СТРОНЦІЙ: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, РЕАКЦІЇ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Стронцій є лужно - земельну метал, хімічний символ г свіжозрізаної білий кольору з сріблястим блиском, але при зіткненні з повітрям окислюється і набуває жовтуватий колір. З цієї причини під час зберігання він повинен бути захищений від кисню.

Стронцій видобувається з його жил у вигляді мінералів селестит або селестин (SrSO ₄ ) і стронціаніт (SrCO ₃ ). Однак целестит є основною формою, в якій відбувається видобуток стронцію, його родовища знаходяться в осадових ґрунтах і в поєднанні з сіркою.

Зразок металевого стронцію, захищений атмосферою аргону. Джерело: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivative work: Матеріалист

Целестит зустрічається у вигляді ромбічних кристалів, він зазвичай безбарвний, склоподібний і прозорий. Хоча стронцій видобувається таким чином, він повинен бути перетворений у відповідний карбонат, з якого він остаточно відновлюється.

У 1790 р. Стронцій був визначений як новий елемент Адаіром Крофордом та Вільямом Крейкшанком у мінералі зі свинцевої шахти поблизу міста Стронтіон в Аргіллі, Шотландія. Стронцій був виділений у 1807 р. Гумфрі Деві за допомогою електролізу.

Стронцій - це ковкий, пластичний метал і хороший провідник електрики; але воно мало промислове та комерційне використання. Одне з його застосувань - це утворення сплавів з алюмінієм і магнієм, поліпшення керованості та текучості цих металів.

У періодичній таблиці стронцій розташований у групі 2, між кальцієм та барієм, виявивши, що деякі його фізичні властивості, такі як щільність, температура плавлення та твердість, мають проміжні значення стосовно тих, які показані для кальцій і барій.

Стронцій зустрічається в природі у вигляді чотирьох стійких ізотопів: ⁸⁸ Ср із достатністю .82,6%; ⁸⁶ Sr, з 9,9% надлишком; ⁸⁷ Sr, з 7,0% надлишком; і ⁸⁴ Sr, з достатністю 0,56%.

⁹⁰ Sr - радіоактивний ізотоп, який є найбільш згубним компонентом радіоактивного випадання, продуктом ядерних вибухів та витоків з ядерних реакторів, оскільки через подібність між кальцієм та стронціюм ізотоп вбудовується в кістки , виробляючи рак кісток і лейкемію.

Історія

Вивчений мінерал із свинцевої шахти поблизу села Стронціан в Аргайл, Шотландія. Спочатку він був ідентифікований як тип карбонату барію. Але в 1789 році Адаїр Крофорд і Вільям Крікшанк відзначили, що вивчена речовина була іншою.

Хімік Томас Чарльз Хоуп назвав новий мінеральний стронтит, а відповідна «земля» (оксид стронцію, SrO) назвала його стронцією.

У 1790 р. Крауфорд і Крікшанк спалили досліджувану речовину і помітили, що полум'я малиново-червоного кольору, відмінне від полум'я, яке спостерігалося до цього часу у відомих елементах. Вони зробили висновок, що вони стоять перед новою стихією.

У 1808 році сер Вільям Хамфрі Деві піддав електролізу мокру суміш гідроксиду або хлориду стронцію з оксидом ртуті, використовуючи катод ртуті. Потім ртуть з утвореної амальгами випаровувалася, залишаючи стронцій вільним.

Деві назвав ізольований елемент стронцій (стронцій).

Будова та конфігурація електронів стронцію

Металічний стронцій кристалізується при кімнатній температурі в кубічну (FCC) структуру, орієнтовану на обличчя.

У цій структурі атоми Sr розташовані у вершинах та на гранях куба одиничної комірки. Він відносно більш щільний, ніж інші структури (наприклад, кубічні або ОЦК), має загалом чотири атоми Mr.

Атоми Sr залишаються об'єднаними завдяки металевому зв’язку, продукту перекриття їх атомних валентних орбіталей у всіх напрямках кристала. Ця орбіталь - це 5s, який має два електрони відповідно до електронної конфігурації:

5s ²

Таким чином, виникають повний діапазон 5с і діапазон провідності 5p (теорія смуг).

Щодо інших металевих фаз, то бібліографічної інформації не так багато, хоча певно, що їх кристали зазнають перетворень, коли вони зазнають високого тиску.

