strontium

Sr, een chemisch element in groep II van het periodiek systeem van Mendeleev. Atoomnummer, 38; atoomgewicht, 87,62. Een zilverwit metaal. Natuurlijk strontium is een mengsel van de vier stabiele isotopen 84Sr, 86Sr, 87Sr en 88Sr, waarbij 88Sr de meest voorkomende is (82,56 procent).

Radioactieve strontiumisotopen zijn kunstmatig verkregen. Deze isotopen hebben massagetallen van 80 tot 97, en ze omvatten 90Sr, dat een halfwaardetijd van 27,7 jaar heeft en wordt gevormd bij uraniumsplijting. In 1790 ontdekte de Schotse arts A. Crawford bij het bestuderen van een mineraal dat in de buurt van het dorp Strontian in Schotland was gevonden, dat het mineraal een voorheen onbekende aarde bevatte, die de naam strontia kreeg. Later werd ontdekt dat strontia het oxide is van strontium SrO. In 1808 onderwierp H. Davy een mengsel van het bevochtigde hydroxide Sr (OH) 2 en kwikoxide aan elektrolyse met een kwikkathode en verkreeg zo een amalgaam van strontium.

Distributie in de natuur. Het gemiddelde gehalte aan strontium in de aardkorst (clarke) is 3,4 × 10–2 gewichtsprocent. Strontium is een bijkomend element van calcium in geochemische processen. Van strontium zijn ongeveer 30 mineralen bekend, waarvan celestiet (SrSO4) en strontianiet (SrCO3) de belangrijkste zijn. In magmatische gesteenten wordt strontium voornamelijk in gedispergeerde vorm aangetroffen, en het is aanwezig als een isomorf mengsel in de kristalroosters van calcium-, kalium- en bariummineralen. In de biosfeer hoopt strontium zich op in carbonaatgesteenten en vooral in de sedimenten van zoutmeren en lagunes (celestietafzettingen).

Fysische en chemische eigenschappen. Bij kamertemperatuur is het rooster van strontium vlakgecentreerd kubisch (α-Sr), met afstand a = 6,0848 Angstrom (Å). Boven 248 ° C wordt strontium omgezet in de hexagonale modificatie (β-Sr), met roosterafstanden a = 4,32 Å en c = 7,06 Å, en bij 614 ° C wordt het omgezet in de lichaamsgerichte kubische modificatie (γ-Sr ), met a = 4,85 Å. Strontium heeft een atoomstraal van 2,15 Å en de ionenstraal van Sr2 + is 1,20 Å. De dichtheid van de α-vorm is 2,63 g / cm3 (bij 20 ° C). Strontium heeft een smeltpunt van 770 ° C, een kookpunt van 1383 ° C, een soortelijke warmte van 737,4 kilojoule / kg- ° K (0,176 calorieën / g- ° C) en een soortelijke weerstand van 22,76 × 10–6 ohm- cm – 1. Strontium is paramagnetisch, met een magnetische gevoeligheid van 91,2 × 10–6 bij kamertemperatuur.

Strontium is een zacht taai metaal dat gemakkelijk met een mes kan worden gesneden. De configuratie van de buitenste elektronensubshell is 5s2, en in zijn verbindingen heeft strontium gewoonlijk een oxidatietoestand van + 2. Het element is een aardalkalimetaal dat qua chemische eigenschappen vergelijkbaar is met Ca en Ba. Metallisch strontium wordt snel geoxideerd in de lucht en vormt een gelige oppervlaktefilm die het oxide SrO, peroxide SrO2 en nitride Sr3N2 bevat. Strontium reageert onder normale omstandigheden met zuurstof om het oxide SrO te vormen, een grijsachtig wit poeder, dat in de lucht gemakkelijk wordt omgezet in het carbonaat SrCO3; het reageert heftig met water en vormt het hydroxide Sr (OH) 2, dat een sterkere base is dan Ca (OH) 2. Strontium wordt gemakkelijk ontstoken bij verhitting in de lucht en poedervormig strontium ontbrandt spontaan in de lucht. Zo wordt het element opgeslagen in hermetisch afgesloten vaten onder een laag kerosine. Strontium breekt met geweld water af, waarbij waterstof vrijkomt en strontiumhydroxide wordt gevormd. Bij verhoogde temperaturen reageert het element met waterstof (> 200 ° C), stikstof (> 400 ° C), fosfor, zwavel, en de halogenen. Bij verhitting vormt strontium intermetallische verbindingen met metalen, bijvoorbeeld SrPb3, SrAg4, SrHg8 en SrHg12. Van de strontiumzouten lossen de halogeniden (met uitzondering van het fluoride), nitraat, acetaat en chloraat gemakkelijk op in water, terwijl het carbonaat, sulfaat, oxalaat en fosfaat moeilijk oplosbaar zijn. Het neerslaan van strontium als oxalaat en sulfaat wordt gebruikt voor de analytische identificatie van het element. Veel zouten van strontium vormen kristalhydraten waarin het kristallisatiewater één tot zes moleculen omvat. Strontiumsulfide, SrS, wordt geleidelijk gehydrolyseerd door water; strontiumnitride, Sr3N2 (zwarte kristallen), wordt gemakkelijk afgebroken door water waarbij NH3 en Sr (OH) 2 vrijkomen. Strontium is gemakkelijk oplosbaar in vloeibare ammoniak en geeft donkerblauwe oplossingen.

