СТРОНЦИЙ: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, РЕАКЦИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Стронций представляет собой щелочно - земельный металл, химический символ г свежесрезанного белый цвета с серебристым блеском, но при соприкосновении с воздухом окисляется и приобретает желтоватый цвет. По этой причине при хранении его необходимо беречь от кислорода.

Стронций извлекается из его жил в виде минералов целестита или целестина (SrSO ₄ ) и стронцианита (SrCO ₃ ). Однако целестит является основной формой добычи стронция, его месторождения находятся в осадочных почвах и связаны с серой.

Образец металлического стронция в атмосфере аргона. Источник: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Маттиас Зеппер производная работа: Ученый-материаловед

Целестит встречается в виде ромбических кристаллов, обычно он бесцветный, стекловидный и прозрачный. Хотя стронций извлекается таким образом, он должен быть преобразован в соответствующий карбонат, из которого он в конечном итоге восстанавливается.

В 1790 году Адэр Кроуфорд и Уильям Круикшанк определили стронций как новый элемент в минерале из свинцового рудника недалеко от города Стронтион в Аргайлле, Шотландия. Стронций был выделен в 1807 году Хамфри Дэви с помощью электролиза.

Стронций - ковкий, пластичный металл и хороший проводник электричества; но он мало используется в промышленных и коммерческих целях. Одно из его применений - формирование сплавов с алюминием и магнием, улучшающих обработку и текучесть этих металлов.

В периодической таблице стронций находится в группе 2, между кальцием и барием, и было обнаружено, что некоторые из его физических свойств, такие как плотность, температура плавления и твердость, имеют промежуточные значения по сравнению с показанными для кальций и барий.

Стронций встречается в природе в виде четырех стабильных изотопов: ⁸⁸ Sr с содержанием 0,82,6%; ⁸⁶ Sr, с 9,9% избытком; ⁸⁷ Sr, с 7,0% избытком; и ⁸⁴ Sr с содержанием 0,56%.

⁹⁰ Sr - это радиоактивный изотоп, который представляет собой наиболее разрушительный компонент радиоактивных осадков, продукт ядерных взрывов и утечек из ядерных реакторов, поскольку из-за сходства между кальцием и стронцием изотоп включается в кости , вызывающие рак костей и лейкоз.

история

Был изучен минерал из свинцового рудника недалеко от деревни Стронтиан в Аргайл, Шотландия. Первоначально он был идентифицирован как разновидность карбоната бария. Но Адэр Кроуфорд и Уильям Круикшенк в 1789 году отметили, что исследуемое вещество было еще одним предметом обсуждения.

Химик Томас Чарльз Хоуп назвал новый минерал стронтитом, а соответствующая «земля» (оксид стронция, SrO) назвал его стронтией.

В 1790 году Кроуфорд и Круикшенк сожгли исследуемое вещество и обнаружили, что пламя имело малиново-красный цвет, отличный от пламени, наблюдаемого до того времени у известных элементов. Они пришли к выводу, что перед ними новый элемент.

В 1808 году сэр Уильям Хамфри Дэви подвергал электролизу влажную смесь гидроксида или хлорида стронция с оксидом ртути, используя катод из ртути. Затем ртуть из образовавшейся амальгамы испарялась, оставляя стронций свободным.

Дэви назвал изолированный элемент стронцием (стронцием).

Строение и электронная конфигурация стронция

Металлический стронций кристаллизуется при комнатной температуре в гранецентрированной кубической (ГЦК) структуре.

В этой структуре атомы Sr расположены в вершинах и на гранях куба элементарной ячейки. Он относительно более плотный, чем другие структуры (такие как кубическая или ОЦК), так как в общей сложности четыре атома Mr.

Атомы Sr остаются объединенными благодаря металлической связи, продукту перекрытия их атомных валентных орбиталей во всех направлениях внутри кристалла. Эта орбиталь - 5s, которая имеет два электрона в соответствии с электронной конфигурацией:

5с ²

Таким образом, возникает полная 5s-зона и 5p-зона проводимости (зонная теория).

Относительно других металлических фаз библиографической информации не так много, хотя очевидно, что их кристаллы претерпевают превращения, когда они подвергаются высоким давлениям.