Окислювальні числа

Стронцій, як і інші метали, має високу тенденцію до втрати валентних електронів; Це два електрона орбіталі 5s. Таким чином, атоми Sr перетворюються на двовалентні катіони Sr ²⁺ (М ²⁺ , як і решта лужноземельних металів), ізоелектронні в криптон благородного газу. Тоді кажуть, що стронцій має окислювальне число +2.

Коли замість втрати двох електронів він втрачає лише один, утворюється катіон Sr ⁺ ; і тому його окислювальне число дорівнює +1. Sr ⁺ є рідкістю у сполуках, похідних зі стронцію.

Властивості

Зовнішній вигляд

Сріблясто-білий з металевим відливом, з легким жовтим відтінком.

Молярна маса

87,62 г / моль.

Точка плавлення

777 ° C.

Точка кипіння

1,377 ° C.

Щільність

-Температура навколишнього середовища: 2,64 г / см ³

-Рідкий стан (температура плавлення): 2,375 г / см ³

Розчинність

Розчинний у спирті та кислотах. Він не розчинний у воді, оскільки сильно з ним реагує.

Тепло синтезу

7,43 кДж / моль.

Тепло випаровування

141 кДж / моль.

Теплова молярна здатність

26,4 Дж / (моль · К).

Електронегативність

0,95 за шкалою Полінга.

Енергія іонізації

Перший рівень іонізації: 549,5 кДж / моль.

Другий рівень іонізації: 1,064,2 кДж / моль.

Третій рівень іонізації: 4138 кДж / моль.

Атомне радіо

Емпіричний 215 вечора.

Ковалентний радіус

195 ± 10 вечора.

Теплове розширення

22,5 мкм / (м · К) при 25 ° С.

Теплопровідність

35,4 Вт / (мК).

Електричний опір

132 нОм · м при 20 ° С.

Твердість

1,5 за шкалою Мооса.

Пожежний потенціал

Стронцій при дрібному поділі спонтанно горить на повітрі. Крім того, він запалюється при нагріванні над температурою плавлення і може бути небезпечним вибухом при впливі тепла полум'я.

Зберігання

Щоб уникнути окислення стронцію, рекомендується зберігати його зануреним в гас або нафту. Зберігати стронцій слід в прохолодному, добре провітрюваному місці, подалі від органічних та інших легко окислюваних матеріалів.

Номенклатура

Оскільки окиснення номер +1 не так часто, передбачається, що існує лише +2 для спрощення номенклатури навколо сполук стронцію. Ось чому в фондовій номенклатурі (II) в кінці назв ігнорується; а в традиційній номенклатурі вони завжди закінчуються суфіксом -ico.

Наприклад, SrO - це оксид стронцію або оксид олова відповідно до запасів та традиційних номенклатур відповідно.

Форми

Завдяки великій реакційній здатності металевий стронцій не виявляється ізольованим у природі. Однак його можна знайти в його стихійному стані, захищеному від кисню, зануренням в гас або в атмосферу інертних газів (таких як благородні гази).

Також виявлено формування сплавів з алюмінієм і магнієм, а також агрегат до сплаву олова та свинцю. Стронцій знаходиться в іонній формі (Sr ²⁺ ), розчиненій у ґрунті чи морській воді тощо.

Тому говорити про стронцій - це посилатися на катіони Sr ²⁺ (і в меншій мірі, Sr ⁺ ).

Він також може взаємодіяти в іонній формі з іншими елементами, утворюючи солі або інші хімічні сполуки; таких як хлорид стронцію, карбонат, сульфат, сульфід тощо.

Стронцій присутній головним чином у двох мінералах: селеститі чи селестині (SrSO ₄ ) та стронтиті (SrCO ₃ ). Целестит є основним джерелом видобутку стронцію.

У стронцію є 4 природних ізотопи, з яких у великій кількості - ⁸⁸ р. Так само є численні радіоактивні ізотопи, штучно вироблені в ядерних реакторах.

Біологічна роль

Не існує відомої біологічної ролі стронцію у хребетних. Через схожість з кальцієм він може замінити його в кісткових тканинах; тобто Sr ²⁺ витісняє Са ²⁺ . Але співвідношення, виявлене в кістці між стронцію і кальцію, становить від 1/1000 до 1/2000; тобто надзвичайно низький.

Тому стронцій не повинен виконувати природну біологічну функцію в кістках.

Ранелат стронцію застосовується при лікуванні остеопорозу, оскільки він спричиняє затвердіння кісток; але в будь-якому випадку це терапевтична дія.

