stroncium (Čeština)

Sr, chemický prvek ve skupině II Mendělejevova periodického systému. Atomové číslo, 38; atomová hmotnost, 87,62. Stříbro-bílý kov. Přírodní stroncium je směsí čtyř stabilních izotopů 84Sr, 86Sr, 87Sr a 88Sr, přičemž nejběžnější je 88Sr (82,56%).

Radioaktivní izotopy stroncia byly získány uměle. Tyto izotopy mají hmotnostní čísla v rozmezí od 80 do 97 a zahrnují 90Sr, který má poločas rozpadu 27,7 let a je tvořen štěpením uranu. V roce 1790 skotský lékař A. Crawford při studiu minerálu nalezeného poblíž vesnice Strontian ve Skotsku zjistil, že minerál obsahoval dříve neznámou „zemi“, která dostala jméno „strontia“. Později bylo zjištěno, že stroncia je oxid stroncia SrO. V roce 1808 podrobil H. Davy směs zvlhčeného hydroxidu Sr (OH) 2 a oxidu rtuťnatého elektrolýze rtuťovou katodou a získal amalgám stroncia.

Distribuce v přírodě. Průměrný obsah stroncia v zemské kůře (clarke) je 3,4 × 10–2 hmotnostních procent. Stroncium je doplňkovým prvkem vápníku v geochemických procesech. Je známo přibližně 30 minerálů stroncia, z nichž nejdůležitější jsou celes-tite (SrSO4) a strontianit (SrCO3). V magmatických horninách se stroncium nachází primárně v rozptýlené formě a je přítomno jako izomorfní přísada v krystalových mřížkách vápníku, draslíku a barya. V biosféře se stroncium hromadí v uhličitanových horninách a zejména v sedimentech solných jezer a lagun (ložiska celestitu).

Fyzikální a chemické vlastnosti. Při pokojové teplotě je mřížka stroncia tvářově centrovaná kubická (α-Sr), s roztečí a = 6,0848 angstromů (Å). Při teplotě nad 248 ° C se stroncium převádí na hexagonální modifikaci (β-Sr), s roztečí mřížek a = 4,32 Å a c = 7,06 Å a při 614 ° C se převádí na kubickou modifikaci zaměřenou na tělo (γ-Sr ), s a = 4,85 Å. Stroncium má atomový poloměr 2,15 Å a iontový poloměr Sr2 + je 1,20 Å. Hustota α-formy je 2,63 g / cm3 (při 20 ° C). Stroncium má teplotu tání 770 ° C, teplotu varu 1383 ° C, měrné teplo 737,4 kilojoulů / kg- ° K (0,176 kalorií / g- ° C) a měrný odpor 22,76 × 10–6 ohm- cm – 1. Stroncium je paramagnetické a má magnetickou susceptibilitu 91,2 × 10–6 při pokojové teplotě.

Stroncium je měkký tvárný kov, který lze snadno řezat nožem. Konfigurace vnější elektronové subshell je 5s2 a ve svých sloučeninách má stroncium obvykle oxidační stav + 2. Prvek je kov alkalických zemin, který má podobné chemické vlastnosti jako Ca a Ba. Kovové stroncium se ve vzduchu rychle oxiduje a vytváří nažloutlý povrchový film obsahující oxid SrO, peroxid SrO2 a nitrid Sr3N2. Stroncium za normálních podmínek reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu SrO, šedavě bílého prášku, který se ve vzduchu snadno přemění na uhličitan SrCO3; prudce reaguje s vodou a tvoří hydroxid Sr (OH) 2, který je silnější bází než Ca (OH) 2. Stroncium se snadno zahřívá při zahřátí na vzduchu a práškové stroncium se ve vzduchu spontánně vznítí. Prvek je tedy uložen v hermeticky uzavřených nádobách pod vrstvou petroleje. Stroncium prudce rozkládá vodu za uvolňování vodíku a tvorby hydroxidu strontnatého. Při zvýšených teplotách prvek reaguje s vodíkem (> 200 ° C), dusíkem (> 400 ° C), fosforem, sírou, a halogeny. Po zahřátí stroncium tvoří intermetalické sloučeniny s kovy, například SrPb3, SrAg4, SrHg8 a SrHg12. Ze solí stroncia se halogenidy (s výjimkou fluoridů), dusičnany, octany a chlorečnany snadno rozpustí ve vodě, zatímco uhličitany, sírany, šťavelany a fosforečnany jsou obtížně rozpustné. Srážení stroncia jako oxalátu a síranu se používá pro analytickou identifikaci prvku. Mnoho solí stroncia tvoří krystalické hydráty, ve kterých krystalová voda obsahuje jednu až šest molekul. Sulfid strontnatý, SrS, se postupně hydrolyzuje vodou; nitrid stroncia, Sr3N2 (černé krystaly), se snadno rozkládá vodou za uvolňování NH3 a Sr (OH) 2. Stroncium je snadno rozpustné v kapalném amoniaku a poskytuje tmavě modré roztoky.

