Χημικό στοιχείο στρόντιο - περιγραφή, ιδιότητες και τύπος

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 17:44

Το στρόντιο (Sr) είναι ένα χημικό στοιχείο, μέταλλο αλκαλικής γαίας της 2ης ομάδας του περιοδικού πίνακα. Χρησιμοποιείται σε κόκκινα φώτα σηματοδότησης και φώσφορο, ενέχει μεγάλο κίνδυνο για την υγεία σε περίπτωση ραδιενεργής μόλυνσης.

Ιστορικό ανακάλυψης

Ορυκτό από ορυχείο μολύβδου κοντά στο χωριό Strontian στη Σκωτία. Αρχικά αναγνωρίστηκε ως μια ποικιλία ανθρακικού βαρίου, αλλά οι Adair Crawford και William Cruikshank πρότειναν το 1789 ότι ήταν μια διαφορετική ουσία. Ο χημικός Thomas Charles Hope ονόμασε το νέο ορυκτό στροντίτη από το χωριό, και το αντίστοιχο οξείδιο του στροντίου SrO, στρόντιο. Το μέταλλο απομονώθηκε το 1808 από τον Sir Humphry Davy, ο οποίος ηλεκτρολύσε ένα μείγμα υγρού υδροξειδίου ή χλωρίου με οξείδιο του υδραργύρου χρησιμοποιώντας μια κάθοδο υδραργύρου και στη συνέχεια εξατμίστηκε τον υδράργυρο από το προκύπτον αμάλγαμα. Ονόμασε το νέο στοιχείο χρησιμοποιώντας τη ρίζα της λέξης "στρόντιο".

Όντας στη φύση

Η σχετική αφθονία του στροντίου, του τριακοστό όγδοου στοιχείου του περιοδικού πίνακα, στο διάστημα εκτιμάται ότι είναι 18,9 άτομα για κάθε 106 άτομα πυριτίου. Πρόκειται0,04% της μάζας του φλοιού της γης. Η μέση συγκέντρωση του στοιχείου στο θαλασσινό νερό είναι 8 mg/L.

Το χημικό στοιχείο στρόντιο βρίσκεται ευρέως στη φύση και εκτιμάται ότι είναι η 15η πιο άφθονη ουσία στη Γη, φτάνοντας σε συγκεντρώσεις 360 μέρη ανά εκατομμύριο. Δεδομένης της εξαιρετικής αντιδραστικότητάς του, υπάρχει μόνο με τη μορφή ενώσεων. Τα κύρια ορυκτά του είναι η σελεστίνη (θειικό SrSO₄) και ο στροντιανίτης (ανθρακικό SrCO_{3). Από αυτούς, ο σελεστίτης εμφανίζεται σε επαρκείς ποσότητες για κερδοφόρα εξόρυξη, περισσότερο από τα 2/3 της παγκόσμιας προσφοράς του οποίου προέρχεται από την Κίνα και η Ισπανία και το Μεξικό παρέχουν το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου. Ωστόσο, είναι πιο επικερδές η εξόρυξη στροντιανίτη, επειδή το στρόντιο χρησιμοποιείται συχνότερα σε ανθρακική μορφή, αλλά υπάρχουν σχετικά λίγα γνωστά κοιτάσματα.}

Ιδιότητες

Το στρόντιο είναι ένα μαλακό μέταλλο, παρόμοιο με τον μόλυβδο, που λάμπει σαν ασήμι όταν κόβεται. Στον αέρα, αντιδρά γρήγορα με το οξυγόνο και την υγρασία που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα, αποκτώντας μια κιτρινωπή απόχρωση. Επομένως, πρέπει να αποθηκεύεται σε απομόνωση από τις μάζες αέρα. Τις περισσότερες φορές αποθηκεύεται σε κηροζίνη. Δεν εμφανίζεται στην ελεύθερη κατάσταση στη φύση. Το στρόντιο, που συνοδεύει το ασβέστιο, περιλαμβάνεται μόνο σε 2 κύρια μεταλλεύματα: τον σελεστίτη (SrSO₄) και τον στροντιανίτη (SrCO_3).

Στη σειρά των χημικών στοιχείων μαγνήσιο-ασβέστιο-στρόντιο (μέταλλα αλκαλικών γαιών) το Sr βρίσκεται στην ομάδα 2 (πρώην 2Α) του περιοδικού πίνακα μεταξύ Ca και Ba. Επιπλέον, βρίσκεται στην 5η περίοδο μεταξύ ρουβιδίου και υττρίου. Από την ατομική ακτίνα του στροντίουπαρόμοια με την ακτίνα του ασβεστίου, αντικαθιστά εύκολα το τελευταίο σε μέταλλα. Αλλά είναι πιο μαλακό και πιο αντιδραστικό στο νερό. Σχηματίζει υδροξείδιο και αέριο υδρογόνο κατά την επαφή. Είναι γνωστά 3 αλλότροπα του στροντίου με σημεία μετάβασης 235°C και 540°C.