Один з небагатьох прикладів біологічної функції стронцію зустрічається в Акантереї, радіолярійному найпростішому, який має скелет з наявністю стронцію.

Де знайти і виробництво

Кристал целестіту, мінералогічне джерело стронцію. Джерело: Арам Дулян (Користувач: Aramgutang)

Стронцій міститься приблизно в 0,034% всіх магматичних порід. Однак у родовищах зі значним вмістом стронцію містяться лише два корисні копалини: селестит або селестин.

З двох важливих мінералів стронцію лише селестит міститься в достатній кількості в осадових відкладах, що дозволяє створити засоби для видобутку стронцію.

Стратоїт корисніший, ніж селестит, оскільки більша частина стронцію виробляється у вигляді карбонату стронцію; але навряд чи знайдені родовища, що дозволяють забезпечити сталий видобуток.

Вміст стронцію в морській воді становить від 82 до 90 мкмоль / л, значно нижча концентрація, ніж у кальцію, між 9,6 і 11 ммоль / л.

Майже весь видобуток базується на родовищах селестіту, оскільки стронціанітові вени обмежені і не дуже вигідні для видобутку з них стронцію. Незважаючи на це, більшість стронцію виробляється у вигляді карбонату стронцію.

Метод Піджона

Целестит спалюють у присутності вугілля для перетворення сульфату стронцію в сульфід стронцію. На другій стадії темний матеріал, що містить сульфід стронцію, розчиняють у воді і фільтрують.

Потім розчин сульфіду стронцію обробляють діоксидом вуглецю для отримання осаду карбонату стронцію.

Стронцій можна виділити варіантом методу Підждона. Реакція оксиду стронцію та алюмінію відбувається у вакуумі, де стронцій перетворюється на газ та транспортується через виробничий реторт до конденсаторів, де він осаджується у вигляді твердого речовини.

Електроліз

Стронцій можна отримати у вигляді стрижнів методом контактного катодного електролізу. У цій процедурі охолоджений залізний стрижень, що виступає катодом, контактує з поверхнею розплавленої суміші хлориду калію та хлориду стронцію.

По мірі затвердіння стронцію на катоді (залізному стрижні) стрижень піднімається.

Реакції

З халькогенами та галогенами

Стронцій є активним відновлювальним металом і реагує з галогенами, киснем та сіркою, утворюючи відповідно галогеніди, оксиди та сірку. Стронцій є металом сріблястого кольору, але він окислюється до оксиду стронцію при впливі повітря:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Оксид утворює темний шар на поверхні металу. Тоді як реакція з хлором та сіркою є наступною:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Стронцій реагує з розплавленою сіркою.

З повітрям

Він може поєднуватися з киснем, утворюючи перекис стронцію; але для його утворення потрібен високий тиск кисню. Він також може реагувати з азотом з утворенням нітриду стронцію:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Однак температура повинна бути вище 380 ° C, щоб відбулася реакція.

З водою

Стронцій може бурхливо реагувати з водою, утворюючи гідроксид стронцію, Sr (OH) ₂ та газ водню. Реакція стронцію та води не має насильства, що спостерігається в реакції між лужними металами та водою, як і того, що спостерігається у випадку з барієм.

З кислотами та воднем

Стронцій може реагувати з сірчаною та азотною кислотами з утворенням відповідно сульфату стронцію та нітрату. Він також поєднує гаряче з воднем, утворюючи гідрид стронцію.

Стронцій, як і інші важкі елементи в s блоку періодичної таблиці, має широкий діапазон координаційних чисел; такі як 2, 3, 4, 22 і 24, наприклад, такі сполуки, як SrCd ₁₁ і SrZn ₁₃ .

Програми

- Елементальний стронцій

Сплави

Він використовується як евтектичний модифікатор для підвищення міцності та пластичності сплаву Al-Ag. Застосовується як інокулянт у ливарному пластильному залізі для контролю утворення графіту. Він також додається в сплав олова та свинцю для додання в'язкості та пластичності.

Крім того, його використовують як розкислювач для міді та бронзи. Невелика кількість стронцію додається в розплавлений алюміній для оптимізації плавимості металу, що робить його більш придатним для виготовлення предметів, які традиційно виготовляються зі сталі.

Це легуючий агент для алюмінію або магнію, який використовується при литті блоків двигунів і коліс. Стронцій покращує керованість і плинність металу, до якого він сплавлений.

