Стронций характеристика элемента по плану. Как получают металлический стронций

Стронций - элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium ). Простое вещество стронций - мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

Атомный номер - 38

Атомная масса - 87,62

Плотность, кг/м³ - 2600

Температура плавления, °С - 768

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,737

Электроотрицательность - 1,0

Ковалентный радиус, Å - 1,91

1-й ионизац. потенциал, эв - 5,69

В 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом. Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF 2 или витерита ВаCO 3 , но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел.

Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик – Хоп. Придя к таким же результатам, он объявил, что в стронцианите есть новый элемент – металл стронций.

Видимо, открытие уже «витало в воздухе», потому что почти одновременно сообщил об обнаружении новой «земли» и видный немецкий химик Клапрот.

В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик – академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. В этом минерале (его состав BaSО 4) Карл Шееле открыл в 1774 г. окись нового элемента бария. Не знаем, отчего Ловиц был неравнодушен именно к тяжелому шпату; известно только, что ученый, открывший адсорбционные свойства угля и сделавший еще много в области общей и органической химии, коллекционировал образцы этого минерала. Но Ловиц не был просто собирателем, вскоре он начал систематически исследовать тяжелый шпат и в 1792 г. пришел к выводу, что в этом минерале содержится неизвестная примесь. Он сумел извлечь из своей коллекции довольно много – больше 100 г новой «земли» и продолжал исследовать ее свойства. Результаты исследования были опубликованы в 1795 г.

Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементарном виде его выделили лишь в 1808 г.

Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т.е. тем же способом, что и кальций, магний, барий. А если говорить конкретнее, то первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси. Выделявшийся на катоде стронций мгновенно соединялся с ртутью, образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.

Стронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%). По массе, в геохимических процессах он является спутником кальция. В магматических породах Стронций находится преимущественно в рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решетку кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере Стронций накапливается в карбонатных породах и особенно в осадках соленых озер и лагун.

Стронций - составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата Стронция - целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг Стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление Стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде Стронция с другими элементами, главным образом с Ca и P, а также от адаптации организмов к определенной геохимической среде.

В природе стронций встречается в виде смеси 4 стабильных изотопов 84 Sr (0,56 %), 86 Sr (9,86 %), 87 Sr (7,02 %), 88 Sr (82,56 %). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в т.ч. 90 Sr (T ½ = 27,7 года), образующийся при делении урана.

Существуют 3 способа получения металлического стронция:

• термическое разложение некоторых соединений
• электролиза расплава, содержащего 85% SrCl 2 и 15% KCl, однако при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязненным солями, нитридом и оксидом. В промышленности электролизом с жидким катодом получают сплавы Стронция, например, с оловом.
• восстановление оксида или хлорида

Основным сырьем для получения соединений Стронция служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический Стронций получают восстановлением оксида Стронция алюминием при 1100-1150 °C:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrO·Al 2 O 3 .

Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст.)] периодического действия. Пары Стронция конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и расплавляют конденсат, который стекает в изложницу.

Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl 2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

При комнатной температуре решетка Стронция кубическая гранецентрированная (α-Sr) с периодом а = 6,0848Å; при температуре выше 248 °С превращается в гексагональную модификацию (β-Sr) с периодами решетки а = 4,32Å и с = 7,06 Å; при 614 °C переходит в кубическую объемно-центрированную модификацию (γ-Sr) с периодом а = 4,85Å. Атомный радиус 2,15Å, ионный радиус Sr 2+ 1,20Å. Плотность α-формы 2,63 г/см 3 (20 °C); t пл 770 °С, t кип 1383 °C; удельная теплоемкость 737,4 кдж/(кг·К) ; удельное электросопротивление 22,76·10 -6 ом·см -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2·10 -6 . Стронций - мягкий пластичный металл, легко режется ножом.