Výroba a použití. Hlavními surovinami pro výrobu sloučenin stroncia jsou koncentráty získané úpravou celestitu a strontianitu. Kovové stroncium se získává redukcí oxidu strontnatého za použití hliníku při teplotě 1100o – 1150 ° C;

4SrO + 2A1 = 3Sr + SrO · Al2O3

Proces se provádí dávkovým způsobem ve vakuové aparatuře elektrod při tlaku 1 newton / m2 (10–2 mm Hg). Páry stroncia kondenzují na chlazeném povrchu kondenzátoru umístěného uvnitř přístroje.Na konci redukčního procesu se zařízení naplní argonem a kondenzát po roztavení odtéká do formy. Stroncium se také vyrábí elektrolýzou taveniny obsahující 85 procent SrCI2 a 15 procent KC1, i když výtěžek ve smyslu proudu spotřebovaného v tomto procesu je nízký a získaný kov stroncia obsahuje nečistoty ve formě nitridu a oxidu strontnatého, a soli stroncia. V průmyslu se slitiny stroncia, například slitiny s cínem, vyrábějí elektrolýzou pomocí tekuté katody.

Kovové stroncium má několik praktických využití. Slouží k deoxidaci mědi a bronzu. Stroncium 90 je zdrojem beta záření v atomových bateriích. Stroncium se používá při výrobě luminoforů a fotobuněk, stejně jako silně pyroforických slitin. Oxid strontnatý je složkou určitých optických skel a oxidem potažených katod v elektronkách. Sloučeniny stroncia se používají k propůjčení plamenů živé třešňově červené barvě, a proto nalezly uplatnění v pyrotechnice. Stronianit se zavádí do strusky za účelem odstranění síry a fosforu z ušlechtilých ocelí a uhličitan strontnatý se používá v netěkavých getrech a přidává se k lakům a smaltům odolným proti atmosférickým vlivům, které se používají k povlékání porcelánu, oceli a žáruvzdorných slitin. . Chroman strontnatý, SrCrO4, extrémně rychlý pigment, se používá při přípravě barev pro umělce a titaničitan strontnatý, SrTiO3, se používá jako feroelektřina a složka piezoelektrické keramiky. Soli stroncia mastných kyselin („mýdla stroncia“) se používají k výrobě speciálních mazacích tuků.

Soli a sloučeniny stroncia mají nízkou toxicitu a bezpečnostní opatření, která jsou standardem pro zacházení se solemi alkálií a kovy alkalických zemin, je třeba je při práci dodržovat.

Stroncium v organismech. Stroncium je složkou mikroorganismů, rostlin, a zvířata. Kostry mořských radiolariánů (Acanthria) sestávají ze síranu strontnatého (celestitu). Mořské řasy obsahují 26–140 mg stroncia na 100 g sušiny, zatímco suchozemské rostliny obsahují 2,6 mg; mořští živočichové obsahují 2–50 mg a suchozemští živočichové 1,4 mg. Bakterie obsahují 0,27–30 mg stroncia. Akumulace stroncia v různých organismech závisí nejen na druzích a zvláštních vlastnostech organismu, ale také na poměru stroncia k ostatním prvkům v prostředí, hlavně Ca a P, a na adaptaci organismu t o dané geochemické prostředí.