Productie en gebruik. De belangrijkste grondstoffen voor de productie van strontiumverbindingen zijn de concentraten die worden verkregen uit de dressing van celestiet en strontianiet. Metallisch strontium wordt verkregen door de reductie van strontiumoxide met aluminium bij 1100o-1150 ° C;

4SrO + 2A1 = 3Sr + SrO · Al2O3

Het proces wordt batchgewijs uitgevoerd in elektrode-vacuümapparatuur bij een druk van 1 newton / m2 (10–2 mm Hg). Strontiumdampen worden gecondenseerd op het gekoelde oppervlak van de condensor die in het apparaat is geplaatst.Aan het einde van het reductieproces wordt het apparaat gevuld met argon en stroomt het condensaat, na te zijn gesmolten, in een mal. Strontium wordt ook geproduceerd door de elektrolyse van een smelt die 85 procent SrCI2 en 15 procent KC1 bevat, hoewel de opbrengst in termen van het stroomverbruik in dit proces laag is en het verkregen strontiummetaal onzuiverheden bevat in de vorm van strontiumnitride en oxide, en de zouten van strontium. In de industrie worden strontiumlegeringen, bijvoorbeeld die met tin, geproduceerd door elektrolyse met een vloeibare kathode.

Metallisch strontium heeft weinig praktische toepassingen. Het dient bij de deoxidatie van koper en brons. Strontium 90 is een bron van bètastraling in atoombatterijen. Strontium wordt gebruikt bij het maken van luminoforen en fotocellen, evenals bij sterk pyrofore legeringen. Strontiumoxide is een bestanddeel van bepaalde optische glazen en met oxide beklede kathodes in elektronenbuizen. Verbindingen van strontium worden gebruikt om vlammen een levendige kersenrode kleur te geven en zijn daarom gebruikt in pyrotechniek. Strontianiet wordt geïntroduceerd in slakken voor de verwijdering van zwavel en fosfor uit hoogwaardige staalsoorten, en strontiumcarbonaat wordt gebruikt in niet-vluchtige getters en toegevoegd aan de lakken en email die bestand zijn tegen atmosferische invloeden en die worden gebruikt voor het coaten van porselein, staal en hittebestendige legeringen. . Strontiumchromaat, SrCrO4, een extreem snel pigment, wordt gebruikt bij de bereiding van verf voor kunstenaars, en strontiumtitanaat, SrTiO3, wordt gebruikt als een ferro-elektrisch materiaal en als bestanddeel van piëzo-elektrisch keramiek. Strontiumzouten van vetzuren (“strontiumzepen”) worden gebruikt voor de productie van speciale smeervetten.

Zouten en verbindingen van strontium hebben een lage toxiciteit en de veiligheidsmaatregelen die standaard zijn voor het hanteren van zouten van alkali en aardalkalimetalen, moet in acht worden genomen wanneer u ermee werkt.

Strontium in organismen. Strontium is een bestanddeel van micro-organismen, planten, en dieren. De skeletten van mariene radiolari-ans (Acanthria) bestaan uit strontiumsulfaat (celestiet). Zeealgen bevatten 26-140 mg strontium per 100 g droge stof, terwijl landplanten 2,6 mg bevatten; zeedieren bevatten 2-50 mg strontium. mg, en landdieren 1,4 mg. Bacteriën bevatten 0,27-30 mg strontium. De ophoping van strontium in verschillende organismen hangt niet alleen af van de soort en speciale kenmerken van het organisme, maar ook van de verhouding tussen strontium en andere elementen in het milieu, voornamelijk Ca en P, en over de aanpassing van het organisme t o een bepaalde geochemische omgeving.

