Stronțiul (Sr) este un element chimic, un metal alcalino-pământos din grupa a 2-a a tabelului periodic. Folosit în lumini roșii de semnalizare și fosfor, prezintă un pericol major pentru sănătate în contaminarea radioactivă.
Istoricul descoperirilor
Mineral dintr-o mină de plumb din apropierea satului Strontian din Scoția. Inițial a fost recunoscut ca o varietate de carbonat de bariu, dar Adair Crawford și William Cruikshank au sugerat în 1789 că era o substanță diferită. Chimistul Thomas Charles Hope a numit noul mineral strontit după sat, iar oxidul de stronțiu corespunzător SrO, stronțiu. Metalul a fost izolat în 1808 de Sir Humphry Davy, care a electrolizat un amestec de hidroxid umed sau clorură cu oxid de mercur folosind un catod de mercur și apoi a evaporat mercurul din amalgamul rezultat. El a numit noul element folosind rădăcina cuvântului „stronțiu”.
A fi în natură
Abundența relativă a stronțiului, al treizeci și opta element al tabelului periodic, în spațiu este estimată la 18,9 atomi pentru fiecare 106 atomi de siliciu. Este despre0,04% din masa scoarței terestre. Concentrația medie a elementului în apa de mare este de 8 mg/L.
Elementul chimic stronțiul se găsește pe scară largă în natură și este estimat a fi a 15-a cea mai abundentă substanță de pe Pământ, atingând concentrații de 360 de părți per milion. Având în vedere reactivitatea sa extremă, există doar sub formă de compuși. Principalele sale minerale sunt celestină (sulfat SrSO4) și stronțianita (carbonat SrCO3). Dintre acestea, celestita se găsește în cantități suficiente pentru minerit profitabil, mai mult de 2/3 din oferta mondială provine din China, iar Spania și Mexic furnizează cea mai mare parte din restul. Cu toate acestea, este mai profitabil să extragi stronțianită, deoarece stronțiul este mai des folosit sub formă de carbonat, dar există relativ puține zăcăminte cunoscute.
Proprietăți
Stronțiul este un metal moale, asemănător plumbului, care strălucește ca argintul atunci când este tăiat. În aer, reacționează rapid cu oxigenul și umezeala prezente în atmosferă, dobândind o nuanță gălbuie. Prin urmare, trebuie depozitat izolat de masele de aer. Cel mai adesea este depozitat în kerosen. Nu apare în stare liberă în natură. Însoțit de calciu, stronțiul este inclus în doar 2 minereuri principale: celestită (SrSO4) și stronțianita (SrCO3)..
În seria elementelor chimice magneziu-calciu-stronțiu (metale alcalino-pământoase) Sr este în grupa 2 (fostul 2A) al tabelului periodic între Ca și Ba. În plus, este situat în a 5-a perioadă între rubidiu și ytriu. Din moment ce raza atomică a stronţiuluiasemănător cu raza calciului, îl înlocuiește cu ușurință pe acesta din urmă în minerale. Dar este mai moale și mai reactiv în apă. Formează hidroxid și hidrogen gazos la contact. Sunt cunoscuți 3 alotropi de stronțiu cu puncte de tranziție de 235°C și 540°C.
Metalul alcalino-pământos, în general, nu reacționează cu azotul sub 380°C și formează doar un oxid la temperatura camerei. Cu toate acestea, sub formă de pulbere, stronțiul se aprinde spontan formând oxid și nitrură.
Proprietăți chimice și fizice
Caracterizarea elementului chimic stronțiu conform planului:
- Nume, simbol, număr atomic: stronțiu, Sr, 38.
- Grup, punct, bloc: 2, 5, s.
- Masa atomică: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Distribuția electronilor în învelișuri: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensitate: 2,64 g/cm3.
- Puncte de topire și de fierbere: 777 °C, 1382 °C.