Полиморфен - известны три его модификации. До 215 о С устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605 о С - гексагональная (β-Sr), выше 605 о С - кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).

Температура плавления - 768 о С, Температура кипения - 1390 о С.

Стронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен −2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид:

Sr + 2H 2 O = Sr(OH) 2 + H 2

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H 2 SO 4 , HNO 3) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами - серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 о С), азотом (выше 400 о С). Практически не реагирует с щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO 2 , образуя карбид:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl - , I - , NO 3 - . Соли с анионами F - , SO 4 2- , CO 3 2- , PO 4 3- малорастворимы.

Основные области применения стронция и его химических соединений - это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

Стронций чистотой 99,99-99,999 % применяется для восстановления урана.

Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

Еще задолго до открытия стронция его нерасшифрованные соединения применяли в пиротехнике для получения красных огней. До середины 40-х годов 20го века стронций был, прежде всего, металлом фейерверков, потех и салютов. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Радиоактивный 90 Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титаната стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение около 0,54 Вт/см³).

Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронций-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и в частности разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.

Металл применяют в глазурях и эмалях для покрытия посуды. Стронциевые глазури не только безвредны, но и доступны (карбонат стронция SrCO 3 в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). Все положительные качества свинцовых глазурей свойственны и им. Более того, изделия, покрытые такими глазурями, приобретают дополнительную твердость, термостойкость, химическую стойкость.

Стронций – активный металл. Это препятствует его широкому применению в технике. Но, с другой стороны, высокая химическая активность стронция позволяет использовать его в определенных областях народного хозяйства. В частности, его применяют при выплавке меди и бронз – стронций связывает серу, фосфор, углерод и повышает текучесть шлака. Таким образом, стронций способствует очистке металла от многочисленных примесей. Кроме того, добавка стронция повышает твердость меди, почти не снижая ее электропроводности. В электровакуумные трубки стронций вводят, чтобы поглотить остатки кислорода и азота, сделать вакуум более глубоким.

Соли и соединения стронция малотоксичны; при работе с ними следует руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Не следует путать действие на организм человека природного (нерадиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция. Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28.9 лет. 90 Sr претерпевает β-распад, переходя в радиоактивный 90 Y (период полураспада 64 ч.) Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет. 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

Радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека:

1. Откладывается в скелете (костях), поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.

2. Вызывает лейкемию и злокачественные опухоли (рак) костей, а также поражение печени и мозга.

Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырехлетнего возраста, когда идет активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы. Пути попадания:

1. вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ - 8 мг/л, а в США - 4 мг/л )
2. пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)
3. интратрахеальное поступление
4. через кожу (накожное)
5. ингаляционное (через воздух)
6. из растений или через животных стронций-90 может непосредственно перейти в организм человека.

Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина Д, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких как барий, молибден, селен и др.). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» - поражение и деформация суставов, задержка роста и другие нарушения.

Стронций-90.

Попадая в окружающую среду, 90 Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90 Sr принято рассчитывать отношение 90 Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90 Sr на 1 г Ca). При передвижении 90 Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация Стронций, для количественного выражения которой находят "коэффициент дискриминации", отношение 90 Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90 Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения 90 Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни. Относительно больше накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в т. ч. зерновые, и лен. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90 Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90 Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и других. Большую опасность 90 Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Для человека период его полувыведения стронция-90 - 90-154 суток.

Заключение в 1963 году в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90 Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.

После аварии на чернобыльской АЭС вся территория со значительным загрязнением стронцием-90 оказалась в пределах 30- километровой зоны. Большое количество стронция-90 попало в водоемы, но в речной воде его концентрация нигде не превышала предельно допустимой для питьевой воды (кроме р. Припять в начале мая 1986 г. в ее нижнем течении).