Dieren halen strontium uit water en voedsel. Het element wordt opgenomen door de dunne darm en voornamelijk uitgescheiden door de dikke darm. Een aantal stoffen (polysacchariden van algen, kationenuitwisselingsharsen) remmen de assimilatie van strontium. Strontium wordt voornamelijk opgeslagen in botweefsel, waarbij de as van botweefsel ongeveer 0,02 procent strontium bevat. In andere weefsels is de inhoud ongeveer 0,0005 procent. Een overmaat aan strontiumzouten in de voeding van ratten veroorzaakt “strontium” rachitis. Een verhoogd gehalte aan strontium in het organisme wordt waargenomen bij dieren die leven op bodems met een aanzienlijke hoeveelheid celestiet, een gehalte dat kan leiden tot broosheid van de botten, rachitis en andere ziekten. De ziekte sarcoïdose komt soms voor in biogeochemische provincies die rijk zijn aan strontium, zoals bepaalde regios in Centraal-Azië, Oost-Azië en Noord-Europa.

Strontium 90. Onder de kunstmatige isotopen van strontium speelt het langlevende radionuclide strontium 90 een prominente rol in de radioactieve vervuiling van de biosfeer. Eenmaal in het milieu toont 90Sr het vermogen om (voornamelijk met Ca) deel te nemen aan metabolische processen in planten, dieren en mensen. Dus bij het evalueren van de vervuiling van de biosfeer met 90Sr, wordt de 90Sr / Ca-verhouding berekend in strontiumeenheden (1 SU = 10–12 curie van 90Sr per gram Ca). De discriminatie van strontium dat gebeurt in de beweging van 90Sr en Ca langs biologische en voedselketens wordt kwantitatief uitgedrukt door de discriminatiecoëfficiënt – het verband tussen de 90Sr / Ca-verhouding in een bepaalde schakel van de biologische of voedselketen en de verhouding in de voorgaande schakel. In de laatste schakel van een voedselketen is de concentratie van “Sr in de regel aanzienlijk lager dan in de startschakel.

Strontium 90 kan planten rechtstreeks binnendringen door de bladeren te besmetten of door de wortels uit de grond. In het laatste geval hebben de grondsoort, het bodemvocht, de pH en het gehalte aan Ca en organische stoffen een groot effect. Peulvruchten en wortelgewassen hebben relatief hoge ophopingen van strontium 90, terwijl grassen, inclusief granen, en vlas hebben lagere gehalten Aanzienlijk minder strontium 90 wordt in de zaden en vruchten van planten verzameld dan in andere organen: er is bijvoorbeeld tien keer zoveel 90Sr in de bladeren en stengels van tarwe dan in het graan.Bij dieren, die 90Sr voornamelijk uit plantaardig voedsel halen, en mensen, die het voornamelijk uit koemelk en vis halen, hoopt de isotoop zich grotendeels op in de botten. De opbouw van 90Sr in het organisme van dieren en mensen hangt af van factoren zoals de leeftijd van het organisme, de hoeveelheid ingenomen radionuclide en de groeisnelheid van nieuw botweefsel. Strontium 90 vormt een groot gevaar voor kinderen, die het isotoop uit melk halen en dit ophopen in snelgroeiend botweefsel.

Het biologische effect van 90Sr is gerelateerd aan de verdeling van het isotoop in het lichaam (accumulatie in het skelet). Het effect hangt ook af van de dosis bètastraling geproduceerd door 90Sr en de dochterradio-isotoop van de isotoop, 90Y. Bij langdurige inname van 90Sr kunnen, zelfs in relatief kleine hoeveelheden, leukemie en osteosarcoom ontstaan als gevolg van de continue bestraling van het botweefsel. Significante veranderingen in botweefsel worden waargenomen met een gehalte van 90Sr in de voeding van ongeveer 1 microcurie per gram Ca. Het Verdrag inzake het verbod op kernproeven (1963), dat het testen van kernwapens in de atmosfeer, de ruimte en onder water verbiedt, heeft geleid tot een bijna volledige eliminatie van strontium 90 uit de atmosfeer en tot een vermindering van de mobiele vormen van de isotoop in de bodem.