STRONTIUM: HISTORIA, RAKENNE, OMINAISUUDET, REAKTIOT JA KÄYTÖT - KEMIA - 2026

Strontium on maa-alkalimetalli, jonka kemiallinen merkki on Mr. vasta leikkaus on valkoinen hopeinen kiilto, mutta joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa hapettuu ja hankkii kellertävä väri. Tästä syystä se on suojattava hapella varastoinnin aikana.

Strontium uutetaan sen suonista mineraalien selesiitin tai selesiinin (SrSO ₄) ja strontianiitin (SrCO ₃) muodossa. Kuitenkin selesiitti on strontiumin louhinnan päämuoto, sen esiintymät ovat sedimenttimailla ja yhdessä rikin kanssa.

Argonilmakehän suojaama metallinen strontiumnäyte. Lähde: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivaattorityö: Materiaalitieteilijä

Selesiitti esiintyy rombisten kiteiden muodossa, se on yleensä väritön, lasimainen ja läpinäkyvä. Vaikka strontium uutetaan tällä tavalla, se on muutettava vastaavaksi karbonaatiksi, josta se lopulta pelkistetään.

Vuonna 1790 Adair Crawford ja William Cruickshank tunnistivat strontiumin uudeksi alkuaineeksi mineraalista lyijykaivoksesta lähellä Strontionin kaupunkia Argyllissa, Skotlannissa. Humphry Davy eristi strontiumin vuonna 1807 elektrolyysin avulla.

Strontium on muovattava, muovautuva metalli ja hyvä sähkönjohdin; mutta sillä on vähän teollista ja kaupallista käyttöä. Yksi sen sovelluksista on seosten muodostuminen alumiinin ja magnesiumin kanssa parantamalla näiden metallien käsittelyä ja juoksevuutta.

Jaksotaulukossa strontium sijaitsee ryhmässä 2, kalsiumin ja bariumin välillä, havaitsemalla, että joillakin sen fysikaalisista ominaisuuksista, kuten tiheydestä, sulamispisteestä ja kovuudesta, on väliarvoja verrattuna kalsium ja barium.

Strontium esiintyy luonnossa neljänä pysyvänä isotooppina: ⁸⁸ Sr, jonka runsaus on 82,6%; ⁸⁶ Sr, jossa 9,9% runsaasti; ⁸⁷ Sr, 7,0% runsaasti; ja ⁸⁴ Sr, sisältäen 0,56%.

⁹⁰ Sr on radioaktiivinen isotooppi, joka on radioaktiivisen laskeuman vahingollisin komponentti, ydinräjähdysten ja ydinreaktorien vuotojen tuote, koska kalsiumin ja strontiumin samankaltaisuuden vuoksi isotooppi sisältyy luihin, joka tuottaa luusyöpää ja leukemiaa.

Historia

Skotlannin Argyllin Strontian kylän lähellä sijaitsevasta lyijykaivoksesta käytettiin mineraaleja. Se tunnistettiin alun perin bariumkarbonaatin tyypiksi. Mutta Adair Crawford ja William Cruickshank totesivat vuonna 1789, että tutkittu aine oli toinen kysymys.

Kemisti Thomas Charles Hope nimitti uuden mineraal strontiitin ja vastaava "maa" (strontiumoksidi, SrO) nimitti sen strontiaksi.

Vuonna 1790 Crawford ja Cruickshank polttivat tutkitun aineen ja havaitsivat, että liekki oli väriltään purppuranpunainen, erilainen kuin tuolloin siihen aikaan havaittujen liekkien tunnetut elementit. He totesivat olevansa uuden elementin edessä.

Vuonna 1808 Sir William Humphry Davy altistettiin elektrolyysille märkä seos hydroksidiä tai strontiumkloridia elohopeaoksidin kanssa elohopeakatodilla. Sitten muodostuneesta amalgaamista saatu elohopea haihdutettiin jättäen strontiumin vapaaksi.

Davy nimitti eristetyn elementin strontium (strontium).

Strontiumin rakenne ja elektronikonfiguraatio

Metallinen strontium kiteytyy huoneenlämpötilassa kasvojen keskittymäksi kuutiomaiseksi (fcc) rakenteeksi.