- Starea de oxidare: 2.
izotopi
Stronțiul natural este un amestec de 4 izotopi stabili: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) și 84Sr (0,56%). Dintre aceștia, doar 87Sr este radiogen - este format prin dezintegrarea izotopului radioactiv de rubidiu 87Rb cu un timp de înjumătățire de 4,88 × 10 10 ani. Se crede că 87Sr a fost produs în timpul „nucleosintezei primordiale” (o etapă incipientă a Big Bang-ului) împreună cu izotopii 84Sr,86 Sr și 88Sr. Depinzând delocații, raportul dintre 87Sr și 86Sr poate diferi de mai mult de 5 ori. Acesta este folosit pentru datarea probelor geologice și pentru determinarea originii scheletelor și a artefactelor din argilă.
Ca urmare a reacțiilor nucleare, s-au obținut aproximativ 16 izotopi radioactivi sintetici ai stronțiului, dintre care cel mai durabil este 90Sr (timp de înjumătățire 28,9 ani). Acest izotop, produs într-o explozie nucleară, este considerat cel mai periculos produs de descompunere. Datorită asemănării sale chimice cu calciul, este absorbită în oase și dinți, unde continuă să expulzeze electroni, provocând leziuni cauzate de radiații, leziuni ale măduvei osoase, perturbând formarea de noi celule sanguine și provocând cancer.
Cu toate acestea, în condiții controlate medical, stronțiul este utilizat pentru a trata anumite afecțiuni maligne superficiale și cancere osoase. De asemenea, este folosit sub formă de fluorură de stronțiu în sursele de curent chimic și în generatoarele termoelectrice cu radioizotopi, care transformă căldura dezintegrarii sale radioactive în electricitate, servind drept surse de energie uşoare, de lungă durată, în geamanduri de navigaţie, stații meteorologice îndepărtate și nave spațiale.
89Sr este utilizat pentru a trata cancerul deoarece atacă țesutul osos, produce radiații beta și se descompune după câteva luni (timp de înjumătățire 51 de zile).
Elementul chimic stronțiul nu este esențial pentru formele de viață superioare, sărurile sale sunt de obicei netoxice. Ceea ce face ca90Sr periculos, folosit pentru a crește densitatea și creșterea osoasă.
Conexiuni
Proprietățile elementului chimic stronțiu sunt foarte asemănătoare cu cele ale calciului. În compuși, Sr are starea de oxidare exclusivă +2 ca ionul Sr2+. Metalul este un agent reducător activ și reacționează ușor cu halogenii, oxigenul și sulful pentru a produce halogenuri, oxid și sulfură.
Compușii de stronțiu au o valoare comercială destul de limitată, deoarece compușii corespunzători de calciu și bariu fac, în general, același lucru, dar sunt mai ieftini. Cu toate acestea, unele dintre ele și-au găsit aplicație în industrie. Încă nu s-a stabilit cu ce substanțe să se obțină o culoare purpurie în artificii și lumini de semnalizare. În prezent, numai săruri de stronțiu precum Sr(NO3)2 și cloratul de Sr(ClO) sunt folosite pentru a obține această culoare.3)2 . Aproximativ 5-10% din producția totală a acestui element chimic este consumată de pirotehnică. Hidroxidul de stronțiu Sr(OH)2 este uneori folosit pentru extragerea zahărului din melasă deoarece formează o zaharidă solubilă din care zahărul poate fi ușor regenerat prin acțiunea dioxidului de carbon. Monosulfura SrS este folosită ca agent depilator și ca ingredient în fosforii dispozitivelor electroluminiscente și a vopselelor luminoase.
Feritele de stronțiu formează o familie de compuși cu formula generală SrFexOy, obținute ca urmare a unei temperaturi ridicate (1000-1300 °C) reacția SrCO3 șiFe2O3. Sunt folosiți la fabricarea magneților ceramici, care sunt utilizați pe scară largă în difuzoare, motoare ștergătoare de parbriz și jucării pentru copii.
Producție
Celestita cea mai mineralizată SrSO4 este transformată în carbonat în două moduri: fie levigat direct cu soluție de carbonat de sodiu, fie încălzit cu cărbune pentru a forma sulfură. În a doua etapă se obține o substanță de culoare închisă, care conține în principal sulfură de stronțiu. Această „cenuşă neagră” se dizolvă în apă şi este filtrată. Carbonatul de stronțiu precipită din soluția de sulfură prin introducerea de dioxid de carbon. Sulfatul este redus la sulfură prin reducerea carbotermală SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Celula poate fi produsă prin contact electrochimic catodic, în care o tijă de fier răcită, acționând ca un catod, atinge suprafața unui amestec de cloruri de potasiu și stronțiu și se ridică atunci când stronțiul se solidifică pe ea. Reacţiile la electrozi pot fi reprezentate astfel: Sr2+ + 2e- → Sr (catod); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anod).
