strontium (Deutsch)

Sr, einem chemischen Element in Gruppe II des Periodensystems von Mendeleev. Ordnungszahl 38; Atomgewicht 87,62. Ein silberweißes Metall. Natürliches Strontium ist eine Mischung der vier stabilen Isotope 84Sr, 86Sr, 87Sr und 88Sr, wobei 88Sr am häufigsten vorkommt (82,56 Prozent).

Radioaktive Strontiumisotope wurden künstlich erhalten. Diese Isotope haben Massenzahlen im Bereich von 80 bis 97 und sie umfassen 90Sr, das eine Halbwertszeit von 27,7 Jahren hat und in der Uranspaltung gebildet wird. 1790 entdeckte der schottische Arzt A. Crawford bei der Untersuchung eines Minerals in der Nähe des schottischen Dorfes Strontian, dass das Mineral eine zuvor unbekannte „Erde“ enthielt, die den Namen „Strontia“ erhielt. Es wurde später gefunden, dass Strontia das Oxid von Strontium SrO ist. Im Jahr 1808 unterzog H. Davy eine Mischung aus angefeuchtetem Hydroxid Sr (OH) 2 und Quecksilberoxid einer Elektrolyse mit einer Quecksilberkathode und erhielt ein Amalgam von Strontium. Verteilung in der Natur. Der durchschnittliche Strontiumgehalt in der Erdkruste (Clarke) beträgt 3,4 × 10–2 Gewichtsprozent. Strontium ist ein akzessorisches Element von Kalzium in geochemischen Prozessen. Es sind ungefähr 30 Strontiummineralien bekannt, von denen Celestit (SrSO4) und Strontianit (SrCO3) die wichtigsten sind. In magmatischen Gesteinen kommt Strontium hauptsächlich in dispergierter Form vor und liegt als isomorphes Gemisch in den Kristallgittern von Calcium-, Kalium- und Bariummineralien vor. In der Biosphäre reichert sich Strontium in Karbonatgesteinen und insbesondere in den Sedimenten von Salzseen und Lagunen (Celestitablagerungen) an.

Physikalische und chemische Eigenschaften. Bei Raumtemperatur ist das Strontiumgitter flächenzentriert kubisch (α-Sr) mit einem Abstand von a = 6,0848 Angström (Å). Oberhalb von 248 ° C wird Strontium in die hexagonale Modifikation (β-Sr) mit Gitterabständen a = 4,32 Å und c = 7,06 Å umgewandelt und bei 614 ° C in die körperzentrierte kubische Modifikation (γ-Sr) umgewandelt ) mit a = 4,85 Å. Strontium hat einen Atomradius von 2,15 Å und der Ionenradius von Sr2 + beträgt 1,20 Å. Die Dichte der α-Form beträgt 2,63 g / cm³ (bei 20ºC). Strontium hat einen Schmelzpunkt von 770 ° C, einen Siedepunkt von 1383 ° C, eine spezifische Wärme von 737,4 Kilojoule / kg- ° K (0,176 Kalorien / g- ° C) und einen spezifischen Widerstand von 22,76 × 10–6 Ohm- cm – 1. Strontium ist paramagnetisch mit einer magnetischen Suszeptibilität von 91,2 × 10–6 bei Raumtemperatur.

Strontium ist ein weiches duktiles Metall, das leicht mit einem Messer geschnitten werden kann. Die Konfiguration der äußeren Elektronensubschale ist 5s2, und in seinen Verbindungen hat Strontium normalerweise eine Oxidationsstufe von + 2. Das Element ist ein Erdalkalimetall, dessen chemische Eigenschaften Ca und Ba ähnlich sind. Metallisches Strontium wird in der Luft schnell oxidiert und bildet einen gelblichen Oberflächenfilm, der das Oxid SrO, das Peroxid SrO 2 und das Nitrid Sr 3 N 2 enthält. Strontium reagiert unter normalen Bedingungen mit Sauerstoff unter Bildung des Oxids SrO, eines grauweißen Pulvers, das in der Luft leicht in das Carbonat SrCO3 umgewandelt wird. es reagiert heftig mit Wasser und bildet das Hydroxid Sr (OH) 2, das eine stärkere Base als Ca (OH) 2 ist. Strontium entzündet sich beim Erhitzen an der Luft leicht, und pulverisiertes Strontium entzündet sich spontan an der Luft. Somit wird das Element in hermetisch verschlossenen Gefäßen unter einer Kerosinschicht gelagert. Strontium zersetzt Wasser heftig unter Freisetzung von Wasserstoff und unter Bildung von Strontiumhydroxid. Bei erhöhten Temperaturen reagiert das Element mit Wasserstoff (> 200 ° C), Stickstoff (> 400 ° C), Phosphor, Schwefel, und die Halogene. Beim Erhitzen bildet Strontium intermetallische Verbindungen mit Metallen, beispielsweise SrPb3, SrAg4, SrHg8 und SrHg12. Von den Strontiumsalzen lösen sich die Halogenide (mit Ausnahme des Fluorids), Nitrat, Acetat und Chlorat leicht in Wasser, während das Carbonat, Sulfat, Oxalat und Phosphat schwer löslich sind. Die Ausfällung von Strontium als Oxalat und Sulfat wird zur analytischen Identifizierung des Elements verwendet. Viele Salze von Strontium bilden Kristallhydrate, in denen das Kristallwasser ein bis sechs Moleküle umfasst. Strontiumsulfid, SrS, wird allmählich durch Wasser hydrolysiert; Strontiumnitrid, Sr3N2 (schwarze Kristalle), wird unter Freisetzung von NH3 und Sr (OH) 2 leicht durch Wasser zersetzt. Strontium ist in flüssigem Ammoniak leicht löslich und ergibt dunkelblaue Lösungen.

