strontium (Français)

Sr, un élément chimique du groupe II du système périodique de Mendeleev. Numéro atomique, 38; poids atomique, 87,62. Un métal blanc argenté. Le strontium naturel est un mélange des quatre isotopes stables 84Sr, 86Sr, 87Sr et 88Sr, 88Sr étant le plus courant (82,56%).

Les isotopes radioactifs du strontium ont été obtenus artificiellement. Ces isotopes ont des nombres de masse allant de 80 à 97, et ils incluent 90Sr, qui a une demi-vie de 27,7 ans et se forme lors de la fission de luranium. En 1790, le médecin écossais A. Crawford, en étudiant un minéral trouvé près du village de Strontian en Écosse, découvrit que le minéral contenait une «terre» jusque-là inconnue, qui reçut le nom de «strontia». On a découvert plus tard que la strontia est loxyde de strontium SrO. En 1808, H. Davy soumet un mélange dhydroxyde humidifié Sr (OH) 2 et doxyde mercurique à une électrolyse avec une cathode au mercure et obtient un amalgame de strontium.

Distribution dans la nature. La teneur moyenne en strontium de la croûte terrestre (Clarke) est de 3,4 × 10–2 pour cent en poids. Le strontium est un élément accessoire du calcium dans les processus géochimiques. Une trentaine de minéraux de strontium sont connus, parmi lesquels la célestite (SrSO4) et la strontianite (SrCO3) sont les plus importantes. Dans les roches magmatiques, le strontium se trouve principalement sous forme dispersée, et il est présent sous forme de mélange isomorphe dans les réseaux cristallins de minéraux de calcium, de potassium et de baryum. Dans la biosphère, le strontium saccumule dans les roches carbonatées et, en particulier, dans les sédiments des lacs salés et des lagunes (dépôts de célestite).

Propriétés physiques et chimiques. À température ambiante, le réseau de strontium est cubique à faces centrées (α-Sr), avec un espacement a = 6,0848 angströms (Å). Au-dessus de 248 ° C, le strontium est converti en modification hexagonale (β-Sr), avec des espacements de réseau a = 4,32 Å et c = 7,06 Å, et à 614 ° C, il est converti en modification cubique centrée sur le corps (γ-Sr ), avec a = 4,85 Â. Le strontium a un rayon atomique de 2,15 Å et le rayon ionique de Sr2 + est de 1,20 Å. La densité de la forme a est de 2,63 g / cm3 (à 20 ° C). Le strontium a un point de fusion de 770 ° C, un point débullition de 1383 ° C, une chaleur spécifique de 737,4 kilojoules / kg- ° K (0,176 calorie / g- ° C) et une résistivité de 22,76 × 10–6 ohm- cm – 1. Le strontium est paramagnétique, avec une susceptibilité magnétique de 91,2 × 10–6 à température ambiante.

Le strontium est un métal souple ductile qui se coupe facilement avec un couteau. La configuration de la sous-couche délectrons externe est 5s2 et, dans ses composés, le strontium a généralement un état doxydation de + 2. Lélément est un métal alcalino-terreux dont les propriétés chimiques sont similaires à celles du Ca et du Ba. Le strontium métallique est rapidement oxydé dans lair, formant un film de surface jaunâtre contenant loxyde SrO, le peroxyde SrO2 et le nitrure Sr3N2. Le strontium réagit avec loxygène dans des conditions ordinaires pour former loxyde SrO, une poudre blanche grisâtre, qui dans lair est facilement convertie en carbonate SrCO3; il réagit vigoureusement avec leau, formant lhydroxyde Sr (OH) 2, qui est une base plus forte que Ca (OH) 2. Le strontium senflamme facilement lorsquil est chauffé dans lair, et le strontium en poudre senflamme spontanément dans lair. Ainsi, lélément est stocké dans des récipients hermétiquement fermés sous une couche de kérosène. Le strontium décompose violemment leau, avec la libération dhydrogène et la formation dhydroxyde de strontium. À des températures élevées, lélément réagit avec lhydrogène (> 200 ° C), lazote (> 400 ° C), le phosphore, le soufre, et les halogènes. Lors du chauffage, le strontium forme des composés intermétalliques avec des métaux, par exemple SrPb3, SrAg4, SrHg8 et SrHg12. Parmi les sels de strontium, les halogénures (à lexception du fluorure), le nitrate, lacétate et le chlorate se dissolvent facilement dans leau, tandis que le carbonate, le sulfate, loxalate et le phosphate sont difficilement solubles. La précipitation du strontium sous forme doxalate et de sulfate est utilisée pour lidentification analytique de lélément. De nombreux sels de strontium forment des hydrates cristallins dans lesquels leau de cristallisation comprend une à six molécules. Le sulfure de strontium, SrS, est progressivement hydrolysé par leau; le nitrure de strontium, Sr3N2 (cristaux noirs), est facilement décomposé par leau avec la libération de NH3 et Sr (OH) 2. Le strontium est facilement soluble dans lammoniaque liquide, donnant des solutions bleu foncé.