Во время аварии на Чернобыльской АЭС во внешнюю среду его попало сравнительно немного - суммарный выброс оценивается в 0,22 МКи. Исторически сложилось так, что в радиационной гигиене уделяется много внимания этому радионуклиду. Причин тому несколько. Во-первых - на стронций-90 приходится значительная часть активности в смеси продуктов ядерного взрыва: 35% суммарной активности сразу после взрыва и 25% через 15-20 лет, во-вторых - ядерные аварии на ПО «Маяк» на Южном Урале в 1957 и 1967 годах, когда в окружающую среду было выброшено значительное количество стронция-90.

Стронций (лат. Strontium), Sr, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 38, атомная масса 87,62, серебристо-белый металл. Природный Стронций состоит из смеси четырех стабильных изотопов: 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr и 88 Sr; наиболее распространен 88 Sr (82,56%).

Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в т.ч. 90 Sr (T ½ = 27,7 года), образующийся при делении урана. В 1790 году шотландский врач А. Крофорд, исследуя найденный близ населенного пункта Строншиан (в Шотландии) минерал, обнаружил, что он содержит неизвестную ранее "землю", которая была названа стронцианом. Позднее оказалось, что это оксид Стронция SrO. В 1808 Г. Дэви, подвергая электролизу с ртутным катодом смесь увлажненного гидрооксида Sr(OH) 2 с оксидом ртути, получил амальгаму Стронция.

Распространение Стронция в природе. Среднее содержание Стронция в земной коре (кларк) 3,4·10 -2 % по массе, в геохимических процессах он является спутником кальция. Известно около 30 минералов Стронция; важнейшие - целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 . В магматических породах Стронций находится преимущественно в рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решетку кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере Стронций накапливается в карбонатных породах и особенно в осадках соленых озер и лагун (месторождения целестина).

Физические свойства Стронция. При комнатной температуре решетка Стронция кубическая гранецентрированная (α-Sr) с периодом а = 6,0848Å; при температуре выше 248 °С превращается в гексагональную модификацию (β-Sr) с периодами решетки а = 4,32Å и с = 7,06 Å; при 614 °C переходит в кубическую объемноцентрированную модификацию (γ-Sr) с периодом а = 4,85Å. Атомный радиус 2,15Å, ионный радиус Sr 2+ 1,20Å. Плотность α-формы 2,63 г/см 3 (20 °C); t пл 770 °С, t кип 1383 °C; удельная теплоемкость 737,4 кдж/(кг·К) ; удельное электросопротивление 22,76·10 -6 ом·см -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2·10 -6 . Стронций - мягкий пластичный металл, легко режется ножом.

Химические свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Sr 5s 2 ; в соединениях обычно имеет степень окисления +2. Стронций - щелочноземельный металл, по химические свойствам сходен с Ca и Ba. Металлический Стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую поверхностную пленку, содержащую оксид SrO, пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . С кислородом при обычных условиях образует оксид SrO (серовато-белый порошок), которая на воздухе легко переходит в карбонат SrCO 3 ; с водой энергично взаимодействует, образуя гидроксид Sr(OH) 2 - основание более сильное, чем Ca(OH) 2 . При нагревании на воздухе легко воспламеняется, а порошкообразный Стронций на воздухе самовозгорается, поэтому хранят Стронций в герметически закрытых сосудах под слоем керосина. Бурно разлагает воду с выделением водорода и образованием гидроксида. При повышенных температурах взаимодействует с водородом (>200 °C), азотом (>400 °C), фосфором, серой и галогенами. При нагревании образует интерметаллические соединения с металлами, например SrPb 3 , SrAg 4 , SrHg 8 , SrHg 12 . Из солей Стронция хорошо растворимы в воде галогениды (кроме фторида), нитрат, ацетат, хлорат; трудно растворимы карбонат, сульфат, оксалат и фосфат. Осаждение Стронция в виде оксалата и сульфата используют для его аналитического определения. Многие соли Стронция образуют кристаллогидраты, содержащие от 1 до 6 молекул кристаллизационной воды. Сульфид SrS постепенно гидролизуется водой; нитрид Sr 3 N 2 (черные кристаллы) легко разлагается водой с выделением NH 3 и Sr(OH) 2 . Стронций хорошо растворяется в жидком аммиаке, давая растворы темно-синего цвета.