Herstellung und Verwendung. Die Hauptrohstoffe für die Herstellung von Strontiumverbindungen sind die Konzentrate, die beim Abrichten von Celestit und Strontianit erhalten werden. Metallisches Strontium wird durch Reduktion von Strontiumoxid unter Verwendung von Aluminium bei 1100 bis 1150 ° C erhalten;

4SrO + 2A1 = 3Sr + SrO · Al2O3

Das Verfahren wird chargenweise durchgeführt in Elektrodenvakuumgeräten bei einem Druck von 1 Newton / m2 (10–2 mm Hg). Strontiumdämpfe werden auf der gekühlten Oberfläche des im Gerät befindlichen Kondensators kondensiert.Am Ende des Reduktionsprozesses wird die Apparatur mit Argon gefüllt und das Kondensat fließt nach dem Schmelzen in eine Form. Strontium wird auch durch Elektrolyse einer Schmelze hergestellt, die 85% SrCl 2 und 15% KCl enthält, obwohl die Ausbeute in Bezug auf den bei diesem Verfahren verbrauchten Strom gering ist und das erhaltene Strontiummetall Verunreinigungen in Form von Strontiumnitrid und -oxid enthält. und die Salze von Strontium. In der Industrie werden Strontiumlegierungen, beispielsweise solche mit Zinn, durch Elektrolyse unter Verwendung einer Flüssigkeitskathode hergestellt. Metallisches Strontium hat nur wenige praktische Anwendungen. Es dient zur Entgiftung von Kupfer und Bronze. Strontium 90 ist eine Beta-Strahlungsquelle in Atombatterien. Strontium wird zur Herstellung von Luminophoren und Fotozellen sowie stark pyrophoren Legierungen verwendet. Strontiumoxid ist Bestandteil bestimmter optischer Gläser und oxidbeschichteter Kathoden in Elektronenröhren. Strontiumverbindungen werden verwendet, um Flammen eine lebendige kirschrote Farbe zu verleihen, und haben daher in der Pyrotechnik Verwendung gefunden. Strontianit wird in Schlacke zur Entfernung von Schwefel und Phosphor aus hochwertigen Stählen eingebracht, und Strontiumcarbonat wird in nichtflüchtigen Gettern verwendet und den Lacken und Emails zugesetzt, die gegen atmosphärische Effekte beständig sind und zum Beschichten von Porzellan, Stahl und hitzebeständigen Legierungen verwendet werden . Strontiumchromat, SrCrO4, ein extrem schnelles Pigment, wird zur Herstellung von Künstlerfarben verwendet, und Strontiumtitanat, SrTiO3, wird als Ferroelektrikum und Bestandteil von piezoelektrischen Keramiken verwendet. Strontiumsalze von Fettsäuren („Strontiumseifen“) werden zur Herstellung spezieller Schmierfette verwendet.

Salze und Verbindungen von Strontium weisen eine geringe Toxizität auf und die Sicherheitsvorkehrungen, die beim Umgang mit Alkalisalzen Standard sind und Erdalkalimetalle sollten bei der Arbeit mit ihnen beobachtet werden.

Strontium in Organismen. Strontium ist ein Bestandteil von Mikroorganismen, Pflanzen, und Tiere. Die Skelette der marinen Radiolarien (Acanthria) bestehen aus Strontiumsulfat (Celestit). Meeresalgen enthalten 26–140 mg Strontium pro 100 g Trockenmasse, während Landpflanzen 2,6 mg enthalten; Meerestiere 2–50 mg und Landtiere 1,4 mg. Bakterien enthalten 0,27–30 mg Strontium. Die Anreicherung von Strontium in verschiedenen Organismen hängt nicht nur von der Art und den besonderen Merkmalen des Organismus ab, sondern auch vom Verhältnis von Strontium zu anderen Elementen in der Umwelt. hauptsächlich Ca und P und zur Anpassung des Organismus t o eine gegebene geochemische Umgebung.