Tässä rakenteessa Sr-atomit sijaitsevat yksikkökennon kärkipisteissä ja kuution pinnoilla. Se on suhteellisen tiheä kuin muut rakenteet (kuten kuutio- tai piilosekvenssi), sillä siinä on yhteensä neljä Mr.

Sr-atomit pysyvät yhtenäisinä metallisidoksen ansiosta, joka johtuu niiden atomin valenssin kiertoratojen päällekkäisyyksistä kristallin kaikkiin suuntiin. Tämä kiertorata on 5s, jossa on kaksi elektronia elektronisen konfiguraation mukaan:

5s ²

Ja siten täysi 5 s: n kaista ja 5 p: n johtuskaista (bänditeoria) ovat peräisin.

Muista metallisista vaiheista ei ole paljon bibliografista tietoa, vaikkakin on varmaa, että niiden kiteet muuttuvat, kun ne altistetaan suurille paineille.

Hapetusnumerot

Strontiumilla, kuten muilla metalleilla, on suuri taipumus menettää valenssielektroneja; Nämä ovat 5: n kiertoradan kaksi elektronia. Sr-atomit muunnetaan siten kaksiarvoisiksi Sr2 ⁺ -kationeiksi (M2 ⁺, kuten muut maa-alkalimetallit), isoelektroniseksi jalokaasun kryptoniksi. Strontiumin sanotaan sitten olevan hapettumisluku +2.

Kun kahden elektronin menetyksen sijaan se menettää vain yhden, muodostuu Sr ⁺ -kationi; ja sen vuoksi sen hapetusluku on +1. Sr ⁺ on harvinainen strontiumista johdetuissa yhdisteissä.

ominaisuudet

Ulkomuoto

Hopeanvalkoinen, metallisella kiillolla, hieman keltaisella sävyllä.

Moolimassa

87,62 g / mol.

Sulamispiste

777 ° C.

Kiehumispiste

1 377 ° C.

Tiheys

-Ympäristön lämpötila: 2,64 g / cm ³

Nanofluoripulveri tila (sulamispiste): 2,375 g / cm ³

Liukoisuus

Liukenee alkoholiin ja hapoihin. Se ei liukene veteen, koska reagoi voimakkaasti sen kanssa.

Fuusion lämpö

7,43 kJ / mol.

Höyrystymislämpö

141 kJ / mol.

Terminen moolikapasiteetti

26,4 J / (mol-K).

elektronegatiivisuus

0,95 Paulingin asteikolla.

Ionisointienergia

Ensimmäinen ionisaatiotaso: 549,5 kJ / mol.

Toinen ionisaatiotaso: 1 064,2 kJ / mol.

Kolmas ionisaatiotaso: 4 138 kJ / mol.

Atomiradio

Empiirinen 215 pm.

Kovalenttinen säde

195 ± 22 pm.

Lämpölaajeneminen

22,5 um / (m · K) 25 ° C: ssa.

Lämmönjohtokyky

35,4 W / (mK).

Sähkövastus

132 nΩ · 20 ° C: ssa.

Kovuus

1,5 Mohsin asteikolla.

Palopotentiaali

Hienoksi jakautuneena strontium palaa spontaanisti ilmassa. Lisäksi se syttyy kuumennettaessa sulamispisteen yläpuolelle ja voi olla räjähdysvaara altistettuna liekin kuumuudelle.

varastointi

Strontiumin hapettumisen välttämiseksi on suositeltavaa varastoida sitä upotettuna petroliiniin tai teollisuusbensiiniin. Strontium tulee varastoida viileässä, hyvin ilmastoidussa paikassa, poissa orgaanisista ja muista helposti hapettuneista materiaaleista.

nimistö

Koska hapetusluku +1 ei ole niin yleinen, oletetaan, että vain +2 on olemassa strontiumyhdisteiden ympärillä olevan nimikkeistön yksinkertaistamiseksi. Siksi varastonimikkeistössä (II) nimien lopussa jätetään huomioimatta; ja perinteisessä nimikkeistössä ne päättyvät aina loppuliitteeseen -ico.

Esimerkiksi SrO on strontiumoksidi tai tinaoksidi, vastaavasti kannan ja perinteisen nimikkeistön mukaan.

Muodot

Suuren reaktiivisuutensa vuoksi metalli strontium ei näytä eristetyltä luonnossa. Se löytyy kuitenkin alkuaineistosta, joka on suojattu hapolta, upottamalla petroliiniin tai inerttien kaasujen (kuten jalokaasujen) ilmakehään.

