strontium (Suomi)

Sr, kemiallinen elementti Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmässä II. Atomiluku, 38; atomipaino, 87,62. Hopeanvalkoinen metalli. Luonnollinen strontium on sekoitus neljästä stabiilista isotoopista 84Sr, 86Sr, 87Sr ja 88Sr, joista 88Sr on yleisin (82,56 prosenttia).

Radioaktiivisia strontium-isotooppeja on saatu keinotekoisesti. Näiden isotooppien massanumerot vaihtelevat 80: stä 97: een, ja niihin sisältyy 90Sr, jonka puoliintumisaika on 27,7 vuotta ja joka muodostuu uraanifissiossa. Vuonna 1790 skotlantilainen lääkäri A. Crawford tutkiessaan mineraalia, joka löydettiin lähellä Strontianin kylää Skotlannista, että mineraali sisälsi aiemmin tuntemattoman ”maan”, jolle annettiin nimi ”strontia”. Myöhemmin havaittiin, että strontia on strontium SrO: n oksidi. Vuonna 1808 H. Davy altistettiin kostutetun hydroksidin Sr (OH) 2 ja elohopeaoksidin seokselle elektrolyysille elohopeakatodilla ja saatiin strontiumin amalgaami.

Jakautuminen luonnossa. Strontiumin keskimääräinen pitoisuus maankuoressa (clarke) on 3,4 × 10–2 painoprosenttia. Strontium on kalsiumin lisäaine geokemiallisissa prosesseissa. Noin 30 strontiumin mineraalia tunnetaan, joista tärkeimmät ovat celes-tite (SrSO4) ja strontianite (SrCO3). Magmaattisissa kivissä strontiumia esiintyy pääasiassa dispergoituneessa muodossa, ja sitä esiintyy isomorfisena lisäaineena kalsium-, kalium- ja bariummineraalien kideverkoissa. Biosfäärissä strontium kerääntyy karbonaattikivikiviin ja erityisesti suolajärvien ja laguunien sedimentteihin (selestiittikertymät). Huoneen lämpötilassa strontiumin hila on kasvokeskeinen kuutio (a-Sr), etäisyydellä a = 6,0848 angströmiä (Å). Yli 248 ° C: n lämpötilassa strontium muunnetaan kuusikulmaiseksi modifikaatioksi (β-Sr) ristikkovälien a = 4,32 Å ja c = 7,06 Å kanssa, ja 614 ° C: ssa se muuttuu kehon keskitetyksi kuutiomuutokseksi (γ-Sr ), jonka a = 4,85 Å. Strontiumin atomisäde on 2,15 Å, ja Sr2 +: n ionisäde on 1,20 Å. A-muodon tiheys on 2,63 g / cm3 (20 ° C: ssa). Stronciumin sulamispiste on 770 ° C, kiehumispiste 1383 ° C, ominaislämpö 737,4 kilojoulea / kg- ° K (0,176 kaloria / g- ° C) ja resistiivisyys 22,76 × 10-6 ohmia cm – 1. Strontium on paramagneettinen, magneettinen herkkyys 91,2 × 10–6 huoneenlämmössä.

Strontium on pehmeä pallografiittimetalli, joka on helposti leikattu veitsellä. Ulkoisen elektronin alikuoren kokoonpano on 5s2, ja strontiumin yhdisteissä sen hapettumistila on yleensä + 2. Alkuainetta on maa-alkalimetalli, joka on kemiallisilta ominaisuuksiltaan samanlainen kuin Ca ja Ba. Metallinen strontium hapettuu nopeasti ilmassa, jolloin muodostuu kellertävä pintakalvo, joka sisältää oksidia SrO, peroksidia SrO2 ja nitridiä Sr3N2. Strontium reagoi hapen kanssa tavallisissa olosuhteissa muodostaen oksidin SrO, harmahtavan valkoisen jauheen, joka ilmassa muuttuu helposti karbonaatiksi SrCO3; se reagoi voimakkaasti veden kanssa muodostaen hydroksidin Sr (OH) 2, joka on vahvempi emäs kuin Ca (OH) 2. Strontium syttyy helposti ilmassa kuumentuessaan, ja jauhettu strontium syttyy itsestään ilmassa. Siten elementti varastoidaan ilmatiiviisti suljettuihin astioihin kerosiinikerroksen alle. Strontium hajottaa vettä voimakkaasti vapauttamalla vetyä ja muodostamalla strontiumhydroksidia. Korkeissa lämpötiloissa alkuaine reagoi vedyn (> 200 ° C), typen (> 400 ° C), fosforin, rikin, ja halogeenit. Kuumennettaessa strontium muodostaa metallien välisiä yhdisteitä metallien kanssa, esimerkiksi SrPb3, SrAg4, SrHg8 ja SrHg12. Strontiumsuoloista halogenidit (fluoria lukuun ottamatta), nitraatti, asetaatti ja kloraatti liukenevat helposti veteen, kun taas karbonaatti, sulfaatti, oksalaatti ja fosfaatti ovat vaikeasti liukoisia. Strontiumin saostumista oksalaattina ja sulfaattina käytetään alkuaineen analyyttiseen tunnistamiseen. Monet strontiumin suolat muodostavat kitehydraatteja, joissa kiteytysvesi käsittää yhdestä kuuteen molekyyliä. Strontiumsulfidi, SrS, hydrolysoituu vähitellen vedellä; strontiumnitridi, Sr3N2 (mustat kiteet), hajoaa helposti vedellä vapauttamalla NH3: n ja Sr (OH) 2: n. Strontiumi liukenee helposti nestemäiseen ammoniakkiin, jolloin saadaan tummansinisiä liuoksia.

