Львів
C
» » Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула

Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула

Стронцій (Sr) – хімічний елемент, лужноземельний метал 2-ї групи періодичної таблиці. Використовується в червоних сигнальних вогнях і люминофорах, представляє основну загрозу здоров'ю при радіоактивному зараженні.

Історія відкриття

Мінерал з свинцевого копальні біля села Стронтиан в Шотландії. Спочатку він був розпізнаний як різновид карбонату барію, але Адер Кроуфорд і Вільям Крюйкшэнк в 1789 році припустили, що це інша речовина. Хімік Чарльз Томас Хоуп назвав новий мінерал стронтитом по імені села, а відповідний оксид стронцію SrO – стронцией. Метал був виділений в 1808 р. сером Хемфрі Деві, який піддав електролізу суміш вологого гідроксиду або хлориду з оксидом ртуті, використовуючи ртутний катод, а потім з отриманої амальгами испарил ртуть. Новий елемент він назвав, скориставшись коренем слова «стронцію».


Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула

Знаходження в природі

Відносна поширеність стронцію, тридцять восьмого елемента таблиці Менделєєва, в космосі оцінюється, як 189 атомів на кожні 10 6 атомів кремнію. Він становить близько 004% маси земної кори. Середня концентрація елемента в морській воді дорівнює 8 мг/л. Хімічний елемент стронцій широко зустрічається в природі, і, за оцінками фахівців, є 15-м найбільш поширеним речовиною на Землі, досягаючи концентрації 360 частин на мільйон. Враховуючи його екстремальну реактивність, існує лише у формі сполук. Його головними мінералами є целестин (сульфат SrSO 4 ) і стронцианит (карбонат SrCO 3 ). З них в достатніх для рентабельного видобутку кількостях зустрічається целестит, більше 2/3 світового пропозиції якого надходить з Китаю, а Іспанія і Мексика поставляють більшу частину залишку. Однак вигідніше добувати стронцианит, тому що стронцій частіше використовується в карбонатної формі, але відомих його родовищ відносно мало.


Властивості

Стронцій є м'яким металом, подібним свинцю, який в місці розрізу блищить, як срібло. На повітрі він швидко вступає в реакцію з киснем і присутньої в атмосфері вологою, купуючи жовтуватий відтінок. Тому зберігати його треба в ізоляції від повітряних мас. Найчастіше його зберігають в гасі. У вільному стані в природі не зустрічається. Сопутствуя кальцій, стронцій входить до складу лише 2 основних руд: целестина (SrSO 4 ) і стронцианита (SrCO 3 ). У рядку хімічних елементів магній–кальцій–стронцій (лужноземельних металів) Sr знаходиться в групі 2 (колишньої 2А) періодичної таблиці між Ca і Ba. Крім того, він розташований в 5-му періоді між рубідій і ітрієм. Оскільки атомний радіус стронцію аналогічний радіусу кальцію, він легко замінює останній в мінералах. Але він м'якше і більш реактивний у воді. При контакті з нею утворює гідроксид і газоподібний водень. Відомі 3 аллотропа стронцію з точками переходу 235°C і 540°C.
Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула
Лужноземельний метал зазвичай не реагує з азотом нижче 380°С і при кімнатній температурі утворює тільки оксид. Однак у вигляді порошку стронцій мимовільно горить з утворенням оксиду і нітриду.

Хімічні і фізичні властивості

Характеристика хімічного елемента стронцію за планом:
  • Назва, символ, атомний номер: стронцій, Sr, 38.
  • Група, період, блок: 2 5 s.
  • Атомна маса: 8762 г/моль.
  • Електронна конфігурація:[Kr]5s 2 .
  • Розподіл електронів по оболонкам: 2818 8 2.
  • Щільність: 264 г/см 3 .
  • Температури плавлення і кипіння: 777 °C, 1382°C.
  • Ступінь окислення: 2.
  • Ізотопи