Получение Стронция. Основным сырьем для получения соединений Стронция служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический Стронций получают восстановлением оксида Стронция алюминием при 1100-1150 °C:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrO·Al 2 O 3 .

Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст.)] периодического действия. Пары Стронция конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и расплавляют конденсат, который стекает в изложницу. Стронций получают также электролизом расплава, содержащего 85% SrCl 2 и 15% KCl, однако при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязненным солями, нитридом и оксидом. В промышленности электролизом с жидким катодом получают сплавы Стронция, например, с оловом.

Применение Стронция. Стронций служит для раскисления меди и бронзы. 90 Sr - источник β-излучения в атомных электрических батареях. Стронций используется для изготовления люминофоров и фотоэлементов, а также сильно пирофорных сплавов. Оксид Стронция входит в состав некоторых оптических стекол и оксидных катодов электронных ламп. Соединения Стронция окрашивают пламя в интенсивный вишнево-красный цвет, благодаря чему некоторые из них находят применение в пиротехнике. Стронцианит вводят в шлак для очистки высокосортных сталей от серы и фосфора; карбонат Стронция используют в неиспаряющихся геттерах, а также добавляют в состав стойких к атмосферным воздействиям глазурей и эмалей для покрытия фарфора, сталей и жаропрочных сплавов. Хромат SrCrO 4 - очень устойчивый пигмент для изготовления художественных красок, титанат SrTiO 3 применяют как сегнетоэлектрик, он входит в состав пьезокерамики. Стронциевые соли жирных кислот ("стронциевые мыла") используют для изготовления специальных консистентных смазок.

Соли и соединения Стронций малотоксичны; при работе с ними следует руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Стронций в организме. Стронций - составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата Стронция - целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг Стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление Стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде Стронция с другими элементами, главным образом с Ca и P, а также от адаптации организмов к определенной геохимической среде.

Животные получают Стронций с водой и пищей. Всасывается Стронций тонким, а выделяется в основном толстым кишечником. Ряд веществ (полисахариды водорослей, катионообменные смолы) препятствует усвоению Стронция. Главное депо Стронция в организме - костная ткань, в золе которой содержится около 0,02% Стронция (в других тканях - около 0,0005%). Избыток солей Стронций в рационе крыс вызывает "стронциевый" рахит. У животных, обитающих на почвах со значит, количеством целестина, наблюдается повышенное содержание Стронция в организме, что приводит к ломкости костей, рахиту и другим заболеваниям. В биогеохимических провинциях, богатых Стронцием (ряд районов Центральной и Восточной Азии, Северной Европы и других), возможна так называемых уровская болезнь.

Стронций-90. Среди искусственных изотопов Стронций его долгоживущий радионуклид 90 Sr - один из важных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Попадая в окружающую среду, 90 Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90 Sr принято рассчитывать отношение 90 Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90 Sr на 1 г Ca). При передвижении 90 Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация Стронций, для количественного выражения которой находят "коэффициент дискриминации", отношение 90 Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90 Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения 90 Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое влияние имеет тип почвы, ее влажность, рН, содержание Ca и органических веществ и т. д.). Относительно больше накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в т. ч. зерновые, и лен. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90 Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90 Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и других. Большую опасность 90 Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Биологическое действие 90 Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы β-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90 Y. При длительном поступлении 90 Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании 90 Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в 1963 году в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90 Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.

Стронций (Sr) - химический элемент, щелочноземельный металл 2-й группы периодической таблицы. Используется в красных сигнальных огнях и люминофорах, представляет основную угрозу здоровью при радиоактивном заражении.