Tuotanto ja käyttö. Tärkeimmät raaka-aineet strontiumyhdisteiden tuotannossa ovat selestiitin ja strontianiitin pukeutumisesta saadut tiivisteet. Metallinen strontium saadaan pelkistämällä strontiumoksidi alumiinilla 1100o – 1150 ° C: ssa;

4SrO + 2A1 = 3Sr + SrO · Al2O3

Prosessi suoritetaan eräkohtaisesti elektrodin tyhjiölaitteessa paineella 1 newton / m2 (10–2 mm Hg). Strontiumihöyryt kondensoituvat laitteen sisälle sijoitetun lauhduttimen jäähdytetylle pinnalle.Pelkistysprosessin lopussa laite täytetään argonilla, ja lauhde sulamisen jälkeen virtaa muottiin. Strontiumia tuotetaan myös sulan elektrolyysillä, joka sisältää 85 prosenttia SrCI2 ja 15 prosenttia KC1, vaikka saanto tässä prosessissa kulutetusta virrasta mitattuna on pieni, ja saatu strontiummetalli sisältää epäpuhtauksia strontiumnitridin ja oksidin muodossa, ja strontiumin suolat. Teollisuudessa strontiumin seoksia, esimerkiksi tinaa sisältäviä, valmistetaan elektrolyysillä käyttämällä nestekatodia.

Metallisella strontiumilla on vain vähän käytännön käyttötarkoituksia. Se palvelee kuparin ja pronssin deoksidaatiota. Strontium 90 on beeta-säteilyn lähde atomiparistoissa. Strontiumia käytetään luminoforien ja valokennojen sekä voimakkaasti pyroforisten seosten valmistuksessa. Strontiumoksidi on tiettyjen optisten lasien ja oksidipäällysteisten katodien komponentti elektroniputkissa. Strontiumyhdisteitä käytetään antamaan liekeille elävä kirsikanpunainen väri, ja siten niitä on käytetty pyrotekniikassa. Strontianiitti lisätään kuonaan rikin ja fosforin poistamiseksi korkealaatuisista teräksistä, ja strontiumkarbonaattia käytetään haihtumattomissa ketjuissa ja lisätään ilmakehänkestäviin lakkoihin ja emaleihin, joita käytetään posliinin, teräksen ja kuumuutta kestävien seosten päällystämiseen. . Strontiumikromaattia, SrCrO4, erittäin nopeaa pigmenttiä, käytetään taiteilijoiden maalien valmistuksessa, ja strontiumtitanaattia, SrTiO3, käytetään ferrosähköisenä ja pietsosähköisen keramiikan ainesosana. Rasvahappojen strontiumsuoloja (”strontsiumsaippuoita”) käytetään erityisten voiteluaineiden valmistamiseen.

Strontiumin suoloilla ja yhdisteillä on alhainen myrkyllisyys, ja emäksisten suolojen käsittelyssä vakiona olevat varotoimet ja maa-alkalimetalleja, tulisi noudattaa työskenneltäessä niiden kanssa.

Strontium organismeissa. Strontium on mikro-organismien, kasvien, Meri-radiolari-ans (Acanthria) -luuranko koostuu strontiumsulfaatista (selestiitti). Merilevät sisältävät 26–140 mg strontiumia 100 grammassa kuiva-ainetta, kun taas maakasvit sisältävät 2,6 mg; merieläimet sisältävät 2–50 mg ja maaeläimet 1,4 mg. Bakteerit sisältävät 0,27–30 mg strontiumia. Strontiumin kertyminen eri organismeihin riippuu paitsi organismin lajeista ja erityispiirteistä myös strontiumin suhteesta muihin ympäristön elementteihin, pääasiassa Ca ja P ja organismin sopeutumisesta t tietyn geokemiallisen ympäristön.