Числа окисления

Стронций, как и другие металлы, имеет высокую тенденцию к потере валентных электронов; Это два электрона орбитали 5s. Таким образом, атомы Sr превращаются в двухвалентные катионы Sr ²⁺ (M ²⁺ , как и остальные щелочноземельные металлы), изоэлектронные благородному газу криптону. Тогда говорят, что стронций имеет степень окисления +2.

Когда вместо потери двух электронов он теряет только один, образуется катион Sr ⁺ ; и, следовательно, его степень окисления +1. Sr ⁺ редко встречается в соединениях, полученных из стронция.

свойства

Внешность

Серебристо-белый с металлическим отливом, с легким желтоватым оттенком.

Молярная масса

87,62 г / моль.

Температура плавления

777 ° С.

Точка кипения

1377 ° С.

плотность

-Температура окружающей среды: 2,64 г / см ³

-Жидкость (температура плавления): 2,375 г / см ³

Растворимость

Растворим в спирте и кислотах. Он не растворяется в воде, так как сильно с ней реагирует.

Теплота плавления

7,43 кДж / моль.

Теплота испарения

141 кДж / моль.

Тепловая молярная емкость

26,4 Дж / (моль · К).

Электроотрицательность

0,95 по шкале Полинга.

Энергия ионизации

Первый уровень ионизации: 549,5 кДж / моль.

Второй уровень ионизации: 1064,2 кДж / моль.

Третий уровень ионизации: 4 138 кДж / моль.

Атомное радио

Эмпирический 215 вечера.

Ковалентный радиус

195 ± 22:00.

Термическое расширение

22,5 мкм / (м · К) при 25 ° C.

Теплопроводность

35,4 Вт / (мК).

Удельное электрическое сопротивление

132 нОм · м при 20 ° C.

твердость

1,5 по шкале Мооса.

Пожарный потенциал

Мелкодисперсный стронций самопроизвольно горит на воздухе. Кроме того, он воспламеняется при нагревании выше точки плавления и может быть взрывоопасным при воздействии тепла пламени.

Место хранения

Чтобы избежать окисления стронция, рекомендуется хранить его погруженным в керосин или нафту. Стронций следует хранить в прохладном, хорошо вентилируемом месте, вдали от органических и других легко окисляемых материалов.

Номенклатура

Поскольку степень окисления +1 встречается не так часто, предполагается, что существует только +2 для упрощения номенклатуры соединений стронция. Поэтому в номенклатуре акций символ (II) в конце названия игнорируется; а в традиционной номенклатуре они всегда заканчиваются суффиксом -ico.

Например, SrO представляет собой оксид стронция или оксид олова согласно стандартной и стандартной номенклатуре соответственно.

Формы

Из-за своей высокой реакционной способности металлический стронций не кажется изолированным в природе. Однако его можно найти в элементарном состоянии, защищенном от кислорода, путем погружения в керосин или в атмосферу инертных газов (таких как благородные газы).

Он также образует сплавы с алюминием и магнием, а также агрегат сплава олова и свинца. Стронций находится в ионной форме (Sr ²⁺ ), растворенной в почве или морской воде и т. Д.

Следовательно, говорить о стронции означает относиться к катионам Sr ²⁺ (и, в меньшей степени, Sr ⁺ ).

Он также может взаимодействовать в ионной форме с другими элементами с образованием солей или других химических соединений; такие как хлорид, карбонат, сульфат, сульфид стронция и т. д.

Стронций присутствует в основном в двух минералах: целестите или целестине (SrSO ₄ ) и стронтите (SrCO ₃ ). Целестит является основным источником добычи стронция.

Стронций имеет 4 природных изотопа, из которых один из наиболее распространенных - ⁸⁸ г. Точно так же существует множество радиоактивных изотопов, искусственно производимых в ядерных реакторах.

Биологическая роль

Биологическая роль стронция у позвоночных неизвестна. Благодаря схожести с кальцием может замещать его в костных тканях; то есть Sr ²⁺ вытесняет Ca ²⁺ . Но соотношение стронция и кальция в костях составляет от 1/1000 до 1/2000; то есть крайне низко.

Следовательно, стронций не должен выполнять естественную биологическую функцию в костях.

Стронция ранелат использовался при лечении остеопороза, так как он вызывает затвердение костей; но в любом случае это лечебное действие.