История открытия

Минерал из свинцового рудника близ деревни Стронтиан в Шотландии. Первоначально он был распознан, как разновидность карбоната бария, но Адэр Кроуфорд и Уильям Крюйкшэнк в 1789 году предположили, что это другое вещество. Химик Томас Чарльз Хоуп назвал новый минерал стронтитом по имени деревни, а соответствующий оксид стронция SrO - стронцией. Металл был выделен в 1808 г. сэром Хэмфри Дэви, который подверг электролизу смесь влажного гидроксида или хлорида с оксидом ртути, используя ртутный катод, а затем из полученной амальгамы испарил ртуть. Новый элемент он назвал, воспользовавшись корнем слова «стронция».

Нахождение в природе

Относительная распространенность стронция, тридцать восьмого элемента таблицы Менделеева, в космосе оценивается, как 18,9 атомов на каждые 10 6 атомов кремния. Он составляет около 0,04% массы земной коры. Средняя концентрация элемента в морской воде равна 8 мг/л.

Химический элемент стронций широко встречается в природе, и, по оценкам специалистов, является 15-м наиболее распространенным веществом на Земле, достигая концентрации 360 частей на миллион. Учитывая его экстремальную реактивность, существует только в форме соединений. Его главными минералами являются целестин (сульфат SrSO 4) и стронцианит (карбонат SrCO 3). Из них в достаточных для рентабельной добычи количествах встречается целестит, более 2/3 мирового предложения которого поступает из Китая, а Испания и Мексика поставляют большую часть остатка. Однако выгоднее добывать стронцианит, потому что стронций чаще используется в карбонатной форме, но известных его месторождений относительно мало.

Свойства

Стронций является мягким металлом, подобным свинцу, который в месте разреза блестит как серебро. На воздухе он быстро вступает в реакцию с кислородом и присутствующей в атмосфере влагой, приобретая желтоватый оттенок. Поэтому хранить его нужно в изоляции от воздушных масс. Чаще всего его хранят в керосине. В свободном состоянии в природе не встречается. Сопутствуя кальцию, стронций входит в состав только 2 основных руд: целестина (SrSO 4) и стронцианита (SrCO 3).

В ряду химических элементов магний-кальций-стронций (щелочноземельных металлов) Sr находится в группе 2 (бывшей 2А) периодической таблицы между Ca и Ba. Кроме того, он расположен в 5-м периоде между рубидием и иттрием. Поскольку атомный радиус стронция аналогичен радиусу кальция, он легко заменяет последний в минералах. Но он мягче и более реактивный в воде. При контакте с ней образует гидроксид и газообразный водород. Известны 3 аллотропа стронция с точками перехода 235°C и 540°C.

Щелочноземельный металл обычно не реагирует с азотом ниже 380°С и при комнатной температуре образует только оксид. Однако в виде порошка стронций самопроизвольно воспламеняется с образованием оксида и нитрида.

Химические и физические свойства

Характеристика химического элемента стронция по плану:

• Название, символ, атомный номер: стронций, Sr, 38.
• Группа, период, блок: 2, 5, s.
• Атомная масса: 87,62 г/моль.
• Электронная конфигурация: 5s 2 .
• Распределение электронов по оболочкам: 2, 8, 18, 8, 2.
• Плотность: 2,64 г/см 3 .
• Температуры плавления и кипения: 777 °C, 1382°C.
• Степень окисления: 2.

Изотопы

Естественный стронций представляет собой смесь 4-х стабильных изотопов: 88 Sr (82,6%), 86 Sr (9,9%), 87 Sr (7,0%) и 84 Sr (0,56%). Из них только 87 Sr является радиогенным - он образуется при распаде радиоактивного изотопа рубидия 87 Rb с периодом полураспада 4,88 × 10 10 лет. Считается, что 87 Sr продуцировался во время «первичного нуклеосинтеза» (ранней стадии Большого взрыва) наряду с изотопами 84 Sr, 86 Sr и 88 Sr. В зависимости от местоположения, соотношение 87 Sr и 86 Sr могут отличаться более чем в 5 раз. Это используется в датировании геологических проб и в определении происхождения скелетов и глиняных артефактов.