    Природний стронцій являє собою суміш 4-х стабільних ізотопів: 88 Sr (826%), 86 Sr (99%), 87 Sr (70%) і 84 Sr (056%). З них тільки 87 Sr є радиогенним – він утворюється при розпаді радіоактивного ізотопу рубідію 87 Rb з періодом напіврозпаду 488 x 10 10 років. Вважається, що 87 Sr продуцировался під час первинного нуклеосинтеза» (ранній стадії Великого вибуху) поряд з ізотопами 84 Sr, 86 Sr і 88 Sr. В залежності від розташування, співвідношення 87 Sr і 86 Sr можуть відрізнятися більш ніж у 5 разів. Це використовується датування геологічних проб і визначення походження скелетів і глиняних артефактів.
    Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула
    В результаті ядерних реакцій було отримано близько 16 синтетичних радіоактивних ізотопів стронцію, з яких найбільш довговічним є 90 Sr (період напіврозпаду 289 року). Цей ізотоп, що утворюється при ядерному вибуху, вважається найбільш небезпечним продуктом розпаду. З-за його хімічного схожості з кальцієм він засвоюється в кістках і зубах, де продовжує виштовхувати електрони, викликаючи радіаційне ураження, пошкоджуючи кістковий мозок, порушуючи процес утворення нових клітин крові і викликаючи рак. Проте в контрольованих медиками умовах стронцій використовується для лікування деяких поверхневих злоякісних новоутворень і раку кісткової тканини. Він також застосовується в формі фториду стронцію в хімічних джерелах струму і радіоізотопних термоелектричних генераторах, в яких тепло його радіоактивного розпаду перетворюється в електрику, службовців довгоживучими, легкими джерелами енергії в навігаційних буяхів, віддалених метеостанціях і космічних апаратах.
    89 Sr використовується для лікування раку, оскільки атакує кісткові тканини, справляє бета-опромінення та через кілька місяців розпадається (період напіврозпаду 51 день). Хімічний елемент не є стронцій необхідним для вищих форм життя, його солі зазвичай нетоксичні. Те, що робить 90 Sr небезпечним, використовується для збільшення щільності кісток і їх зростання.

    З'єднання

    Властивості хімічного елемента стронцію дуже схожі на властивості кальцію. У з'єднаннях Sr має виключне стан окислення +2 у вигляді іона Sr 2+ . Метал є активним відновником і легко реагує з галогенами, киснем і сіркою з отриманням галогенідів, окису і сульфіду.
    Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула
    Сполуки стронцію мають досить обмежену комерційну цінність, оскільки відповідні сполуки кальцію і барію, як правило, виконують те ж, але більш дешеві. Однак деякі з них знайшли застосування у промисловості. Поки ще не придумали, з допомогою яких речовин домогтися малинового кольору у феєрверках та сигнальних вогнях. В даний час з метою отримання цього кольору використовуються лише солі стронцію, такі як нітрат Sr(NO 3 ) 2 і хлорат Sr(ClO 3 ) 2 . Близько 5-10% всього виробництва даного хімічного елемента споживає піротехніка. Гідроксид стронцію Sr(OH) 2 іноді використовується для вилучення цукру із меляси, тому що він утворює розчинну сахарид, з якого цукор може бути легко оновлено під дією двоокису вуглецю. Моносульфид SrS застосовується як депілятор та інгредієнт є у люминофорах електролюмінесцентних пристроїв і яскравих фарб. Ферити стронцію утворюють сімейство сполук із загальною формулою SrFe х O у , одержуваних у результаті високотемпературної (1000-1300 °C) реакції SrCO 3 і Fe 2 O 3 . З них виготовляють керамічні магніти, які знаходять широке застосування у динаміках, двигунах автомобільних склоочисників і дитячих іграшках.