Один из немногих примеров биологической функции стронция встречается у Acantharea, простейших радиолярий, в скелете которых присутствует стронций.

Где найти и производство

Кристалл целестита, минералогический источник стронция. Источник: Арам Дулян (Пользователь: Aramgutang)

Стронций содержится примерно в 0,034% всех магматических пород. Однако только два минерала: целестит или целестин находятся в месторождениях со значительным содержанием стронция.

Из двух важных минералов стронция только целестит содержится в осадочных отложениях в количестве, достаточном для создания установок для извлечения стронция.

Стратионит более полезен, чем целестит, так как большая часть стронция производится в форме карбоната стронция; но вряд ли найдены месторождения, позволяющие вести устойчивую добычу.

Содержание стронция в морской воде колеблется от 82 до 90 мкмоль / л, что намного ниже, чем у кальция, от 9,6 до 11 ммоль / л.

Практически вся добыча ведется на месторождениях целестита, поскольку жилы стронцианита немногочисленны и не очень выгодны для извлечения из них стронция. Несмотря на это, большая часть стронция производится в форме карбоната стронция.

Пиджион метод

Целестит сжигается в присутствии угля для преобразования сульфата стронция в сульфид стронция. На втором этапе темный материал, содержащий сульфид стронция, растворяют в воде и фильтруют.

Затем раствор сульфида стронция обрабатывают диоксидом углерода, чтобы вызвать осаждение карбоната стронция.

Стронций можно выделить одним из вариантов метода Пиджена. Реакция оксида стронция и алюминия происходит в вакууме, где стронций превращается в газ и транспортируется через производственную реторту в конденсаторы, где он осаждается в виде твердого вещества.

электролиз

Стронций можно получить в виде стержней методом контактного катодного электролиза. В этой процедуре охлаждаемый железный стержень, действующий как катод, контактирует с поверхностью расплавленной смеси хлорида калия и хлорида стронция.

Когда стронций затвердевает на катоде (железном стержне), стержень поднимается.

Реакции

С халькогенами и галогенами

Стронций является активным восстановителем и реагирует с галогенами, кислородом и серой с образованием галогенидов, оксидов и серы соответственно. Стронций - металл серебристого цвета, но при контакте с воздухом он окисляется до оксида стронция:

Sr (т) + 1 / 2O ₂ (г) => SrO (т)

Оксид образует темный слой на поверхности металла. В то время как его реакции с хлором и серой следующие:

Sr (т.) + Cl ₂ (г) => SrCl ₂ (т)

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

Стронций реагирует с расплавленной серой.

С воздухом

Он может соединяться с кислородом с образованием пероксида стронция; но для его образования требуется высокое давление кислорода. Он также может реагировать с азотом с образованием нитрида стронция:

3Sr (т) + N ₂ (г) => Sr ₃ N ₂ (т)

Однако для протекания реакции температура должна быть выше 380 ° C.

С водой

Стронций может бурно реагировать с водой с образованием гидроксида стронция, Sr (OH) ₂ и газообразного водорода. Взаимодействие между стронцием и водой не имеет того насилия, которое наблюдается при реакции между щелочными металлами и водой, а также наблюдаемого в случае бария.

С кислотами и водородом

Стронций может реагировать с серной и азотной кислотами с образованием сульфата и нитрата стронция соответственно. Он также соединяется в горячем состоянии с водородом с образованием гидрида стронция.

Стронций, как и другие тяжелые элементы в s-блоке периодической таблицы, имеет широкий диапазон координационных чисел; такие как 2, 3, 4, 22 и 24, наблюдаемые, например, в таких соединениях, как SrCd ₁₁ и SrZn ₁₃ .

Приложения

- Элементный стронций

сплавы

Он используется как модификатор эвтектики для повышения прочности и пластичности сплава Al-Ag. Он используется в качестве модификатора в литейном производстве высокопрочного чугуна для контроля образования графита. Его также добавляют в сплавы олова и свинца для повышения прочности и пластичности.

Кроме того, он используется как раскислитель меди и бронзы. Небольшое количество стронция добавляется в расплавленный алюминий для оптимизации плавкости металла, что делает его более подходящим для изготовления предметов, которые традиционно делаются из стали.