В результате ядерных реакций были получены около 16 синтетических радиоактивных изотопов стронция, из которых наиболее долговечным является 90 Sr (период полураспада 28,9 года). Этот изотоп, образующийся при ядерном взрыве, считается наиболее опасным продуктом распада. Из-за его химического сходства с кальцием он усваивается в костях и зубах, где продолжает выталкивать электроны, вызывая радиационное поражение, повреждая костный мозг, нарушая процесс образования новых клеток крови и вызывая рак.

Однако в контролируемых медиками условиях стронций используется для лечения некоторых поверхностных злокачественных новообразований и рака костной ткани. Он также применяется в форме фторида стронция в и в радиоизотопных термоэлектрических генераторах, в которых тепло его радиоактивного распада преобразуется в электричество, служащих долгоживущими, легкими источниками энергии в навигационных буях, удаленных метеостанциях и космических аппаратах.

89 Sr используется для лечения рака, поскольку атакует костные ткани, производит бета-облучение и через несколько месяцев распадается (период полураспада 51 день).

Химический элемент стронций не является необходимым для высших форм жизни, его соли обычно нетоксичны. То, что делает 90 Sr опасным, используется для увеличения плотности костей и их роста.

Соединения

Свойства химического элемента стронция очень похожи на В соединениях Sr имеет исключительное состояние окисления +2 в виде иона Sr 2+ . Металл является активным восстановителем и легко реагирует с галогенами, кислородом и серой с получением галогенидов, окиси и сульфида.

Соединения стронция имеют довольно ограниченную коммерческую ценность, поскольку соответствующие соединения кальция и бария, как правило, выполняют то же, но более дешевы. Однако некоторые из них нашли применение в промышленности. Пока еще не придумали, с помощью каких веществ добиться малинового цвета в фейерверках и сигнальных огнях. В настоящее время с целью получения этого цвета используются лишь соли стронция, такие как нитрат Sr(NO 3) 2 и хлорат Sr(ClO 3) 2 . Около 5-10% всего производства данного химического элемента потребляет пиротехника. Гидроксид стронция Sr(OH) 2 иногда используется для извлечения сахара из мелассы, потому что он образует растворимый сахарид, из которого сахар может быть легко регенерирован под действием двуокиси углерода. Моносульфид SrS применяется как депилятор и ингредиент в люминофорах электролюминесцентных устройств и светящихся красок.

Ферриты стронция образуют семейство соединений с общей формулой SrFe х O у, получаемых в результате высокотемпературной (1000-1300 °C) реакции SrCO 3 и Fe 2 O 3 . Из них изготавливают керамические магниты, которые находят широкое применение в динамиках, двигателях автомобильных стеклоочистителей и детских игрушках.

Производство

Большая часть минерализованного целестина SrSO 4 превращается в карбонат двумя способами: либо целестин непосредственно выщелачивается раствором карбоната натрия, либо нагревается с углем, образуя сульфид. На второй стадии получается вещество темного цвета, содержащее, в основном, сульфид стронция. Эта «черная зола» растворяется в воде и фильтруется. Карбонат стронция осаждается из раствора сульфида путем введения диоксида углерода. Сульфат восстанавливается до сульфида путем карботермического восстановления SrSO 4 + 2C → SrS + 2CO 2 . Элемент может быть получен методом катодного электрохимического контакта, в котором охлажденный железный стержень, действующий как катод, касается поверхности смеси хлоридов калия и стронция, и поднимается, когда стронций затвердевает на нем. Реакции на электродах могут быть представлены следующим образом: Sr 2+ + 2e - → Sr (катод); 2Cl - → Cl 2 + 2e - (анод).

