Stroncij (Sr) je kemični element, zemeljskoalkalijska kovina 2. skupine periodnega sistema. Uporablja se v rdečih signalnih lučeh in fosforjih, predstavlja veliko nevarnost za zdravje zaradi radioaktivne kontaminacije.
zgodovina odkritij
Mineral iz rudnika svinca blizu vasi Strontian na Škotskem. Prvotno je bil priznan kot vrsta barijevega karbonata, vendar sta Adair Crawford in William Cruikshank leta 1789 predlagala, da gre za drugačno snov. Kemik Thomas Charles Hope je novi mineral strontit poimenoval po vasi, ustrezen stroncijev oksid SrO pa stroncij. Kovino je leta 1808 izoliral Sir Humphry Davy, ki je z živosrebrno katodo elektroliziral mešanico mokrega hidroksida ali klorida z živosrebrnim oksidom in nato živo srebro izhlapil iz nastalega amalgama. Nov element je poimenoval z uporabo korena besede "stroncij".
Biti v naravi
Relativna številčnost stroncija, osemintridesetega elementa periodične tabele, v vesolju je ocenjena na 18,9 atomov na vsakih 106 atomov silicija. Gre za0,04 % mase zemeljske skorje. Povprečna koncentracija elementa v morski vodi je 8 mg/L.
Kemični element stroncij je v naravi zelo razširjen in je ocenjen kot 15. najbolj razširjena snov na Zemlji, saj dosega koncentracije 360 delov na milijon. Glede na njegovo izjemno reaktivnost obstaja le v obliki spojin. Njegova glavna minerala sta celestin (sulfat SrSO4) in strontianit (karbonat SrCO3). Od tega se celestit pojavlja v zadostnih količinah za dobičkonosno rudarjenje, katerega več kot 2/3 svetovne oskrbe prihaja iz Kitajske, večino preostalega pa dobavljata Španija in Mehika. Vendar pa je bolj donosno kopati strontianit, saj se stroncij pogosteje uporablja v karbonatni obliki, vendar je znanih nahajališč relativno malo.
Lastnosti
Stroncij je mehka kovina, podobna svincu, ki se ob rezanju sveti kot srebro. V zraku hitro reagira s kisikom in vlago v ozračju in pridobi rumenkast odtenek. Zato ga je treba hraniti ločeno od zračnih mas. Najpogosteje je shranjen v kerozinu. V naravi se ne pojavlja v prostem stanju. Poleg kalcija je stroncij vključen samo v 2 glavni rudi: celestit (SrSO4) in strontianit (SrCO3).
V seriji kemičnih elementov magnezij-kalcij-stroncij (zemeljskoalkalijske kovine) Sr je v skupini 2 (prej 2A) periodnega sistema med Ca in Ba. Poleg tega se nahaja v 5. obdobju med rubidijem in itrijem. Ker je atomski polmer stroncijapodobno kot polmer kalcija, slednjega v mineralih zlahka nadomesti. Toda v vodi je mehkejši in bolj reaktiven. Ob stiku tvori hidroksid in vodikov plin. Znani so 3 alotropi stroncija s prehodnimi točkami 235°C in 540°C.
zemeljskoalkalijska kovina na splošno ne reagira z dušikom pod 380°C in pri sobni temperaturi tvori le oksid. Vendar se v obliki prahu stroncij spontano vžge in tvori oksid in nitrid.
Kemijske in fizikalne lastnosti
Karakterizacija kemičnega elementa stroncija po načrtu:
- Ime, simbol, atomska številka: stroncij, Sr, 38.
- Skupina, točka, blok: 2, 5, s.
- Atomska masa: 87,62 g/mol.
- E-konfiguracija: [Kr]5s2.
- Porazdelitev elektronov v lupinah: 2, 8, 18, 8, 2.
- Velikost: 2,64 g/cm3.
- Tališča in vrelišča: 777 °C, 1382°C.
- Oksidacijsko stanje: 2.