Это легирующий агент для алюминия или магния, который используется при литье блоков цилиндров и колес. Стронций улучшает обработку и текучесть металла, с которым он легирован.

Изотопы

Несмотря на повреждающее действие, ⁹⁰ Sr используется в качестве термоэлектрического генератора, использующего тепловую энергию своего излучения для производства электричества длительного пользования, и применяется в космических аппаратах, удаленных исследовательских станциях и навигационных буях.

⁸⁹ Sr был использован при лечении рака костей, с использованием радиоактивного испускания беты типа для уничтожения опухолевых клеток.

Атом стронция был использован для создания системы измерения времени, которая отстает на одну секунду каждые 200 миллионов лет. Что делает его самыми точными часами.

- Соединения

Карбонат

Ферриты и магниты

Карбонат стронция (SrCO ₃ ) реагирует с оксидом железа (Fe ₂ O ₃ ) при температуре от 1000 до 1300 ºC с образованием феррита стронция. Это семейство ферритов имеет общую формулу SrFe _x O ₄ .

Керамические магниты изготовлены из ферритов и используются в различных приложениях. Среди них: производство динамиков, моторов для автомобильных дворников и детских игрушек.

Карбонат стронция также используется в производстве стекла для телевизионных экранов и дисплеев.

Очки

Помимо улучшения свойств стекла для жидкокристаллических дисплеев (ЖКД), оно также используется для остекления керамической посуды, повышая ее устойчивость к царапинам и образованию пузырей во время обжига.

Он используется в производстве стекла, используемого в оптике, стеклянной посуде и освещении. Он также входит в состав стекловолокна, лабораторных и фармацевтических очков, так как увеличивает твердость и устойчивость к царапинам, а также увеличивает его яркость.

Производство металлов и солей

Он используется для получения цинка высокой чистоты, так как способствует удалению примеси свинца. Он помогает в производстве хромата стронция, соединения, которое используется в качестве ингибитора коррозии в печатных красках.

Сточные воды и люминесцентные лампы

Он используется при очистке сточных вод от сульфатов. Кроме того, он используется в производстве ортофосфорной кислоты, применяемой при производстве люминесцентных ламп.

Пиротехника

Карбонат стронция, как и другие соли стронция, используется в фейерверках для придания ему малиново-красного цвета. Пятно, которое также используется при тестировании на стронций.

гидроокись

Он используется при экстракции сахара из свеклы, поскольку гидроксид стронция соединяется с сахаром с образованием сложного сахарида. Комплекс может диссоциировать под действием диоксида углерода, оставляя сахар свободным. Он также используется для стабилизации пластика.

Окись

Он присутствует в стекле, используемом при производстве телевизионных кинескопов, начиная с 1970 года. Цветные телевизоры, а также другие устройства, которые содержат катодные лучи, должны использовать стронций в передней панели для остановки рентгеновские лучи.

Эти телевизоры больше не используются, поскольку катодные лампы были заменены другими устройствами, и поэтому использование соединений стронция не требуется.

С другой стороны, оксид стронция используется для улучшения качества керамической глазури.

Хлористый

Хлорид стронция используется в некоторых зубных пастах для чувствительных зубов и при производстве фейерверков. Кроме того, он ограниченно используется для удаления нежелательных газов из сосудов, находящихся под вакуумом.

ранелат

Он используется при лечении остеопороза, так как увеличивает плотность костной ткани и снижает частоту переломов. При местном применении подавляет сенсорное раздражение. Однако его использование уменьшилось из-за доказательств того, что он увеличивает частоту сердечно-сосудистых заболеваний.

алюминат

Он используется как легирующая добавка в электронной промышленности. Его также часто используют для того, чтобы некоторые игрушки светились в темноте, поскольку это химически и биологически инертное соединение.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Wikipedia. (2019). Стронций. Получено с: en.wikipedia.org
3. Тимоти П. Хануса. (2019). Стронций. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
4. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Стронций. База данных PubChem. CID = 5359327. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Трэйси Педерсен. (20 мая 2013 г.). Факты о стронции. Получено с: livescience.com
6. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факты об элементе стронция. Получено с: chemicool.com
7. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (03 июля 2019 г.). Факты о стронция (атомный номер 38 или Sr). Получено с: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Стронций. Получено с: lenntech.com