Zvířata získávají stroncium z vody a potravy. Prvek je absorbován tenkým střevem a eliminován hlavně tlustým střevem. Řada látek (polysacharidy řas, kationtoměničové pryskyřice) inhibuje asimilaci stroncia. Stroncium se ukládá hlavně v kostní tkáni, přičemž popel kostní tkáně obsahuje přibližně 0,02 procenta stroncia. V jiných tkáních je obsah přibližně 0,0005 procenta. Přebytek solí stroncia ve stravě potkanů způsobuje křivici „stroncia“. Zvýšený obsah stroncia v organismu je pozorován u zvířat žijících na půdách s významným množstvím celestitu, což může vést k lámavosti kostí, křivici a jiná onemocnění. Sarkoidóza choroby se někdy objevuje v biogeochemických provinciích bohatých na stroncium, jako jsou určité oblasti ve střední Asii, východní Asii a severní Evropě.

Stroncium 90. Z umělých izotopů stroncia se v radioaktivním znečištění biosféry prominentně vyskytuje radionuklid stroncia 90 s dlouhou životností. Jakmile je v prostředí 90Sr, prokazuje schopnost účastnit se (hlavně s Ca) metabolických procesů u rostlin, zvířat a lidí. Při hodnocení znečištění biosféry 90Sr se tedy poměr 90Sr / Ca vypočítá v jednotkách stroncia (1 SU = 10–12 curie 90Sr na gram Ca). Diskriminace stroncia který se vyskytuje v pohyb 90Sr a Ca podél biologických a potravinových řetězců je kvantitativně vyjádřen koeficientem diskriminace – vztahem mezi poměrem 90Sr / Ca v daném článku biologického nebo potravinového řetězce a poměrem v předchozím článku. V konečném článku potravinového řetězce je koncentrace „Sr zpravidla výrazně nižší než v počátečním článku.

Stroncium 90 může vstoupit do rostlin přímo kontaminací listů nebo vstupem skrz kořeny z půdy. V druhém případě mají velký vliv druh půdy, vlhkost půdy, pH a obsah Ca a organických látek. Luštěniny a okopaniny mají relativně vysokou akumulaci stroncia 90, zatímco trávy, včetně zrn a lnu mají nižší obsah. V semenech a plodech rostlin se nahromadí podstatně méně stroncia 90 než v jiných orgánech; například v listech a stoncích pšenice je desetkrát tolik 90 Sr než v zrnech.U zvířat, která získávají 90Sr primárně z rostlinné potravy, a lidí, kteří ji získávají hlavně z kravského mléka a ryb, se izotop hromadí převážně v kostech. Nahromadění 90Sr v organismu zvířat a lidí závisí na takových faktorech, jako je věk organismu, množství požitého radionuklidu a rychlost růstu nové kostní tkáně. Stroncium 90 představuje velké nebezpečí pro děti, které získávají izotop z mléka a akumulují ho v rychle rostoucí kostní tkáni.

Biologický účinek 90Sr souvisí s distribucí izotopu v těle (akumulace v kostlivec). Účinek také závisí na dávce beta záření produkovaného 90Sr a dceřiným radioizotopem izotopu, 90Y. Při prodlouženém příjmu 90Sr, i v relativně malém množství, se může v důsledku nepřetržitého ozařování kostní tkáně vyvinout leukémie a osteosarkom. Významné změny v kostní tkáni jsou pozorovány s obsahem 90Sr ve stravě přibližně 1 mikrocurie na gram Ca. Smlouva o zákazu jaderných zkoušek (1963), která zakazuje testování jaderných zbraní v atmosféře a ve vesmíru a pod vodou, vedla k téměř úplné eliminaci stroncia 90 z atmosféry a ke snížení mobilních forem izotopu v půda.