Tiere erhalten Strontium aus Wasser und Nahrung. Das Element wird vom Dünndarm aufgenommen und hauptsächlich vom Dickdarm ausgeschieden. Eine Reihe von Substanzen (Polysaccharide von Algen, Kationenaustauscherharze) hemmen die Assimilation von Strontium. Strontium wird hauptsächlich im Knochengewebe gespeichert, wobei die Asche des Knochengewebes ungefähr 0,02 Prozent Strontium enthält. In anderen Geweben beträgt der Gehalt ungefähr 0,0005 Prozent. Ein Überschuss an Strontiumsalzen in der Nahrung von Ratten verursacht „Strontium“ -Rachitis. Ein erhöhter Strontiumgehalt im Organismus wird bei Tieren beobachtet, die auf Böden mit einer signifikanten Menge an Celestit leben, ein Gehalt, der zu Knochensprödigkeit, Rachitis und Rachitis führen kann andere Krankheiten. Die Krankheit Sarkoidose tritt manchmal in strontiumreichen biogeochemischen Provinzen auf, beispielsweise in bestimmten Regionen in Zentralasien, Ostasien und Nordeuropa.

Strontium 90. Unter den künstlichen Isotopen von Strontium spielt das langlebige Radionuklid Strontium 90 eine wichtige Rolle bei der radioaktiven Verschmutzung der Biosphäre. In der Umwelt zeigt 90Sr die Fähigkeit, (hauptsächlich mit Ca) an Stoffwechselprozessen teilzunehmen Bei Pflanzen, Tieren und Menschen wird bei der Bewertung der Verschmutzung der Biosphäre mit 90Sr das 90Sr / Ca-Verhältnis in Strontiumeinheiten berechnet (1 SU = 10–12 Curie von 90Sr pro Gramm Ca). Die Unterscheidung von Strontium das kommt vor in Die Bewegung von 90Sr und Ca entlang der biologischen Kette und der Nahrungskette wird quantitativ durch den Unterscheidungskoeffizienten ausgedrückt – die Beziehung zwischen dem 90Sr / Ca-Verhältnis in einem bestimmten Glied der biologischen Kette oder der Nahrungskette und dem Verhältnis im vorhergehenden Glied. Im letzten Glied einer Nahrungskette ist die Konzentration von „Sr“ in der Regel signifikant geringer als im Ausgangsglied.

Strontium 90 kann direkt in Pflanzen eindringen, indem es entweder die Blätter kontaminiert oder durch das Wurzeln aus dem Boden. Im letzteren Fall haben die Art des Bodens, die Bodenfeuchtigkeit, der pH-Wert und der Gehalt an Ca und organischen Substanzen einen großen Einfluss. Hülsenfrüchte und Wurzelfrüchte haben relativ hohe Ansammlungen von Strontium 90, während Gräser, einschließlich Körner und Flachs haben geringere Gehalte. In den Samen und Früchten von Pflanzen wird deutlich weniger Strontium 90 angesammelt als in anderen Organen, zum Beispiel ist in den Blättern und Stängeln von Weizen zehnmal so viel 90Sr enthalten wie im Getreide.Bei Tieren, die 90Sr hauptsächlich aus pflanzlichen Nahrungsmitteln erhalten, und Menschen, die es hauptsächlich aus Kuhmilch und Fisch erhalten, reichert sich das Isotop weitgehend in den Knochen an. Der Aufbau von 90Sr im Organismus von Tieren und Menschen hängt von Faktoren wie dem Alter des Organismus, der Menge des aufgenommenen Radionuklids und der Wachstumsrate von neuem Knochengewebe ab. Strontium 90 stellt eine große Gefahr für Kinder dar, die das Isotop aus Milch gewinnen und es in schnell wachsendem Knochengewebe anreichern.

Die biologische Wirkung von 90Sr hängt mit der Verteilung des Isotops im Körper zusammen (Anreicherung in das Skelett). Der Effekt hängt auch von der Beta-Strahlungsdosis ab, die von 90Sr und dem Tochterradioisotop des Isotops, 90Y, erzeugt wird. Bei längerer Einnahme von 90Sr können sich selbst in relativ geringen Mengen Leukämie und Osteosarkom infolge der kontinuierlichen Bestrahlung des Knochengewebes entwickeln. Signifikante Veränderungen im Knochengewebe werden bei einem Gehalt von 90 Sr in der Nahrung von ungefähr 1 Mikrocurie pro Gramm Ca beobachtet. Der Vertrag über das Verbot von Nuklearversuchen (1963), der das Testen von Atomwaffen in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser verbietet, hat zu einer fast vollständigen Eliminierung von Strontium 90 aus der Atmosphäre und zu einer Verringerung der mobilen Formen des Isotops in den USA geführt Boden.