Металлический Sr также можно восстановить из его оксида алюминием. Он ковкий и пластичный, хороший проводник электричества, но используется относительно мало. Одно из его применений - легирующий агент для алюминия или магния при литье блоков цилиндров. Стронций улучшает обрабатываемость и устойчивость к ползучести металла. Альтернативным способом получения стронция является восстановление его оксида с алюминием в вакууме при температуре перегонки.

Коммерческое применение

Химический элемент стронций широко используется в стекле электронно-лучевых трубок цветных телевизоров для предотвращения проникновения рентгеновского излучения. Также он может входить в состав аэрозольных красок. Это, по-видимому, является одним из наиболее вероятных источников воздействия стронция на население. Кроме того, элемент используется для производства ферритовых магнитов и очистки цинка.

Соли стронция применяются в пиротехнике, поскольку при сгорании окрашивают пламя в красный свет. А сплав солей стронция с магнием применяется в составе зажигательных и сигнальных смесей.

Титанат обладает чрезвычайно высоким показателем преломления и оптической дисперсией, что делает его полезным в оптике. Он может использоваться, как замена бриллиантов, но редко используется с этой целью из-за крайней мягкости и уязвимости к царапинам.

Алюминат стронция является ярким люминофором с длительной устойчивостью фосфоресценции. Оксид иногда применяется для улучшения качества керамических глазурей. Изотоп 90 Sr является одним из лучших долгоживущих высокоэнергетических бета-излучателей. Он используется в качестве источника питания для радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ), преобразующих в электричество тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов. Эти устройства применяются в космических аппаратах, удаленных метеостанциях, навигационных буях и т. д. - там, где требуется легкий и долгоживущий ядерно-электрический источник энергии.

Медицинское использование стронция: лечение препаратами

Изотоп 89 Sr является активным ингредиентом радиоактивного препарата Metastron, применяемого для лечения болей в костях, вызванных метастатическим раком предстательной железы. Химический элемент стронций действует, как кальций, преимущественно включается в кость в местах с повышенным остеогенезом. Эта локализация фокусирует радиационное воздействие на раковое поражение.

Радиоизотоп 90 Sr также используется в терапии рака. Его бета-излучение и длительный идеально подходят для поверхностной лучевой терапии.

Экспериментальный препарат, полученный путем объединения стронция с ранелиновой кислотой, способствует росту кости, увеличению плотности костной ткани и уменьшению переломов. Stronium ranelate зарегистрирован в Европе, как средство лечения остеопороза.

Хлорид стронция иногда используется в зубных пастах для чувствительных зубов. Его содержание достигает 10%.

Меры предосторожности

У чистого стронция высокая химическая активность, а в измельченном состоянии металл спонтанно загорается. Поэтому этот химический элемент считается пожароопасным.

Воздействие на организм человека

Человеческое тело поглощает стронций так же, как кальций. Эти два элемента химически настолько похожи, что устойчивые формы Sr не представляют значительную угрозу для здоровья. В отличии от этого, радиоактивный изотоп 90 Sr может привести к различным костным нарушениям и заболеваниям, в том числе к раку костной ткани. Для измерения излучения поглощенного 90 Sr используется стронциевая единица.

СТРОНЦИЙ (Strontium), Sr (а. strontium; н. Strontium; ф. strontium; и. estroncio), — химический элемент II группы периодической системы Менделеева , атомный номер 38, атомная масса 87,62, относится к щёлочноземельным металлам.

Свойства стронция

Природный стронций состоит из 4 стабильных изотопов; 84 Sr (0,56%), 86 Sr (9,84%), 87 Sr (7,0%) и 88 Sr (82,6%); известно свыше 20 искусственных радиоактивных изотопов стронция с массовыми числами от 77 до 99, из которых наиболее важное значение имеет 90 Sr (ТЅ 29 лет), образующийся при делении урана . Стронций открыт в 1790 шотландским учёным А. Крофордом в виде оксида.

