strontium (Polski)

Sr, pierwiastek chemiczny z grupy II układu okresowego Mendelejewa. Liczba atomowa, 38; masa atomowa 87,62. Srebrno-biały metal. Naturalny stront jest mieszaniną czterech stabilnych izotopów 84Sr, 86Sr, 87Sr i 88Sr, przy czym najczęściej występuje 88Sr (82,56%).

Radioaktywne izotopy strontu otrzymano sztucznie. Te izotopy mają liczby masowe w zakresie od 80 do 97 i obejmują 90Sr, którego okres półtrwania wynosi 27,7 lat i powstaje w wyniku rozszczepienia uranu. W 1790 roku szkocki lekarz A. Crawford, badając minerał znaleziony w pobliżu wioski Strontian w Szkocji, odkrył, że minerał ten zawiera nieznaną wcześniej „ziemię”, której nadano nazwę „strontia”. Później stwierdzono, że strontia jest tlenkiem strontu SrO. W 1808 roku H. Davy poddał elektrolizie za pomocą katody rtęciowej mieszaninę zwilżonego wodorotlenku Sr (OH) 2 i tlenku rtęci i uzyskał amalgamat strontu.

Rozmieszczenie w przyrodzie. Średnia zawartość strontu w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 3,4 × 10–2 procent wagowych. Stront jest dodatkowym pierwiastkiem wapnia w procesach geochemicznych. Znanych jest około 30 minerałów strontu, z których najważniejsze są celes-tyt (SrSO4) i strontianit (SrCO3). W skałach magmowych stront występuje głównie w postaci rozproszonej i występuje jako izomorficzna domieszka w sieciach krystalicznych minerałów wapnia, potasu i baru. W biosferze stront gromadzi się w skałach węglanowych, a zwłaszcza w osadach słonych jezior i lagun (złożach celestytu).

Właściwości fizyczne i chemiczne. W temperaturze pokojowej, sieć strontu jest centrowana sześciennie (α-Sr), z odstępami a = 6,0848 angstremów (Å). Powyżej 248 ° C stront jest przekształcany w modyfikację heksagonalną (β-Sr), z rozstawami sieci a = 4,32 Å ic = 7,06 Å, aw temperaturze 614 ° C jest przekształcany w modyfikację sześcienną centrowaną na ciele ), przy = 4,85 Å. Promień atomowy strontu wynosi 2,15 Å, a promień jonowy Sr2 + 1,20 Å. Gęstość postaci α wynosi 2,63 g / cm3 (w 20 ° C). Stront ma temperaturę topnienia 770 ° C, temperaturę wrzenia 1383 ° C, ciepło właściwe 737,4 kilodżuli / kg- ° K (0,176 kalorii / g- ° C) i rezystywność 22,76 × 10–6 omów. cm – 1. Stront jest paramagnetyczny, z podatnością magnetyczną 91,2 × 10–6 w temperaturze pokojowej.

Stront to miękki, ciągliwy metal, który można łatwo ciąć nożem. Konfiguracja zewnętrznej podpowłoki elektronu to 5s2, aw jej związkach stront ma zwykle stopień utlenienia + 2. Pierwiastek jest metalem ziem alkalicznych, który ma właściwości chemiczne podobne do Ca i Ba. Metaliczny stront jest szybko utleniany w powietrzu, tworząc żółtawą warstwę powierzchniową zawierającą tlenek SrO, nadtlenek SrO2 i azotek Sr3N2. Stront reaguje z tlenem w normalnych warunkach, tworząc tlenek SrO, szaro-biały proszek, który w powietrzu łatwo przekształca się w węglan SrCO3; reaguje energicznie z wodą, tworząc wodorotlenek Sr (OH) 2, który jest silniejszą zasadą niż Ca (OH) 2. Stront jest łatwo zapalany podczas ogrzewania w powietrzu, a sproszkowany stront zapala się samorzutnie w powietrzu. W ten sposób element jest przechowywany w hermetycznie zamkniętych naczyniach pod warstwą nafty. Stront gwałtownie rozkłada wodę, uwalniając wodór i tworząc wodorotlenek strontu. W podwyższonych temperaturach pierwiastek reaguje z wodorem (> 200 ° C), azotem (> 400 ° C), fosforem, siarką, i halogeny. Po podgrzaniu stront tworzy związki międzymetaliczne z metalami, na przykład SrPb3, SrAg4, SrHg8 i SrHg12. Spośród soli strontu halogenki (z wyjątkiem fluorku), azotany, octany i chlorany łatwo rozpuszczają się w wodzie, podczas gdy węglany, siarczany, szczawiany i fosforany są trudno rozpuszczalne. Do analitycznej identyfikacji pierwiastka wykorzystuje się strącanie strontu jako szczawianu i siarczanu. Wiele soli strontu tworzy krystaliczne hydraty, w których woda krystalizacyjna zawiera od jednej do sześciu cząsteczek. Siarczek strontu, SrS, jest stopniowo hydrolizowany przez wodę; azotek strontu, Sr3N2 (czarne kryształy), jest łatwo rozkładany przez wodę z uwolnieniem NH3 i Sr (OH) 2. Stront jest łatwo rozpuszczalny w ciekłym amoniaku, dając ciemnoniebieskie roztwory.