On myös havaittu muodostavan seoksia alumiinin ja magnesiumin kanssa, samoin kuin aggregaatin tina- ja lyijyseoksiksi. Strontiumia on ionisessa muodossa (Sr ²⁺) liuotettuna maaperään tai meriveteen jne.

Siksi puhuakseen strontiumista tarkoitetaan Sr ²⁺ -kationeja (ja vähemmässä määrin Sr ⁺).

Se voi myös olla vuorovaikutuksessa ionisessa muodossa muiden alkuaineiden kanssa suolojen tai muiden kemiallisten yhdisteiden muodostamiseksi; kuten strontiumkloridi, karbonaatti, sulfaatti, sulfidi jne.

Strontiumia esiintyy pääasiassa kahdessa mineraalissa: selesiitissä tai selesiinissä (SrSO ₄) ja strontiitissa (SrCO ₃). Tselesiitti on strontiumin louhinnan tärkein lähde.

Strontiumilla on 4 luonnollista isotooppia, joista enemmän löytyy ⁸⁸ Mr.. Lisäksi ydinreaktoreissa on keinotekoisesti tuotettuja radioaktiivisia isotooppeja.

Biologinen rooli

Selkärankaisilla strontiumilla ei ole tunnettua biologista merkitystä. Koska se on samankaltainen kuin kalsium, se voi korvata sen luukudoksissa; eli Sr ²⁺ syrjäyttää Ca ^{2+: n}. Mutta luussa löydetty suhde strontiumin ja kalsiumin välillä on välillä 1/1000 - 1/2000; eli erittäin alhainen.

Siksi strontium ei saa suorittaa luissa luonnollista biologista toimintaa.

Strontiumranelaattia on käytetty osteoporoosin hoidossa, koska se aiheuttaa luiden kovettumista; mutta joka tapauksessa tämä on terapeuttinen toimenpide.

Yksi harvoista esimerkkeistä strontiumin biologisesta toiminnasta esiintyy Acanthareassa, radiolaarisen alkueläimessä, jolla on luuranko, jossa on strontium.

Mistä löytää ja tuotanto

Selesiittikide, mineralogiset strontiumin lähteet. Lähde: Aram Dulyan (käyttäjä: Aramgutang)

Strontiumia esiintyy noin 0,034%: lla kaikista tienkivistä. Kuitenkin vain kahta mineraalia: selesiittiä tai seleriiniä, esiintyy saostumissa, joissa on merkittävää strontiumpitoisuutta.

Kahdesta tärkeästä strontiummineraalista vain selesiittiä löytyy riittävästi sedimenttiesiintymistä, jotta strontiumin uuttovälineet voidaan luoda.

Strationiitti on hyödyllisempi kuin selesiitti, koska suurin osa strontiumista tuotetaan strontiumkarbonaatin muodossa; mutta tuskin on löydetty talletuksia, jotka mahdollistaisivat kestävän kaivostoiminnan.

Meriveden strontiumpitoisuus on välillä 82 - 90 umol / L, mikä on paljon pienempi pitoisuus kuin kalsiumilla, välillä 9,6 - 11 mmol / L.

Lähes kaikki kaivostoiminta perustuu selesiittiesiintumiin, koska strontianiittilaskimot ovat vähäiset, eivätkä ne ole kovin kannattavia strontiumin uuttamiseksi niistä. Tästä huolimatta suurin osa strontiumista tuotetaan strontiumkarbonaatin muodossa.

Pidgeon-menetelmä

Selesiitti poltetaan hiilen läsnäollessa strontiumsulfaatin muuttamiseksi strontiumsulfidiksi. Toisessa vaiheessa strontiumsulfidia sisältävä tumma materiaali liuotetaan veteen ja suodatetaan.

Sitten strontiumsulfidiliuos käsitellään hiilidioksidilla strontiumkarbonaatin saostumisen aikaansaamiseksi.

Strontium voidaan eristää Pidgeon-menetelmän muunnelmalla. Strontiumoksidin ja alumiinin reaktio tapahtuu tyhjössä, jossa strontiumi muuttuu kaasuksi ja kuljetetaan tuotannon jälkikäteen läpi lauhduttimiin, missä se saostuu kiinteänä aineena.

elektrolyysin

Strontium voidaan saada sauvojen muodossa kosketuskatodien elektrolyysimenetelmällä. Tässä menettelyssä katodina toimiva jäähdytetty rautavarsi joutuu kosketukseen kaliumkloridin ja strontiumkloridin sulan seoksen pinnan kanssa.