Metallic Sr poate fi, de asemenea, recuperat din oxidul său cu aluminiu. Este maleabil și ductil, un bun conductor de electricitate, dar este folosit relativ puțin. Una dintre utilizările sale este ca agent de aliere pentru aluminiu sau magneziu în turnarea blocurilor de cilindri. Stronțiul îmbunătățește prelucrabilitatea și rezistența la fluajmetal. O modalitate alternativă de obținere a stronțiului este reducerea oxidului acestuia cu aluminiu în vid la o temperatură de distilare.
Utilizare comercială
Elementul chimic stronțiu este utilizat pe scară largă în sticla tuburilor catodice TV color pentru a preveni penetrarea razelor X. Poate fi folosit și în vopselele spray. Aceasta pare a fi una dintre cele mai probabile surse de expunere publică la stronțiu. În plus, elementul este folosit pentru a produce magneți de ferită și pentru a rafina zincul.
Sărurile de stronțiu sunt folosite în pirotehnică deoarece colorează flacăra în roșu atunci când sunt arse. Și un aliaj de săruri de stronțiu cu magneziu este folosit ca parte a amestecurilor incendiare și semnalizatoare.
Titanatul are un indice de refracție extrem de ridicat și o dispersie optică, ceea ce îl face util în optică. Poate fi folosit ca înlocuitor al diamantelor, dar este rar folosit în acest scop datorită moliciunii sale extreme și vulnerabilității la zgârieturi.
Aluminatul de stronțiu este un fosfor strălucitor cu stabilitate de fosforescență de lungă durată. Oxidul este uneori folosit pentru a îmbunătăți calitatea glazurilor ceramice. Izotopul 90Sr este unul dintre cei mai buni emițători beta de în altă energie cu viață lungă. Este folosit ca sursă de energie pentru generatoarele termoelectrice cu radioizotopi (RTG), care transformă căldura eliberată în timpul dezintegrarii elementelor radioactive în energie electrică. Aceste dispozitive sunt utilizate înnave spațiale, stații meteorologice îndepărtate, geamanduri de navigație etc. - unde este necesară o sursă de energie nucleară electrică ușoară și de lungă durată.
Utilizarea medicală a stronțiului: caracterizarea proprietăților, tratamentul cu medicamente
Izotop 89Sr este ingredientul activ al medicamentului radioactiv Metastron, utilizat pentru a trata durerile osoase cauzate de cancerul de prostată metastatic. Elementul chimic stronțiul acționează ca calciul, este inclus în principal în os în locurile cu osteogeneză crescută. Această localizare concentrează efectul radiațiilor asupra leziunii canceroase.
Radioizotopul 90Sr este, de asemenea, utilizat în terapia cancerului. Radiația beta și timpul de înjumătățire lung sunt ideale pentru radioterapia de suprafață.
Un medicament experimental realizat prin combinarea stronțiului cu acid ranelic promovează creșterea oaselor, crește densitatea osoasă și reduce fracturile. Ranelatul de stroniu este înregistrat în Europa ca tratament pentru osteoporoză.
Clorura de stronțiu este uneori folosită în pastele de dinți pentru dinții sensibili. Conținutul său ajunge la 10%.
Precauții
Stronțiul pur are o activitate chimică ridicată, iar în stare zdrobită, metalul se aprinde spontan. Prin urmare, acest element chimic este considerat un pericol de incendiu.
Efect asupra corpului uman
Corpul uman absoarbe stronțiul în același mod ca și calciul. Acestea douaElementele sunt atât de similare din punct de vedere chimic încât formele stabile de Sr nu prezintă un risc semnificativ pentru sănătate. În schimb, izotopul radioactiv 90Sr poate duce la diferite afecțiuni și boli osoase, inclusiv cancer osos. Unitatea de stronțiu este utilizată pentru a măsura radiația absorbită de 90Sr.