Production et utilisation. Les principales matières premières pour la production de composés de strontium sont les concentrés obtenus à partir du dressage de célestite et de strontianite. Le strontium métallique est obtenu par réduction de loxyde de strontium en utilisant de laluminium à 1100o – 1150 ° C;

4SrO + 2A1 = 3Sr + SrO · Al2O3

Le procédé est réalisé en discontinu dans un appareil à vide à électrodes à une pression de 1 newton / m2 (10–2 mm Hg). Les vapeurs de strontium sont condensées sur la surface refroidie du condenseur placé à lintérieur de lappareil.A la fin du processus de réduction, lappareil est rempli dargon et le condensat, après avoir fondu, sécoule dans un moule. Le strontium est également produit par électrolyse dune masse fondue contenant 85% de SrCl2 et 15% de KC1, bien que le rendement en termes de courant consommé dans ce processus soit faible et que le strontium métallique obtenu contienne des impuretés sous forme de nitrure et doxyde de strontium, et les sels de strontium. Dans lindustrie, les alliages de strontium, par exemple ceux avec de létain, sont produits par électrolyse à laide dune cathode liquide.

Le strontium métallique a peu dutilisations pratiques. Il sert à la désoxydation du cuivre et du bronze. Le strontium 90 est une source de rayonnement bêta dans les batteries atomiques. Le strontium est utilisé dans la fabrication de luminophores et de photocellules, ainsi que dalliages fortement pyrophoriques. Loxyde de strontium est un constituant de certains verres optiques et cathodes revêtues doxyde dans les tubes électroniques. Les composés de strontium sont utilisés pour conférer une couleur rouge cerise vive aux flammes et ont donc trouvé une utilisation dans la pyrotechnie. La strontianite est introduite dans le laitier pour éliminer le soufre et le phosphore des aciers de haute qualité, et le carbonate de strontium est utilisé dans les getters non volatils et ajouté aux laques et émaux résistants aux effets atmosphériques utilisés pour le revêtement de la porcelaine, de lacier et des alliages résistants à la chaleur. . Le chromate de strontium, SrCrO4, un pigment extrêmement rapide, est utilisé dans la préparation des peintures pour artistes, et le titanate de strontium, SrTiO3, est utilisé comme ferroélectrique et constituant des céramiques piézoélectriques. Les sels de strontium dacides gras («savons de strontium») sont utilisés pour la production de graisses lubrifiantes spéciales.

Les sels et composés de strontium ont une faible toxicité, et les précautions de sécurité, qui sont standard pour la manipulation des sels dalcali et les métaux alcalino-terreux, doivent être observés lorsque vous travaillez avec eux.

Strontium dans les organismes. Le strontium est un composant des micro-organismes, des plantes, Les squelettes des radiolari-ans marins (Acanthria) sont constitués de sulfate de strontium (célestite). Les algues marines contiennent 26 à 140 mg de strontium pour 100 g de matière sèche, tandis que les plantes terrestres en contiennent 2,6 mg; les animaux marins en contiennent 2 à 50 mg et les animaux terrestres 1,4 mg. Les bactéries contiennent de 0,27 à 30 mg de strontium. Laccumulation de strontium dans divers organismes dépend non seulement de lespèce et des particularités de lorganisme, mais également du rapport du strontium aux autres éléments de lenvironnement, principalement Ca et P, et sur ladaptation de lorganisme t o un environnement géochimique donné.

