється при деяких захворюваннях органів травлення та серцево-судинної системи.

Шляхи потрапляння:

1. вода (гранично допустима концентрація стронцію у воді в РФ - 8 мг / л, а в США - 4 мг / л ^[6])
2. їжа (томати, буряк, кріп, петрушка, редька, редиска, цибуля, капуста, ячмінь, жито, пшениця)
3. інтратрахеально надходження
4. через шкіру (накожное)
5. інгаляційне (через легені)
6. люди, робота яких пов'язана зі стронцієм (в медицині радіоактивний стронцій використовують як аплікаторів при лікуванні шкірних і очних хвороб. Основні області застосування природного стронцію - це радіоелектронна промисловість, піротехніка, металургія, Металлотермія, харчова промисловість, пр-во магнітних матеріалів, радіоактивного - пр-во атомних електричних батарей. атомно-воднева енергетика, радіоізотопні термоелектричні генератори та ін)

Вплив нерадіоактивного стронцію проявляється вкрай рідко і лише за вплив інших чинників (дефіцит кальцію і вітаміну Д, неповноцінне харчування, порушення співвідношення мікроелементів таких як барій, молібден, селен та ін.) Тоді він може викликати у дітей "стронцієвий рахіт" і "уровской хвороба" - поразка і деформація суглобів, затримка росту та інші порушення.

Радіоактивний стронцій практично завжди негативно впливає на організм людини. Відкладаючись в кістковій тканині, він опромінює кісткову тканину і кістковий мозок, що збільшує ризик захворювання раком кісткового мозку, а при надходженні великої кількості може викликати променеву хворобу.

8. Ізотопи

8.1. Стронцій-90

Ізотоп стронцію ⁹⁰ Sr є радіоактивним з періодом напіврозпаду 28.9 років. ⁹⁰ Sr зазнає β-розпад, переходячи в радіоактивний ⁹⁰ Y (період напіврозпаду 64 год) Повний розпад стронцію-90, який потрапив у довкілля, відбудеться лише через кілька сотень років. ⁹⁰ Sr утворюється при ядерних вибухах і всередині ядерного реактора під час його роботи.

Застосовується у виробництві радіоізотопних джерел струму у вигляді титанату стронцію (щільність 4,8 г / см , а енерговиділення близько 0,54 Вт / см ).

Примітки