Το μέταλλο των αλκαλικών γαιών γενικά δεν αντιδρά με άζωτο κάτω από τους 380°C και σχηματίζει μόνο ένα οξείδιο σε θερμοκρασία δωματίου. Ωστόσο, σε μορφή σκόνης, το στρόντιο αναφλέγεται αυθόρμητα για να σχηματίσει οξείδιο και νιτρίδιο.

Χημικές και φυσικές ιδιότητες

Χαρακτηρισμός του χημικού στοιχείου στρόντιο σύμφωνα με το σχέδιο:

• Όνομα, σύμβολο, ατομικός αριθμός: στρόντιο, Sr, 38.
• Ομάδα, περίοδος, μπλοκ: 2, 5, s.
• Ατομική μάζα: 87,62 g/mol.
• E-config: [Kr]5s2.
• Κατανομή ηλεκτρονίων σε κελύφη: 2, 8, 18, 8, 2.
• Γενικότητα: 2,64g/cm3.
• Σημεία τήξεως και βρασμού: 777 °C, 1382°C.
• Κατάσταση οξείδωσης: 2.

Ισότοπα

Το φυσικό στρόντιο είναι ένα μείγμα 4 σταθερών ισοτόπων: ⁸⁸Sr (82,6%), ⁸⁶Sr (9, 9%), ⁸⁷Sr (7,0%) και ⁸⁴Sr (0,56%). Από αυτά, μόνο το ⁸⁷Sr είναι ραδιογόνο - σχηματίζεται από τη διάσπαση του ραδιενεργού ισοτόπου του ρουβιδίου ⁸⁷Rb με χρόνο ημιζωής 4,88 × 10 ¹⁰ έτη. Πιστεύεται ότι το ⁸⁷Sr παρήχθη κατά τη διάρκεια της "αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης" (ένα πρώιμο στάδιο της Μεγάλης Έκρηξης) μαζί με τα ισότοπα ⁸⁴Sr,86 ^{Sr και} 88^{Sr. Εξαρτάται απότοποθεσίες, η αναλογία} 87^{Sr και} 86^{Sr μπορεί να διαφέρει περισσότερο από 5 φορές. Αυτό χρησιμοποιείται για τη χρονολόγηση γεωλογικών δειγμάτων και για τον προσδιορισμό της προέλευσης σκελετών και τεχνουργημάτων από πηλό.}

Ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων, ελήφθησαν περίπου 16 συνθετικά ραδιενεργά ισότοπα στροντίου, από τα οποία το πιο ανθεκτικό είναι το 90Sr (χρόνος ημιζωής 28,9 χρόνια). Αυτό το ισότοπο, που παράγεται σε πυρηνική έκρηξη, θεωρείται το πιο επικίνδυνο προϊόν αποσύνθεσης. Λόγω της χημικής ομοιότητάς του με το ασβέστιο, απορροφάται από τα οστά και τα δόντια, όπου συνεχίζει να διώχνει ηλεκτρόνια, προκαλώντας βλάβη από την ακτινοβολία, βλάβη του μυελού των οστών, διαταράσσοντας το σχηματισμό νέων αιμοσφαιρίων και προκαλώντας καρκίνο.

Ωστόσο, υπό ιατρικά ελεγχόμενες συνθήκες, το στρόντιο χρησιμοποιείται για τη θεραπεία ορισμένων επιφανειακών κακοηθειών και καρκίνων των οστών. Χρησιμοποιείται επίσης με τη μορφή φθοριούχου στροντίου σε πηγές χημικού ρεύματος και σε θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων, οι οποίες μετατρέπουν τη θερμότητα της ραδιενεργής διάσπασής του σε ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμεύοντας ως μακρόβιες, ελαφριές πηγές ενέργειας σε σημαδούρες πλοήγησης, απομακρυσμένους μετεωρολογικούς σταθμούς και διαστημόπλοια.

Το

89Sr χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του καρκίνου επειδή επιτίθεται στον οστικό ιστό, παράγει ακτινοβολία βήτα και αποσυντίθεται μετά από μερικούς μήνες (χρόνος ημιζωής 51 ημέρες).

Το χημικό στοιχείο στρόντιο δεν είναι απαραίτητο για ανώτερες μορφές ζωής, τα άλατά του είναι συνήθως μη τοξικά. Τι κάνει90Sr επικίνδυνος, χρησιμοποιείται για την αύξηση της οστικής πυκνότητας και της ανάπτυξης.