    Виробництво

    Велика частина мінералізованою целестина SrSO 4 перетворюється в карбонат двома способами: або целестин безпосередньо вилуговується розчином карбонату натрію, або нагрівається з вугіллям, утворюючи сульфід. На другій стадії виходить речовина темного кольору, що містить, в основному, сульфід стронцію. Ця «чорна зола» розчиняється у воді і фільтрується. Карбонат стронцію осаджується з розчину сульфіду шляхом введення діоксиду вуглецю. Сульфат відновлюється до сульфіду шляхом карботермического відновлення SrSO 4 + 2C -> SrS + 2CO 2 . Елемент може бути отриманий методом катодного електрохімічного контакту, в якому охолоджений залізний стрижень, який діє як катод, стосується поверхні суміші хлоридів калію і стронцію, і піднімається, коли стронцій твердне на ньому. Реакції на електродах можуть бути представлені наступним чином: Sr 2+ + 2e - -> Sr (катод); 2Cl - -> Cl 2 + 2e - (анод).
    Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула
    Металевий Sr також можна відновити з його оксиду алюмінієм. Він ковкий і пластичний, гарний провідник електрики, але використовується відносно мало. Одне з його застосувань – легирующий агент для алюмінію або магнію при литті блоків циліндрів. Стронцій покращує оброблюваність і стійкість до повзучості металу. Альтернативним способом отримання стронцію є відновлення його оксиду з алюмінієм у вакуумі при температурі перегонки.

    Комерційне застосування

    Хімічний елемент стронцій широко використовується у склі електронно-променевих трубок кольорових телевізорів для запобігання проникнення рентгенівського випромінювання. Також він може входити до складу аерозольних фарб. Це, мабуть, є одним з найбільш ймовірних джерел впливу стронцію на населення. Крім того, елемент використовується для виробництва феритових магнітів і очищення цинку. Солі стронцію застосовуються в піротехніці, оскільки при згорянні забарвлюють полум'я червоне світло. А сплав солей стронцію з магнієм застосовується у складі запальних і сигнальних сумішей. Титанат володіє надзвичайно високим показником заломлення і оптичної дисперсією, що робить його корисним в оптиці. Він може використовуватися, як заміна діамантів, але рідко використовується з цією метою з-за крайньої м'якості і вразливості до подряпин.
    Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула
    Алюмінат стронцію є яскравим люмінофором з тривалою стійкістю фосфоресценции. Оксид іноді застосовується для поліпшення якості керамічних глазурей. Ізотоп 90 Sr є одним з кращих довгоіснуючих високоенергетичних бета-випромінювачів. Він використовується в якості джерела живлення для радіоізотопних термоелектричних генераторів (РІТЕГ), перетворюють на електрику тепло, що виділяється при розпаді радіоактивних елементів. Ці пристрої застосовуються в космічних апаратах, віддалених метеостанціях, навігаційних буяхів і т. д. – там, де потрібен легкий і довговічний ядерно-електричний джерело енергії.

    Медичне використання стронцію: характеристика властивостей, лікування препаратами

    Ізотоп 89 Sr є активним інгредієнтом радіоактивного препарату Metastron, що застосовується для лікування болю в кістках, викликаних метастатичним раком передміхурової залози. Хімічний елемент стронцій діє, як кальцій, переважно включається в кістку в місцях з підвищеним остеогенезом. Ця локалізація фокусує радіаційний вплив на ракове ураження. Радіоізотоп 90 Sr також використовується в терапії раку. Його бета-випромінювання і тривалий період напіврозпаду ідеально підходять для поверхневої променевої терапії. Експериментальний препарат, отриманий шляхом об'єднання стронцію з ранелиновой кислотою, сприяє зростанню кістки, збільшення щільності кісткової тканини і зменшення переломів. Stronium ranelate зареєстрований в Європі, як засіб лікування остеопорозу. Хлорид стронцію іноді використовується в зубних пастах для чутливих зубів. Його вміст досягає 10%.
    Хімічний елемент стронцій - опис, властивості і формула

    Запобіжні заходи

    У чистого стронцію висока хімічна активність, а в подрібненому стані метал спонтанно загоряється. Тому цей хімічний елемент вважається пожежонебезпечним.

    Вплив на організм людини

    Людське тіло поглинає стронцій так само, як кальцій. Ці два елементи хімічно настільки схожі, що стійкі форми Sr не представляють значну загрозу для здоров'я. На відміну від цього, радіоактивний ізотоп 90 Sr може призвести до різних кісткових порушень та захворювань, в тому числі до раку кісткової тканини. Для вимірювання випромінювання поглиненої 90 Sr використовується стронциевая одиниця.