Produkcja i zastosowanie. Głównymi surowcami do produkcji związków strontu są koncentraty otrzymywane z opatrunku z celestytu i strontianitu. Metaliczny stront uzyskuje się przez redukcję tlenku strontu z użyciem glinu w temperaturze 1100–1150 ° C;

4SrO + 2A1 = 3Sr + SrO · Al2O3

Proces przeprowadza się okresowo w aparacie próżniowym z elektrodą przy ciśnieniu 1 niutona / m2 (10–2 mm Hg). Opary strontu kondensują się na schłodzonej powierzchni skraplacza umieszczonego wewnątrz aparatu.Pod koniec procesu redukcji aparat napełnia się argonem, a kondensat po stopieniu spływa do formy. Stront jest również wytwarzany w procesie elektrolizy stopu zawierającego 85% SrCI2 i 15% KC1, chociaż wydajność pod względem prądu zużywanego w tym procesie jest niska, a uzyskany metaliczny stront zawiera zanieczyszczenia w postaci azotku i tlenku strontu, i sole strontu. W przemyśle stopy strontu, na przykład te z cyną, są wytwarzane przez elektrolizę przy użyciu ciekłej katody.

Metaliczny stront ma niewiele praktycznych zastosowań. Służy do odtleniania miedzi i brązu. Stront 90 jest źródłem promieniowania beta w bateriach atomowych. Stront jest używany do produkcji luminoforów i fotokomórek, a także stopów silnie piroforycznych. Tlenek strontu jest składnikiem niektórych szkieł optycznych i katod powlekanych tlenkiem w lampach elektronowych. Związki strontu są używane do nadawania żywego wiśniowo-czerwonego koloru płomieniom i dlatego znalazły zastosowanie w pirotechnice. Strontianit jest wprowadzany do żużla w celu usunięcia siarki i fosforu ze stali wysokogatunkowych, a węglan strontu jest stosowany w nielotnych getterach i dodawany do lakierów i emalii odpornych na działanie czynników atmosferycznych, które są używane do powlekania porcelany, stali i stopów żaroodpornych . Chromian strontu, SrCrO4, niezwykle szybki pigment, jest używany do wytwarzania farb dla artystów, a tytanian strontu, SrTiO3, jest używany jako ferroelektryczny i składnik ceramiki piezoelektrycznej. Sole strontu i kwasów tłuszczowych („mydła strontowe”) są używane do produkcji specjalnych smarów.

Sole i związki strontu mają niską toksyczność, a środki ostrożności, które są standardowe przy obchodzeniu się z solami alkalicznymi i metali ziem alkalicznych należy obserwować podczas pracy z nimi.

Stront w organizmach. Stront jest składnikiem mikroorganizmów, roślin, i zwierząt. Szkielety morskich radiolarian (akantrii) składają się z siarczanu strontu (celestyt). Algi morskie zawierają 26–140 mg strontu na 100 g suchej masy, podczas gdy rośliny lądowe zawierają 2,6 mg; zwierzęta morskie zawierają 2–50 mg, a zwierzęta lądowe 1,4 mg. Bakterie zawierają 0,27–30 mg strontu. Akumulacja strontu w różnych organizmach zależy nie tylko od gatunku i szczególnych cech organizmu, ale także od stosunku strontu do innych pierwiastków w środowisku, głównie Ca i P oraz na adaptację organizmu t o dane środowisko geochemiczne.