Συνδέσεις

Οι ιδιότητες του χημικού στοιχείου στροντίου είναι πολύ παρόμοιες με αυτές του ασβεστίου. Στις ενώσεις, το Sr έχει την αποκλειστική κατάσταση οξείδωσης +2 ως το ιόν Sr2+. Το μέταλλο είναι ενεργός αναγωγικός παράγοντας και αντιδρά εύκολα με αλογόνα, οξυγόνο και θείο παράγοντας αλογονίδια, οξείδια και θειούχα.

Οι ενώσεις του στροντίου έχουν μάλλον περιορισμένη εμπορική αξία, καθώς οι αντίστοιχες ενώσεις ασβεστίου και βαρίου κάνουν γενικά το ίδιο, αλλά είναι φθηνότερες. Ωστόσο, μερικά από αυτά έχουν βρει εφαρμογή στη βιομηχανία. Δεν έχει ακόμη καταλήξει με ποιες ουσίες να πετύχετε ένα κατακόκκινο χρώμα στα πυροτεχνήματα και τα φώτα σηματοδότησης. Επί του παρόντος χρησιμοποιούνται μόνο άλατα στροντίου όπως Sr(NO₃)₂ και χλωρικό Sr(ClO) για την επίτευξη αυτού του χρώματος.3₎2 _{. Περίπου το 5-10% της συνολικής παραγωγής αυτού του χημικού στοιχείου καταναλώνεται από πυροτεχνήματα. Το υδροξείδιο του στροντίου Sr(OH)}2 _{χρησιμοποιείται μερικές φορές για την εξαγωγή ζάχαρης από τη μελάσα επειδή σχηματίζει έναν διαλυτό σακχαρίτη από τον οποίο το σάκχαρο μπορεί εύκολα να αναγεννηθεί με τη δράση του διοξειδίου του άνθρακα. Το μονοσουλφίδιο SrS χρησιμοποιείται ως αποτριχωτικό παράγοντα και ως συστατικό στους φωσφόρους ηλεκτροφωταυγών συσκευών και φωτεινών χρωμάτων.}

Οι φερρίτες του στροντίου σχηματίζουν μια οικογένεια ενώσεων με τον γενικό τύπο SrFe_xO_y, που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα υψηλής θερμοκρασίας (1000-1300 °C) αντίδραση SrCO₃ καιFe₂O_{3. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κεραμικών μαγνητών, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηχεία, μοτέρ υαλοκαθαριστήρων αυτοκινήτου και παιδικά παιχνίδια.}

Παραγωγή

Ο περισσότερο μεταλλοποιημένος σελεστίτης SrSO₄ μετατρέπεται σε ανθρακικό με δύο τρόπους: είτε με άμεση έκπλυση με διάλυμα ανθρακικού νατρίου είτε με θέρμανση με άνθρακα για να σχηματιστεί θειούχο. Στο δεύτερο στάδιο, λαμβάνεται μια σκουρόχρωμη ουσία που περιέχει κυρίως θειούχο στρόντιο. Αυτή η «μαύρη στάχτη» διαλύεται στο νερό και φιλτράρεται. Το ανθρακικό στρόντιο καθιζάνει από το διάλυμα σουλφιδίου με την εισαγωγή διοξειδίου του άνθρακα. Το θειικό ανάγεται σε θειούχο με καρβοθερμική αναγωγή SrSO₄ + 2C → SrS + 2CO₂. Το στοιχείο μπορεί να παραχθεί με καθοδική ηλεκτροχημική επαφή, στην οποία μια ψυχρή ράβδος σιδήρου, που λειτουργεί ως κάθοδος, αγγίζει την επιφάνεια ενός μείγματος χλωριούχου καλίου και στροντίου και ανεβαίνει όταν το στρόντιο στερεοποιείται πάνω της. Οι αντιδράσεις στα ηλεκτρόδια μπορούν να αναπαρασταθούν ως εξής: Sr²⁺ + 2e^- → Sr (κάθοδος); 2Cl^- → Cl₂ + 2e^{- (άνοδος).}

Το Μεταλλικό Sr μπορεί επίσης να ανακτηθεί από το οξείδιο του με αλουμίνιο. Είναι εύπλαστο και όλκιμο, καλός αγωγός του ηλεκτρισμού, αλλά χρησιμοποιείται σχετικά λίγο. Μία από τις χρήσεις του είναι ως παράγοντας κράματος για αλουμίνιο ή μαγνήσιο στη χύτευση κυλίνδρων. Το στρόντιο βελτιώνει τη μηχανική ικανότητα και την αντοχή σε ερπυσμόμέταλλο. Ένας εναλλακτικός τρόπος λήψης στροντίου είναι η αναγωγή του οξειδίου του με αλουμίνιο σε κενό σε θερμοκρασία απόσταξης.

