stronțiu

Sr, un element chimic din Grupul II al sistemului periodic al lui Mendeleev. Număr atomic, 38; greutatea atomică, 87,62. Un metal alb-argintiu. Stronțiul natural este un amestec al celor patru izotopi stabili 84Sr, 86Sr, 87Sr și 88Sr, cu 88Sr cel mai frecvent (82,56%).

Izotopii radioactivi de stronțiu au fost obținuți artificial. Acești izotopi au un număr de mase cuprins între 80 și 97 și includ 90Sr, care are un timp de înjumătățire de 27,7 ani și se formează în fisiunea uraniului. În 1790, medicul scoțian A. Crawford, la studierea unui mineral găsit lângă satul Strontian din Scoția, a descoperit că mineralul conținea un „pământ” necunoscut anterior, căruia i s-a dat numele de „strontia”. Ulterior s-a constatat că stronția este oxidul de stronțiu SrO. În 1808, H. Davy a supus un amestec de hidroxid umezit Sr (OH) 2 și oxid mercuric la electroliză cu un catod de mercur și a obținut un amalgam de stronțiu.

Distribuție în natură. Conținutul mediu de stronțiu din scoarța terestră (clarke) este de 3,4 × 10–2% din greutate. Stronțiul este un element accesoriu al calciului în procesele geochimice. Se cunosc aproximativ 30 de minerale de stronțiu, dintre care celes-tite (SrSO4) și strontianit (SrCO3) sunt cele mai importante. În roci magmatice, stronțiul se găsește în principal sub formă dispersată și este prezent ca un amestec izomorf în rețelele cristaline ale mineralelor de calciu, potasiu și bariu. În biosferă, stronțiul se acumulează în roci carbonatate și, mai ales, în sedimentele lacurilor sărate și lagune (depozite de celestit).

Proprietăți fizice și chimice. La temperatura camerei, rețeaua stronțiului este cubică centrată pe față (α-Sr), cu spațierea a = 6,0848 angstromi (Å). Peste 248 ° C, stronțiul este transformat în modificarea hexagonală (β-Sr), cu distanțe de rețea a = 4,32 Å și c = 7,06 Å, iar la 614 ° C este convertit în modificarea cubică centrată pe corp (γ-Sr ), cu a = 4,85 Å. Stronțiul are o rază atomică de 2,15 Å, iar raza ionică a Sr2 + este de 1,20 Å. Densitatea formei a este de 2,63 g / cm3 (la 20 ° C). Stronțiul are un punct de topire de 770 ° C, un punct de fierbere de 1383 ° C, o căldură specifică de 737,4 kilojoule / kg- ° K (0,176 calorii / g- ° C) și o rezistivitate de 22,76 × 10-6 ohm- cm – 1. Stronțiul este paramagnetic, cu o susceptibilitate magnetică de 91,2 × 10–6 la temperatura camerei.

Stronțiul este un metal ductil moale, care este ușor de tăiat cu un cuțit. Configurația sub-coajă electronică exterioară este 5s2, iar în compușii săi stronțiul are de obicei o stare de oxidare de + 2. Elementul este un metal alcalino-pământos, care este similar ca proprietăți chimice cu Ca și Ba. Stronțiul metalic este oxidat rapid în aer, formând o peliculă de suprafață gălbuie care conține oxidul SrO, peroxidul SrO2 și nitrura Sr3N2. Stronțiul reacționează cu oxigenul în condiții obișnuite pentru a forma oxidul SrO, o pulbere albă cenușie, care în aer este ușor convertită în carbonatul SrCO3; reacționează energic cu apa, formând hidroxidul Sr (OH) 2, care este o bază mai puternică decât Ca (OH) 2. Stronțiul se aprinde ușor la încălzirea în aer, iar stronțiul sub formă de pulbere se aprinde spontan în aer. Astfel, elementul este depozitat în vase închise ermetic sub un strat de kerosen. Stronțiul descompune violent apa, cu eliberarea hidrogenului și formarea hidroxidului de stronțiu. La temperaturi ridicate, elementul reacționează cu hidrogen (> 200 ° C), azot (> 400 ° C), fosfor, sulf, iar halogenii. La încălzire, stronțiul formează compuși intermetalici cu metale, de exemplu, SrPb3, SrAg4, SrHg8 și SrHg12. Dintre sărurile de stronțiu, halogenurile (cu excepția fluorurii), nitratul, acetatul și cloratul se dizolvă ușor în apă, în timp ce carbonatul, sulfatul, oxalatul și fosfatul sunt greu solubili. Precipitarea stronțiului ca oxalat și sulfat este utilizată pentru identificarea analitică a elementului. Multe săruri de stronțiu formează hidrați de cristal în care apa de cristalizare cuprinde una până la șase molecule. Sulfura de stronțiu, SrS, este hidrolizată treptat de apă; nitrura de stronțiu, Sr3N2 (cristale negre), este ușor descompusă de apă cu eliberarea de NH3 și Sr (OH) 2. Stronțiul este ușor solubil în amoniac lichid, oferind soluții de culoare albastru închis.