Ізотопи

Незважаючи на свою згубну дію, ⁹⁰ Sr використовується як термоелектричний генератор, використовуючи теплову енергію свого випромінювання для отримання довготривалої електроенергії, із застосуванням у космічних апаратах, віддалених дослідних станціях та навігаційних буях.

⁸⁹ Sr був використаний при лікуванні раку кісток, з використанням радіоактивного випромінювання бети типу для знищення пухлинних клітин.

Атом стронцію був використаний для створення системи вимірювання часу, яка ледве відстає на секунду кожні 200 мільйонів років. Що робить його найбільш точним годинником.

- Сполуки

Карбонат

Феррити та магніти

Карбонат стронцію (SrCO ₃ ) вступає в реакцію з оксидом заліза (Fe ₂ O ₃ ) при температурі від 1000 до 1300 ° C, утворюючи ферит стронцію. Це сімейство феритів має загальну формулу SrFe _x O ₄ .

Керамічні магніти виготовляються з феритів і використовуються в різних сферах застосування. Серед них: виробництво колонок, моторів для автомобільних склоочисників та іграшок для дітей.

Карбонат стронцію також використовується у виробництві скла для телевізійних екранів та дисплеїв.

Окуляри

Окрім поліпшення властивості скла для рідкокристалічних дисплеїв (РКД), його також використовують у склінні керамічному посуді, підсилюючи його стійкість до подряпин та утворення бульбашок під час випалу.

Його використовують у виробництві скла, використовуваного в оптиці, скляному посуді та освітленні. Він також входить до складу склопластику та лабораторних та фармацевтичних окулярів, оскільки підвищує твердість та стійкість до подряпин, а також його яскравість.

Виробництво металів і солей

Його використовують для отримання цинку високої чистоти, оскільки він сприяє виведенню домішок свинцю. Він допомагає у виробництві хромату стронцію - сполуки, яка використовується як інгібітор корозії в друкарських фарбах.

Стічні води та фосфоресцентні лампи

Застосовується при очищенні стічних вод для видалення сульфату. Крім того, його використовують у виробництві ортофосфорної кислоти, застосовують у виробництві люмінесцентних ламп.

Піротехніка

Карбонат стронцію, як і інші солі стронцію, використовується у феєрверках для додання йому малиново-червоного кольору. Пляма, яка також використовується при тестуванні на стронцій.

Гідроксид

Його використовують при видобутку цукру з буряка, оскільки гідроксид стронцію поєднується з цукром для отримання складного сахариду. Комплекс може бути дисоційований дією вуглекислого газу, залишаючи цукор вільним. Його також використовують для стабілізації пластику.

Оксид

Він присутній у склі, використовуваному для виготовлення телевізійної трубки для малюнків, починаючи з цієї програми в 1970 році. Кольорові телевізори, а також інші пристрої, що містять катодні промені, для зупинки вимагають використання стронцію на передній пластині Рентген.

Ці телевізори більше не використовуються, оскільки катодні трубки були замінені іншими пристроями, а тому використання сполук стронцію не потрібно.

З іншого боку, оксид стронцію використовується для поліпшення якості керамічної глазурі.

Хлорид

Хлорид стронцію використовується в деяких зубних пастах для чутливих зубів і при виготовленні феєрверків. Крім того, він використовується обмеженим чином для видалення небажаних газів у посудинах, підданих вакууму.

Ранелюйте

Застосовується при лікуванні остеопорозу, оскільки збільшує щільність кісток і зменшує частоту переломів. Застосовується місцево, він пригнічує чутливі роздратування. Однак його використання зменшилось через докази того, що він збільшує частоту серцево-судинних захворювань.

Окинути

Застосовується як добавка в електронній промисловості. Його також часто використовують для того, щоб певні іграшки світилися в темряві, оскільки це хімічно і біологічно інертна сполука.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Вікіпедія. (2019). Стронцій. Відновлено з: en.wikipedia.org
3. Тимофій П. Гануса. (2019). Стронцій. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
4. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Стронцій. PubChem База даних. CID = 5359327. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Трачі Педерсен. (20 травня 2013 р.). Факти про стронцій. Відновлено з сайту: lifecience.com
6. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факти елемента стронцію. Відновлено з: chemicool.com
7. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (03 липня 2019 р.). Факти стронцію (атомне число 38 або Sr). Відновлено з: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Стронцій. Відновлено з: lenntech.com