Izotopi
Naravni stroncij je mešanica 4 stabilnih izotopov: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) in 84Sr (0,56%). Od tega je samo 87Sr radiogen - nastane z razpadom radioaktivnega izotopa rubidija 87Rb z razpolovno dobo 4,88 × 10 10 let. Verjame se, da je 87Sr nastal med "primordialno nukleosintezo" (zgodnja faza velikega poka) skupaj z izotopi 84Sr,86 Sr in 88Sr. Odvisno odlokacijah, se lahko razmerje 87Sr in 86Sr razlikuje za več kot 5-krat. To se uporablja pri datiranju geoloških vzorcev in pri ugotavljanju izvora okostja in glinenih artefaktov.
Zaradi jedrskih reakcij je bilo pridobljenih približno 16 sintetičnih radioaktivnih izotopov stroncija, od katerih je najbolj obstojen 90Sr (razpolovna doba 28,9 let). Ta izotop, proizveden v jedrski eksploziji, velja za najnevarnejši produkt razpadanja. Zaradi svoje kemijske podobnosti s kalcijem se absorbira v kosti in zobe, kjer še naprej izžene elektrone, kar povzroča poškodbe zaradi sevanja, poškodbe kostnega mozga, moti tvorbo novih krvnih celic in povzroča raka.
Vendar pa se v medicinsko nadzorovanih pogojih stroncij uporablja za zdravljenje nekaterih površinskih malignomov in kostnega raka. Uporablja se tudi v obliki stroncijevega fluorida v kemičnih virih toka in v radioizotopnih termoelektričnih generatorjih, ki pretvarjajo toploto njegovega radioaktivnega razpada v električno energijo in služijo kot dolgoživi, lahki viri energije v navigacijskih bojah, oddaljenih vremenskih postajah in vesoljskih plovilih.
89Sr se uporablja za zdravljenje raka, ker napada kostno tkivo, proizvaja beta sevanje in razpade po nekaj mesecih (razpolovna doba 51 dni).
Kemični element stroncij ni bistven za višje življenjske oblike, njegove soli so običajno nestrupene. Kar naredi90Sr nevaren, uporablja se za povečanje gostote in rasti kosti.
Povezave
Lastnosti kemičnega elementa stroncija so zelo podobne lastnostim kalcija. V spojinah ima Sr izključno oksidacijsko stanje +2 kot ion Sr2+. Kovina je aktivno redukcijsko sredstvo in zlahka reagira s halogeni, kisikom in žveplom, da nastane halogenidi, oksid in sulfid.
Stroncijeve spojine imajo precej omejeno komercialno vrednost, saj ustrezne kalcijeve in barijeve spojine na splošno delujejo enako, vendar so cenejše. Vendar so nekateri od njih našli uporabo v industriji. Ni še ugotovljeno, s katerimi snovmi bi dosegli škrlatno barvo v ognjemetih in signalnih lučeh. Trenutno se za doseganje te barve uporabljajo samo stroncijeve soli, kot sta Sr(NO3)2 in Sr(ClO).3)2 . Približno 5-10 % celotne proizvodnje tega kemičnega elementa porabi pirotehnična sredstva. Stroncijev hidroksid Sr(OH)2 se včasih uporablja za ekstrakcijo sladkorja iz melase, ker tvori topen saharid, iz katerega se lahko sladkor zlahka regenerira z delovanjem ogljikovega dioksida. SrS monosulfid se uporablja kot sredstvo za depilacijo in kot sestavina fosforjev elektroluminiscenčnih naprav in svetlečih barv.
Stroncijevi feriti tvorijo družino spojin s splošno formulo SrFexOy, pridobljene kot posledica visoke temperature (1000-1300 °C) reakcija SrCO3 inFe2O3. Uporabljajo se za izdelavo keramičnih magnetov, ki se pogosto uporabljajo v zvočnikih, motorjih avtomobilskih brisalcev vetrobranskega stekla in otroških igračah.
Proizvodnja
Najbolj mineraliziran celestit SrSO4 se pretvori v karbonat na dva načina: neposredno izlužen z raztopino natrijevega karbonata ali segret s premogom, da nastane sulfid. Na drugi stopnji dobimo temno obarvano snov, ki vsebuje predvsem stroncijev sulfid. Ta "črni pepel" se raztopi v vodi in filtrira. Stroncijev karbonat se obori iz raztopine sulfida z vnosom ogljikovega dioksida. Sulfat se reducira v sulfid s karbotermalno redukcijo SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Celico lahko izdelamo s katodnim elektrokemičnim kontaktom, pri katerem se ohlajena železna palica, ki deluje kot katoda, dotakne površine mešanice kalijevega in stroncijevega klorida in se dvigne, ko se stroncij na njej strdi. Reakcije na elektrodah lahko predstavimo takole: Sr2+ + 2e- → Sr (katoda); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anoda).