Producție și utilizare. Principalele materii prime pentru producerea compușilor de stronțiu sunt concentratele obținute din pansamentul celestitei și strontianitei. Stronțiul metalic se obține prin reducerea oxidului de stronțiu folosind aluminiu la 1100o-1150 ° C;

4SrO + 2A1 = 3Sr + SrO · Al2O3

Procesul se desfășoară în mod discontinuu în aparatul de vid cu electrod la o presiune de 1 newton / m2 (10-2 mm Hg). Vaporii de stronțiu sunt condensați pe suprafața răcită a condensatorului plasată în interiorul aparatului.La sfârșitul procesului de reducere, aparatul este umplut cu argon, iar condensul, după ce a fost topit, curge într-o matriță. Stronțiul este, de asemenea, produs prin electroliza unei topituri care conține 85% SrCI2 și 15% KC1, deși randamentul în ceea ce privește curentul consumat în acest proces este scăzut, iar metalul de stronțiu obținut conține impurități sub formă de nitrură și oxid de stronțiu, iar sărurile de stronțiu. În industrie, aliajele de stronțiu, de exemplu, cele cu staniu, sunt produse prin electroliză folosind un catod lichid.

Stronțiul metalic are puține utilizări practice. Acesta servește la dezoxidarea cuprului și bronzului. Stronțiul 90 este o sursă de radiație beta în bateriile atomice. Stronțiul este utilizat la fabricarea luminoforilor și fotocelulelor, precum și a aliajelor puternic piroforice. Oxidul de stronțiu este un component al anumitor ochelari optici și catodii acoperiți cu oxid în tuburile de electroni. Compușii de stronțiu sunt folosiți pentru a conferi flăcărilor o culoare roșu-vișiniu viu și, astfel, au găsit utilizare în pirotehnie. Strontianitul este introdus în zgură pentru îndepărtarea sulfului și fosforului din oțeluri de înaltă calitate, iar carbonatul de stronțiu este utilizat în jeturi nevolatile și se adaugă lacurilor și emailurilor rezistente la efectele atmosferice care sunt utilizate pentru acoperirea porțelanului, a oțelului și a aliajelor rezistente la căldură. . Cromatul de stronțiu, SrCrO4, un pigment extrem de rapid, este utilizat la prepararea vopselelor artiștilor, iar titanatul de stronțiu, SrTiO3, este utilizat ca feroelectric și constituent al ceramicii piezoelectrice. Sărurile de stronțiu ale acizilor grași („săpunurile de stronțiu”) sunt utilizate pentru producerea de grăsimi speciale pentru lubrifianți.

Sărurile și compușii stronțiului au o toxicitate scăzută, iar măsurile de siguranță, care sunt standard pentru manipularea sărurilor alcaline și metalele alcalino-pământoase, trebuie respectate atunci când lucrați cu ele.

Stronțiul în organisme. Stronțiul este o componentă a microorganismelor, plantelor, și animale. Scheletele radiolarilor marini (Acanthria) constau din sulfat de stronțiu (celestit). Algele marine conțin 26-140 mg de stronțiu la 100 g de substanță uscată, în timp ce plantele terestre conțin 2,6 mg; animalele marine conțin 2-50 mg și animale terestre 1,4 mg. Bacteriile conțin 0,27-30 mg de stronțiu. Acumularea de stronțiu în diferite organisme depinde nu numai de speciile și caracteristicile speciale ale organismului, ci și de raportul dintre stronțiu și alte elemente din mediu, în principal Ca și P, și cu privire la adaptarea organismului t o un mediu geochimic dat.