Zwierzęta pozyskują stront z wody i pożywienia. Pierwiastek jest wchłaniany przez jelito cienkie i eliminowany głównie przez jelito grube. Szereg substancji (polisacharydy alg, żywice kationowymienne) hamuje przyswajanie strontu. Stront jest magazynowany głównie w tkance kostnej, a popiół z tkanki kostnej zawiera około 0,02% strontu. W innych tkankach zawartość wynosi około 0,0005%. Nadmiar soli strontu w diecie szczurów powoduje krzywicę „strontu”. Podwyższoną zawartość strontu w organizmie obserwuje się u zwierząt żyjących na glebach ze znaczną zawartością celestytu, którego zawartość może prowadzić do łamliwości kości, krzywicy i inne choroby. Choroba sarkoidoza czasami pojawia się w biogeochemicznych prowincjach bogatych w stront, takich jak niektóre regiony Azji Środkowej, Azji Wschodniej i Europy Północnej.

Stront 90. Spośród sztucznych izotopów strontu, długożyciowy radionuklid, stront 90, odgrywa znaczącą rolę w radioaktywnym zanieczyszczeniu biosfery. W środowisku 90Sr wykazuje zdolność do uczestniczenia (głównie z Ca) w procesach metabolicznych u roślin, zwierząt i ludzi. Zatem w ocenie zanieczyszczenia biosfery 90Sr, stosunek 90Sr / Ca oblicza się w jednostkach strontu (1 SU = 10–12 curie 90Sr na gram Ca). który występuje w ruch 90Sr i Ca wzdłuż łańcuchów biologicznych i pokarmowych jest wyrażony ilościowo przez współczynnik dyskryminacji – stosunek między stosunkiem 90Sr / Ca w danym ogniwie łańcucha biologicznego lub pokarmowego a stosunkiem w poprzednim ogniwie. W końcowym ogniwie łańcucha pokarmowego stężenie „Sr” jest z reguły znacznie mniejsze niż w ogniwie początkowym.

Stront 90 może dostać się do roślin bezpośrednio poprzez zanieczyszczenie liści lub przedostanie się przez korzenie z gleby. W tym ostatnim przypadku duży wpływ ma rodzaj gleby, jej wilgotność, pH, a także zawartość Ca i substancji organicznych. Rośliny strączkowe i okopowe mają stosunkowo wysokie akumulacje strontu 90, natomiast trawy, w tym zboża i len ma mniejszą zawartość.Znacznie mniej strontu 90 gromadzi się w nasionach i owocach roślin niż w innych organach, na przykład w liściach i łodygach pszenicy jest dziesięć razy więcej 90Sr niż w ziarnie.U zwierząt, które pozyskują 90Sr głównie z pokarmów roślinnych, oraz ludzi, którzy pozyskują go głównie z mleka krowiego i ryb, izotop gromadzi się głównie w kościach. Gromadzenie się 90Sr w organizmie zwierząt i ludzi zależy od takich czynników, jak wiek organizmu, ilość spożytego radionuklidu i tempo wzrostu nowej tkanki kostnej. Stront 90 stanowi wielkie zagrożenie dla dzieci, które pobierają izotop z mleka i gromadzą go w szybko rosnącej tkance kostnej.

Biologiczne działanie 90Sr jest związane z rozmieszczeniem izotopu w organizmie (kumulacja w szkielet). Efekt zależy również od dawki promieniowania beta wytwarzanego przez 90Sr i pochodnego izotopu radioizotopu, 90Y. Przy długotrwałym przyjmowaniu 90Sr, nawet w stosunkowo niewielkich ilościach, w wyniku ciągłego napromieniania tkanki kostnej może rozwinąć się białaczka i kostniakomięsak. Obserwuje się znaczące zmiany w tkance kostnej przy zawartości 90Sr w diecie wynoszącej około 1 mikrokurczu na gram Ca. Traktat o zakazie prób jądrowych (1963), który zakazuje testowania broni jądrowej w atmosferze, przestrzeni kosmicznej i pod wodą, doprowadził do prawie całkowitej eliminacji strontu 90 z atmosfery i zmniejszenia ruchomych form izotopu w gleba.