Kun strontiumi jähmettyy katodilla (rauta sauva), sauva nousee.

reaktiot

Kalkogeenien ja halogeenien kanssa

Strontium on aktiivinen pelkistävä metalli ja reagoi halogeenien, hapen ja rikin kanssa tuottaen vastaavasti halogenideja, oksideja ja rikkiä. Strontium on hopeinen metalli, mutta hapettuu ilmaan joutuessaan strontiumoksidiksi:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Oksidi muodostaa tumman kerroksen metallin pinnalle. Vaikka sen reaktio kloorin ja rikin kanssa ovat seuraavat:

Sr (t) + CI ₂ (g) => SRCL ₂ (s)

Sr (s) + S (l) => SrS (s)

Strontium reagoi sulan rikin kanssa.

Ilman kanssa

Se voi yhdistyä hapen kanssa strontiumperoksidiksi; mutta muodostumiseen tarvitaan korkea happeapaine. Se voi myös reagoida typen kanssa strontiuminitridin tuottamiseksi:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Lämpötilan on kuitenkin oltava yli 380 ° C, jotta reaktio tapahtuisi.

Veden kanssa

Strontium voi reagoida kiivaasti veden kanssa strontiumhydroksidin, Sr (OH) _{2: n} ja vetykaasun muodostamiseksi. Strontiumin ja veden välisessä reaktiossa ei ole alkalimetallien ja veden välisessä reaktiossa havaittua väkivaltaa, samoin kuin bariumin tapauksessa.

Happojen ja vedyn kanssa

Strontium voi reagoida rikkihapon ja typpihapon kanssa muodostaakseen vastaavasti strontiumsulfaatin ja nitraatin. Se yhdistää myös kuuman vedyn kanssa strontiumhydridiksi.

Strontiumilla, kuten myös muilla jaksollisen taulukon lohkossa olevilla raskailla elementeillä, on laaja koordinaatioluku; kuten 2, 3, 4, 22 ja 24, nähtyinä yhdisteissä, kuten esimerkiksi SrCd ₁₁ ja SrZn ₁₃.

Sovellukset

- Alkuperäinen strontium

Alloys

Sitä käytetään eutektisena modifioijana Al-Ag-seoksen lujuuden ja taipuisuuden parantamiseksi. Sitä käytetään inokulanttina pallografiittivalimoissa grafiitin muodostumisen hallitsemiseksi. Sitä lisätään myös tinaan ja lyijylejeeringiin sitkeyden ja taipuisuuden lisäämiseksi.

Lisäksi sitä käytetään hapenpoistoaineena kuparille ja pronssille. Sulaan alumiiniin lisätään pieni määrä strontiumia metallin sulattavuuden optimoimiseksi, mikä tekee siitä sopivamman esineiden, jotka ovat perinteisesti valmistettu teräksestä, valmistukseen.

Se on alumiinia tai magnesiumia seostava aine, jota käytetään moottorilohkojen ja pyörien valuun. Strontium parantaa metallin, jota se seostetaan, käsittelyä ja juoksevuutta.

isotoopit

Haitallisesta vaikutuksestaan ​​huolimatta ⁹⁰ Sr: tä käytetään termosähkögeneraattorina, joka käyttää säteilynsä lämpöenergiaa pitkäaikaisen sähkön tuottamiseen, ja sitä voidaan käyttää avaruusaluksissa, etä tutkimusasemilla ja navigointipoijuissa.

⁸⁹ Sr on käytetty luun syöpä, käyttäen radioaktiivisia päästöjen β tyyppiä kasvainsolujen tuhoutumiseen.

Strontiumatomia on käytetty aikataulujärjestelmän perustamiseen, joka tuskin viivyttää sekuntia 200 miljoonan vuoden välein. Mikä tekee siitä tarkin kellon.

- Yhdisteet

karbonaatti

Ferriitit ja magneetit

Strontiumkarbonaatti (SrCO ₃) reagoi rautaoksidin (Fe ₂ O ₃) kanssa lämpötilassa välillä 1 000 - 1 300 ºC, jolloin muodostuu strontiumferriitti. Tämä perhe ferriitit on yleinen kaava SrFe _x O ₄.