Metallic Sr je mogoče pridobiti tudi iz njegovega oksida z aluminijem. Je kovljiv in nodularen, dober prevodnik električne energije, vendar se uporablja relativno malo. Ena od njegovih uporab je kot zlitinsko sredstvo za aluminij ali magnezij pri litju blokov cilindrov. Stroncij izboljša obdelovalnost in odpornost na lezenjekovinski. Alternativni način pridobivanja stroncija je redukcija njegovega oksida z aluminijem v vakuumu pri temperaturi destilacije.
komercialna uporaba
Kemični element stroncij se pogosto uporablja v steklu barvnih TV katodnih cevi za preprečevanje prodiranja rentgenskih žarkov. Uporablja se lahko tudi v barvah v spreju. Zdi se, da je to eden najverjetnejših virov javne izpostavljenosti stronciju. Poleg tega se element uporablja za proizvodnjo feritnih magnetov in rafiniranje cinka.
Stroncijeve soli se uporabljajo v pirotehniki, ker ob gorenju obarvajo plamen rdeče. In zlitina stroncijevih soli z magnezijem se uporablja kot del zažigalnih in signalnih mešanic.
Titanat ima izjemno visok lomni količnik in optično disperzijo, zaradi česar je uporaben v optiki. Lahko se uporablja kot nadomestek za diamante, vendar se v ta namen redko uporablja zaradi svoje izjemne mehkobe in ranljivosti za praske.
Stroncijev aluminat je svetel fosfor z dolgotrajno fosforescenčno stabilnostjo. Oksid se včasih uporablja za izboljšanje kakovosti keramičnih glazur. Izotop 90Sr je eden najboljših dolgoživih visokoenergetskih beta oddajnikov. Uporablja se kot vir energije za radioizotopne termoelektrične generatorje (RTG), ki pretvarjajo toploto, ki se sprosti med razpadom radioaktivnih elementov, v električno energijo. Te naprave se uporabljajo vvesoljska plovila, oddaljene vremenske postaje, navigacijske boje itd. - kjer je potreben lahek in dolgoživ jedrsko-električni vir energije.
Medicinska uporaba stroncija: karakterizacija lastnosti, zdravljenje z zdravili
Izotop 89Sr je aktivna sestavina radioaktivnega zdravila Metastron, ki se uporablja za zdravljenje bolečin v kosteh, ki jih povzroča metastatski rak prostate. Kemični element stroncij deluje kot kalcij, v glavnem je vključen v kosti na mestih s povečano osteogenezo. Ta lokalizacija osredotoča učinek sevanja na rakavo lezijo.
Radioizotop 90Sr se uporablja tudi pri zdravljenju raka. Njegovo beta sevanje in dolga razpolovna doba sta idealna za površinsko radioterapijo.
Eksperimentalno zdravilo, izdelano s kombinacijo stroncija z ranelično kislino, spodbuja rast kosti, povečuje gostoto kosti in zmanjšuje zlome. Stronijev ranelat je v Evropi registriran kot zdravilo za osteoporozo.
Stroncijev klorid se včasih uporablja v zobnih pastah za občutljive zobe. Njegova vsebnost doseže 10%.
Previdnostni ukrepi
Čisti stroncij ima visoko kemično aktivnost in v zdrobljenem stanju se kovina spontano vžge. Zato se ta kemični element šteje za požarno nevaren.
Učinek na človeško telo
Človeško telo absorbira stroncij na enak način kot kalcij. Ta dvaElementi so si kemično tako podobni, da stabilne oblike Sr ne predstavljajo bistvenega tveganja za zdravje. Nasprotno pa lahko radioaktivni izotop 90Sr povzroči različne motnje in bolezni kosti, vključno s kostnim rakom. Stroncijeva enota se uporablja za merjenje absorbiranega sevanja 90Sr.