Les animaux obtiennent du strontium à partir de leau et de la nourriture. Lélément est absorbé par lintestin grêle et éliminé principalement par le gros intestin. Un certain nombre de substances (polysaccharides dalgues, résines échangeuses de cations) inhibent lassimilation du strontium. Le strontium est stocké principalement dans le tissu osseux, les cendres du tissu osseux contenant environ 0,02% de strontium. Dans dautres tissus, le contenu est denviron 0,0005 pour cent. Un excès de sels de strontium dans le régime alimentaire des rats provoque le rachitisme du «strontium». Une teneur accrue en strontium dans lorganisme est observée chez les animaux vivant sur des sols contenant une quantité importante de célestite, une teneur qui peut entraîner la fragilité des os, le rachitisme et dautres maladies. La maladie de la sarcoïdose apparaît parfois dans les provinces biogéochimiques riches en strontium, telles que certaines régions dAsie centrale, dAsie de lEst et dEurope du Nord.

Strontium 90. Parmi les isotopes artificiels du strontium, le radionucléide strontium 90 à vie longue occupe une place prépondérante dans la pollution radioactive de la biosphère. Une fois dans lenvironnement, le 90Sr démontre une capacité à participer (principalement avec le Ca) aux processus métaboliques chez les plantes, les animaux et les humains. Ainsi, en évaluant la pollution de la biosphère avec 90Sr, le rapport 90Sr / Ca est calculé en unités de strontium (1 SU = 10–12 curie de 90Sr par gramme de Ca). La discrimination du strontium qui se produit dans le mouvement du 90Sr et du Ca le long des chaînes biologiques et alimentaires est exprimé quantitativement par le coefficient de discrimination – la relation entre le rapport 90Sr / Ca dans un maillon donné de la chaîne biologique ou alimentaire et le rapport dans le maillon précédent. Dans le dernier maillon dune chaîne alimentaire, la concentration de « Sr, en règle générale, est nettement inférieure à celle du maillon de départ.

Le strontium 90 peut pénétrer directement dans les plantes en contaminant les feuilles ou en entrant par le Dans ce dernier cas, le type de sol, lhumidité du sol, le pH et la teneur en Ca et en substances organiques ont un effet important. Les légumineuses et les plantes-racines ont des accumulations relativement élevées de strontium 90, tandis que les graminées, y compris les céréales et le lin ont des teneurs plus faibles. Il y a beaucoup moins de strontium 90 accumulé dans les graines et les fruits des plantes que dans les autres organes; par exemple, il y a dix fois plus de 90Sr dans les feuilles et les tiges du blé que dans le grain.Chez les animaux, qui obtiennent le 90Sr principalement à partir d’aliments végétaux, et chez les humains, qui l’obtiennent principalement à partir du lait de vache et du poisson, l’isotope s’accumule en grande partie dans les os. Laccumulation de 90Sr dans lorganisme des animaux et des humains dépend de facteurs tels que lâge de lorganisme, la quantité de radionucléide ingérée et le taux de croissance du nouveau tissu osseux. Le strontium 90 présente un grand danger pour les enfants, qui obtiennent lisotope du lait et laccumulent dans le tissu osseux en croissance rapide.

Leffet biologique du 90Sr est lié à la distribution de lisotope dans le corps (accumulation dans le squelette). L’effet dépend également de la dose de rayonnement bêta produite par le 90Sr et le radio-isotope fille de l’isotope, le 90Y. Avec la prise prolongée de 90Sr, même en quantités relativement faibles, une leucémie et un ostéosarcome peuvent se développer à la suite de lirradiation continue du tissu osseux. Des modifications significatives du tissu osseux sont observées avec une teneur de 90Sr dans le régime alimentaire denviron 1 microcurie par gramme de Ca. Le Traité dinterdiction des essais nucléaires (1963), qui interdit les essais darmes nucléaires dans latmosphère, lespace extra-atmosphérique et sous leau, a conduit à une élimination presque totale du strontium 90 de latmosphère et à une réduction des formes mobiles de lisotope dans le sol.