Keraamiset magneetit ovat ferriittejä ja niitä käytetään erilaisissa sovelluksissa. Niistä: kaiuttimien, moottorien valmistus autojen tuulilasinpyyhkimiin ja lasten leluihin.

Strontiumkarbonaattia käytetään myös lasin tuotannossa televisio-näytöille ja näyttöyksiköille.

Lasit

Nestekidenäyttöjen (LCD) lasin ominaisuuksien parantamisen lisäksi sitä käytetään myös keraamisten esineiden lasittamisessa, ja se vahvistaa sen naarmuuntumisen ja kuplankestävyyttä ampumisen aikana.

Sitä käytetään lasin valmistuksessa, jota voidaan käyttää optiikassa, lasitavaroissa ja valaistuksessa. Se on myös osa lasikuitua, laboratorio- ja lääkelasia, koska se lisää kovuutta ja naarmuuntumisenkestävyyttä sekä kirkkautta.

Metallien ja suolojen tuotanto

Sitä käytetään erittäin puhtaan sinkin saamiseen, koska se auttaa poistamaan lyijyä. Se auttaa tuottamaan strontiumkromaattia, yhdistettä, jota käytetään korroosionestoaineena painomaaleissa.

Jätevesi ja fosforoivat lamput

Sitä käytetään jäteveden käsittelyssä sulfaatin poistamiseksi. Lisäksi sitä käytetään ortofosforihapon tuotannossa, jota käytetään loistelamppujen valmistuksessa.

Pyrotekniikka

Strontiumkarbonaattia, kuten muitakin strontiumsuoloja, käytetään ilotulitusvälineissä antamaan sille tummanpunainen väri. Tahra, jota käytetään myös strontiumtestauksessa.

hydroksidi

Sitä käytetään uutettaessa sokeria punajuurista, koska strontiumhydroksidi yhdistyy sokerin kanssa monimutkaisen sakkaridin tuottamiseksi. Kompleksi voidaan erottaa hiilidioksidin vaikutuksesta, jolloin sokeri on vapaa. Sitä käytetään myös muovin stabilointiin.

Oksidi

Sitä on lasissa, jota käytetään televisiokuvaputken valmistuksessa, tämän sovelluksen alkaessa vuodesta 1970. Väritelevisioiden ja muiden katodisäteitä sisältävien laitteiden on käytettävä etulevyssä strontiumia pysähtymään. röntgenkuvat.

Näitä televisioita ei enää käytetä, koska katodiputket on korvattu muilla laitteilla, joten strontiumyhdisteiden käyttöä ei vaadita.

Toisaalta strontiumoksidia käytetään parantamaan keraamisten lasien laatua.

Kloridi

Strontiumkloridia käytetään joissakin hammastahnoissa herkille hampaille ja ilotulitteiden valmistuksessa. Lisäksi sitä käytetään rajoitetulla tavalla ei-toivottujen kaasujen poistamiseksi tyhjiössä olevista astioista.

ranelaatti

Sitä käytetään osteoporoosin hoidossa, koska se lisää luutiheyttä ja vähentää murtumien esiintyvyyttä. Paikallisesti sovellettu se estää aistien ärsytystä. Sen käyttö on kuitenkin vähentynyt, koska on näyttöä siitä, että se lisää sydän- ja verisuonisairauksien esiintyvyyttä.

aluminaatit

Sitä käytetään lisäaineena elektroniikkateollisuudessa. Sitä käytetään myös usein tiettyjen lelujen hehkuttamiseen pimeässä, koska se on kemiallisesti ja biologisesti inertti yhdiste.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Strontium. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Strontium. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
4. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2019). Strontium. PubChem-tietokanta. CID = 5359327. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20. toukokuuta 2013). Tietoja strontiumista. Palautettu sivustolta: livescience.com
6. Dr. Doug Stewart. (2019). Strontium-elementti tosiasiat. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
7. Helmenstine, tohtori Anne Marie (3. heinäkuuta 2019). Strontium tosiasiat (atominumero 38 tai Sr). Palautettu osoitteesta: gondo.com
8. Lenntech BV (2019). Strontium. Palautettu sivustolta: lenntech.com