Eläimet saavat strontiumia vedestä ja ravinnosta. Elementti imeytyy ohutsuolessa ja eliminoituu pääasiassa paksusuolessa. Useat aineet (levien polysakkaridit, kationinvaihtohartsit) estävät strontiumin assimilaatiota. Strontiumia varastoidaan pääasiassa luukudokseen, luukudoksen tuhka sisältää noin 0,02 prosenttia strontiumia. Muissa kudoksissa pitoisuus on noin 0,0005 prosenttia. Strontiumsuolojen ylimäärä rottien ruokavaliossa aiheuttaa strontium-rahhiitteja. Strontium-pitoisuuden lisääntyminen organismissa havaitaan eläimillä, jotka elävät maaperässä, jossa on huomattava määrä selestiittiä, mikä voi johtaa luiden haurauteen, riisitautiin ja muut sairaudet. Taudin sarkoidoosi esiintyy joskus strontiumia sisältävissä biogeokemiallisissa maakunnissa, kuten tietyillä Keski-Aasian, Itä-Aasian ja Pohjois-Euroopan alueilla.

Strontium 90. Strontiumin keinotekoisista isotoopeista pitkäikäinen radionuklidi strontium 90 esiintyy selvästi biosfäärin radioaktiivisessa saasteessa. Ympäristöön päästyään 90Sr osoittaa kyvyn osallistua (pääasiassa Ca: n kanssa) aineenvaihduntaan Kun arvioidaan biosfäärin pilaantumista 90Sr: llä, 90Sr / Ca-suhde lasketaan strontiumyksikköinä (1 SU = 10–12 curie, 90Sr / gramma Ca: ta). Strontiumin syrjintä joka tapahtuu vuonna 90Sr: n ja Ca: n liike biologisia ja ravintoketjuja pitkin ilmaistaan kvantitatiivisesti syrjintäkertoimella – suhteella 90Sr / Ca-suhteella tietyssä biologisen tai ruokaketjun linkissä ja suhteessa edellisessä linkissä. Ruokaketjun viimeisessä linkissä ”Sr: n pitoisuus on pääsääntöisesti huomattavasti pienempi kuin lähtöyhteydessä.

Strontium 90 voi päästä kasveihin joko saastuttamalla lehtiä tai tunkeutumalla juuret maaperästä. Jälkimmäisessä tapauksessa maaperätyypillä, maaperän kosteudella, pH: lla sekä Ca- ja orgaanisten aineiden pitoisuudella on suuri vaikutus. Palkokasvien ja juurikasvien strontium 90 -kertymät ovat suhteellisen suuria, kun taas ruohot, mukaan lukien jyvät, ja pellavan sisältö on pienempi. Kasvien siemeniin ja hedelmiin kertyy huomattavasti vähemmän strontiumia 90 kuin muissa elimissä; esimerkiksi vehnän lehdissä ja varsissa on kymmenen kertaa enemmän 90Sr: tä kuin viljassa.Eläimillä, jotka saavat 90Sr pääasiassa kasvisruokista, ja ihmisillä, jotka saavat sen pääasiassa lehmänmaidosta ja kalasta, isotooppi kerääntyy pääosin luihin. 90Sr: n kertyminen eläinten ja ihmisten organismiin riippuu sellaisista tekijöistä kuin organismin ikä, nautitun radionuklidin määrä ja uuden luukudoksen kasvunopeus. Strontium 90 on suuri vaara lapsille, jotka saavat isotoopin maidosta ja kertyvät nopeasti kasvavaan luukudokseen.

90Sr: n biologinen vaikutus liittyy isotoopin jakautumiseen kehossa (kertyminen luuranko). Vaikutus riippuu myös 90Sr: n ja isotoopin tytärradioisotoopin 90Y tuottamasta beetasäteilyannoksesta. Pitkällä 90Sr: n saannilla, jopa suhteellisen pieninä määrinä, leukemia ja osteosarkooma voivat kehittyä luukudoksen jatkuvan säteilytyksen seurauksena. Luukudoksessa havaitaan merkittäviä muutoksia, kun ruokavaliossa on 90Sr-pitoisuus noin 1 mikrokuria / gramma Ca: ta. Ydinkokeiden kieltosopimus (1963), joka kieltää ydinaseiden testaamisen ilmakehässä, avaruudessa ja veden alla, on johtanut strontium 90: n lähes täydelliseen poistumiseen ilmakehästä ja isotoopin liikkuvien muotojen vähenemiseen ilmakehässä maaperä.