В свободном состоянии стронций — мягкий золотисто-жёлтый металл. При t ниже 248°С для него характерна гранецентрированная кубическая решётка (а-Sr с периодом а=0,60848 нм), в интервале 248-577°С — гексагональная (b-Sr с периодами а=0,432 нм, с=0,706 нм); при более высокой температуре переходит в объёмноцентрированную кубическую модификацию (g-Sr с периодом а=0,485 нм). Плотность а-Sr 2540 кг/м 3 ; t плавления 768°С, t кипения 1381°С; молярная теплоёмкость 26,75 Дж/(моль.К); удельное электрическое сопротивление 20,0.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 20,6.10 -6 К -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2.10 -6 . Пластичен, мягок, легко режется ножом.

Стронций по химическим свойствам сходен с Ca и Ba. В соединениях имеет степень окисления +2. Быстро окисляется на воздухе, при комнатной температуре взаимодействует с водой , при повышенной — с водородом , азотом , фосфором , серой и галогенами.

Среднее содержание стронция в земной коре 3,4.10 -2 % (по массе). Магматические средние горные породы содержат несколько больше стронция (8,0.10 -2 %), чем (4,5.10 -2 %), (4,4.10 -2 %), (3.10 -2 %) и (1.10 -3 %) горные породы . Известно около 30 минералов стронция, важнейшими из которых являются целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 ; помимо этого практически всегда присутствует в минералах кальция , калия и бария , входя в виде изоморфной примеси в их кристаллической решётке. Поскольку из 4 природных изотопов стронция один (87 Sr) постоянно накапливается в результате Я-распада 87 Rb, изотопный состав стронция (отношение 87 Sr/ 86 Sr) используется в геохимических исследованиях для установления генетических взаимоотношений между различными комплексами пород, а также для определения их радиометрического возраста (при условии одновременного определения содержания рубидия в исследуемых объектах). Радиоактивный 90 Sr служит загрязнения окружающей среды (до прекращения атмосферных ядерных испытаний был одним из главных факторов радиоактивного загрязнения).

Применение и использование

Основное сырьё для получения стронция — целестиновые и стронцианитовые руды . Металлический стронций получают алюмотермическим восстановлением оксида стронция в вакууме. Применяют при изготовлении алюминиевых сплавов и некоторых сталей, электровакуумных приборов и некоторых оптических стёкол. Соли стронция, окрашивающие пламя в интенсивный красный цвет, используются в пиротехнике. 90 Sr применяют в медицине как источник ионизирующего излучения.

Стронций — элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций — мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

В 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом. Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF2 или витерита ВаCO3, но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел.

Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик - Хоп. Придя к таким же результатам, он объявил, что в стронцианите есть новый элемент - металл стронций.

Видимо, открытие уже «витало в воздухе», потому что почти одновременно сообщил об обнаружении новой «земли» и видный немецкий химик Клапрот.

В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик - академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. В этом минерале (его состав BaSО4) Карл Шееле открыл в 1774 г. окись нового элемента бария. Не знаем, отчего Ловиц был неравнодушен именно к тяжелому шпату; известно только, что ученый, открывший адсорбционные свойства угля и сделавший еще много в области общей и органической химии, коллекционировал образцы этого минерала. Но Ловиц не был просто собирателем, вскоре он начал систематически исследовать тяжелый шпат и в 1792 г. пришел к выводу, что в этом минерале содержится неизвестная примесь. Он сумел извлечь из своей коллекции довольно много - больше 100 г новой «земли» и продолжал исследовать ее свойства. Результаты исследования были опубликованы в 1795 г.

Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементарном виде его выделили лишь в 1808 г.

Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т.е. тем же способом, что и кальций, магний, барий. А если говорить конкретнее, то первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси. Выделявшийся на катоде стронций мгновенно соединялся с ртутью, образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.