Animalele obțin stronțiul din apă și hrană. Elementul este absorbit de intestinul subțire și eliminat în principal de intestinul gros. O serie de substanțe (polizaharide ale algelor, rășini schimbătoare de cationi) inhibă asimilarea stronțiului. Stronțiul este depozitat în principal în țesutul osos, cenușa țesutului osos conținând aproximativ 0,02% stronțiu. În alte țesuturi, conținutul este de aproximativ 0,0005 la sută. Un exces de săruri de stronțiu în dieta șobolanilor provoacă rahitismul „stronțiu”. Un conținut crescut de stronțiu în organism este observat la animalele care trăiesc pe soluri cu o cantitate semnificativă de celestit, un conținut care poate duce la fragilitate osoasă, rahitism și alte boli. Sarcoidoza bolii apare uneori în provinciile biogeochimice bogate în stronțiu, cum ar fi anumite regiuni din Asia Centrală, Asia de Est și nordul Europei.

Stronțiul 90. Printre izotopii artificiali ai stronțiului, stronțiul cu radionuclizi de lungă durată 90 figurează în mod proeminent în poluarea radioactivă a biosferei. Odată ajuns în mediu, 90Sr demonstrează capacitatea de a participa (în principal, cu Ca) la procesele metabolice. la plante, animale și oameni. Astfel, în evaluarea poluării biosferei cu 90Sr, raportul 90Sr / Ca se calculează în unități de stronțiu (1 SU = 10-12 curie de 90Sr pe gram de Ca). Discriminarea stronțiului care apare în mișcarea 90Sr și Ca de-a lungul lanțurilor biologice și alimentare se exprimă cantitativ prin coeficientul de discriminare – relația dintre raportul 90Sr / Ca într-o verigă dată a lanțului biologic sau alimentar și raportul din veriga precedentă. În veriga finală a unui lanț alimentar, concentrația de „Sr, de regulă, este semnificativ mai mică decât în veriga de pornire.

Stronțiul 90 poate pătrunde direct în plante fie contaminând frunzele, fie intrând prin rădăcini din sol. În acest din urmă caz, tipul de sol, umiditatea solului, pH-ul și conținutul de Ca și substanțe organice au un efect deosebit. Leguminoasele și culturile de rădăcini au acumulări relativ mari de stronțiu 90, în timp ce ierburile, inclusiv semințele și inul au conținut mai scăzut. În semințele și fructele plantelor se acumulează în mod semnificativ mai puțin stronțiu 90 decât în alte organe; de exemplu, există de zece ori mai mult 90Sr în frunze și tulpini de grâu decât în cereale.La animale, care obțin 90Sr în principal din alimente vegetale, și la oameni, care îl obțin în principal din lapte de vacă și pește, izotopul se acumulează în mare parte în oase. Acumularea de 90Sr în organismul animalelor și al oamenilor depinde de factori precum vârsta organismului, cantitatea de radionuclizi ingerată și rata de creștere a noului țesut osos. Stronțiul 90 prezintă un mare pericol pentru copii, care obțin izotopul din lapte și îl acumulează în țesutul osos cu creștere rapidă.

Efectul biologic al 90Sr este legat de distribuția izotopului în organism (acumularea în scheletul). Efectul depinde și de doza de radiație beta produsă de 90Sr și de radioizotopul fiicei izotopului, 90Y. Odată cu aportul prelungit de 90Sr, chiar și în cantități relativ mici, leucemia și osteosarcomul se pot dezvolta ca urmare a iradierii continue a țesutului osos. Modificări semnificative ale țesutului osos sunt observate cu un conținut de 90Sr în dietă de aproximativ 1 microcurie pe gram de Ca. Tratatul de interzicere a testelor nucleare (1963), care interzice testarea armelor nucleare în atmosferă și în spațiul cosmic și sub apă, a condus la o eliminare aproape totală a stronțiului 90 din atmosferă și la o reducere a formelor mobile ale izotopului în sol.