Εμπορική χρήση

Το χημικό στοιχείο στρόντιο χρησιμοποιείται ευρέως στο γυαλί των έγχρωμων καθοδικών σωλήνων τηλεόρασης για την πρόληψη της διείσδυσης ακτίνων Χ. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε βαφές με σπρέι. Αυτή φαίνεται να είναι μια από τις πιο πιθανές πηγές δημόσιας έκθεσης στο στρόντιο. Επιπλέον, το στοιχείο χρησιμοποιείται για την παραγωγή μαγνητών φερρίτη και τη διύλιση ψευδάργυρου.

Τα άλατα στροντίου χρησιμοποιούνται στην πυροτεχνία επειδή χρωματίζουν τη φλόγα κόκκινο όταν καίγονται. Και ένα κράμα αλάτων στροντίου με μαγνήσιο χρησιμοποιείται ως μέρος εμπρηστικών και σηματοδοτικών μιγμάτων.

Το Titanate έχει εξαιρετικά υψηλό δείκτη διάθλασης και οπτική διασπορά, γεγονός που το καθιστά χρήσιμο στην οπτική. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο διαμαντιών, αλλά χρησιμοποιείται σπάνια για αυτόν τον σκοπό λόγω της εξαιρετικής απαλότητάς του και της ευαισθησίας του στις γρατσουνιές.

Το αργιλικό στρόντιο είναι ένας λαμπερός φώσφορος με μακροχρόνια σταθερότητα φωσφορισμού. Το οξείδιο χρησιμοποιείται μερικές φορές για τη βελτίωση της ποιότητας των κεραμικών υαλοπινάκων. Το ισότοπο 90Sr είναι ένας από τους καλύτερους μακροβιότερους εκπομπούς βήτα υψηλής ενέργειας. Χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας για θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων (RTG), οι οποίες μετατρέπουν τη θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση των ραδιενεργών στοιχείων σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται σεδιαστημόπλοια, απομακρυσμένοι μετεωρολογικοί σταθμοί, σημαδούρες πλοήγησης, κ.λπ. - όπου απαιτείται ελαφριά και μακρόβια πηγή πυρηνικής ηλεκτρικής ενέργειας.

Ιατρική χρήση στροντίου: χαρακτηρισμός ιδιοτήτων, θεραπεία με φάρμακα

Ισότοπο 89Sr είναι το δραστικό συστατικό του ραδιενεργού φαρμάκου Metastron, που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του πόνου των οστών που προκαλείται από μεταστατικό καρκίνο του προστάτη. Το χημικό στοιχείο στρόντιο δρα όπως το ασβέστιο, περιλαμβάνεται κυρίως στο οστό σε σημεία με αυξημένη οστεογένεση. Αυτός ο εντοπισμός εστιάζει την επίδραση της ακτινοβολίας στην καρκινική βλάβη.

Το ραδιοϊσότοπο 90Sr χρησιμοποιείται επίσης στη θεραπεία του καρκίνου. Η ακτινοβολία βήτα και ο μεγάλος χρόνος ημιζωής του είναι ιδανικοί για επιφανειακή ακτινοθεραπεία.

Ένα πειραματικό φάρμακο που παρασκευάζεται με συνδυασμό στροντίου με ρανελικό οξύ προάγει την ανάπτυξη των οστών, αυξάνει την οστική πυκνότητα και μειώνει τα κατάγματα. Το ρανελικό στρόνιο είναι εγγεγραμμένο στην Ευρώπη ως θεραπεία για την οστεοπόρωση.

Το χλωριούχο στρόντιο χρησιμοποιείται μερικές φορές σε οδοντόκρεμες για ευαίσθητα δόντια. Το περιεχόμενό του φτάνει το 10%.

Προφυλάξεις

Το καθαρό στρόντιο έχει υψηλή χημική δράση και σε θρυμματισμένη κατάσταση, το μέταλλο αναφλέγεται αυθόρμητα. Επομένως, αυτό το χημικό στοιχείο θεωρείται κίνδυνος πυρκαγιάς.

Επίδραση στο ανθρώπινο σώμα

Το ανθρώπινο σώμα απορροφά το στρόντιο με τον ίδιο τρόπο όπως το ασβέστιο. Αυτοί οι δυοΤα στοιχεία είναι τόσο παρόμοια χημικά που οι σταθερές μορφές του Sr δεν αποτελούν σημαντικό κίνδυνο για την υγεία. Αντίθετα, το ραδιενεργό ισότοπο ⁹⁰Sr μπορεί να οδηγήσει σε διάφορες διαταραχές και ασθένειες των οστών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου των οστών. Η μονάδα στροντίου χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ακτινοβολίας της απορροφούμενης ^90Sr.