Stroncijum (Sr) je hemijski element, zemnoalkalni metal 2. grupe periodnog sistema. Koristi se u crvenim signalnim svjetlima i fosforima, predstavlja veliku opasnost po zdravlje zbog radioaktivne kontaminacije.
Historija otkrića
Mineral iz rudnika olova u blizini sela Strontian u Škotskoj. Prvobitno je bio prepoznat kao vrsta barijum karbonata, ali Adair Crawford i William Cruikshank su 1789. godine sugerirali da je to druga supstanca. Hemičar Thomas Charles Hope nazvao je novi mineral strontit po selu, a odgovarajući stroncij oksid SrO, stroncij. Metal je izolovao 1808. Sir Humphry Davy, koji je elektrolizirao mješavinu vlažnog hidroksida ili hlorida sa živinim oksidom koristeći živinu katodu, a zatim ispario živu iz nastalog amalgama. Novi element je nazvao koristeći korijen riječi "stroncijum".
Biti u prirodi
Relativno obilje stroncijuma, trideset osmog elementa periodnog sistema, u svemiru se procjenjuje na 18,9 atoma za svakih 106 atoma silicijuma. Radi se o0,04% mase zemljine kore. Prosječna koncentracija elementa u morskoj vodi je 8 mg/L.
Hemijski element stroncijum je široko rasprostranjen u prirodi i procjenjuje se da je 15. najzastupljenija supstanca na Zemlji, dostižući koncentraciju od 360 dijelova na milion. S obzirom na njegovu ekstremnu reaktivnost, postoji samo u obliku jedinjenja. Njegovi glavni minerali su celestin (sulfat SrSO4) i stroncijanit (karbonat SrCO3). Od toga, celestit se nalazi u dovoljnim količinama za profitabilno rudarenje, od kojih više od 2/3 svjetske ponude dolazi iz Kine, a Španija i Meksiko opskrbljuju većinu ostatka. Međutim, isplativije je kopati stroncijanit, jer se stroncij češće koristi u obliku karbonata, ali postoji relativno malo poznatih nalazišta.
Properties
Stroncijum je mekani metal, sličan olovu, koji sija kao srebro kada se reže. U vazduhu brzo reaguje sa kiseonikom i vlagom prisutnim u atmosferi, dobijajući žućkastu nijansu. Stoga se mora čuvati izolovano od vazdušnih masa. Najčešće se skladišti u kerozinu. Ne javlja se u slobodnom stanju u prirodi. Uz kalcij, stroncij je uključen u samo 2 glavne rude: celestit (SrSO4) i stroncijanit (SrCO3).
U nizu hemijskih elemenata magnezijum-kalcijum-stroncijum (zemnoalkalni metali) Sr je u grupi 2 (bivši 2A) periodnog sistema između Ca i Ba. Osim toga, nalazi se u 5. periodu između rubidija i itrijuma. Budući da je radijus atoma stroncijumasličan radijusu kalcijuma, lako zamjenjuje potonje u mineralima. Ali je mekši i reaktivniji u vodi. U kontaktu stvara hidroksid i vodonik. Poznata su 3 alotropa stroncijuma sa prelaznim tačkama od 235°C i 540°C.
Zemnoalkalni metal generalno ne reaguje sa azotom ispod 380°C i formira samo oksid na sobnoj temperaturi. Međutim, u obliku praha, stroncijum se spontano zapali i formira oksid i nitrid.
Kemijska i fizička svojstva
Karakterizacija hemijskog elementa stroncijuma prema planu:
- Ime, simbol, atomski broj: stroncij, Sr, 38.
- Grupa, tačka, blok: 2, 5, s.
- Atomska masa: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Distribucija elektrona u školjkama: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensity: 2.64g/cm3.
- Tačke topljenja i ključanja: 777 °C, 1382°C.
- Oksidacijsko stanje: 2.
Izotopi
Prirodni stroncijum je mješavina 4 stabilna izotopa: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) i 84Sr (0,56%). Od njih, samo 87Sr je radiogen - nastaje raspadom radioaktivnog izotopa rubidijuma 87Rb sa vremenom poluraspada od 4,88 × 10 10 godina. Vjeruje se da je 87Sr proizveden tokom "primordijalne nukleosinteze" (rana faza Velikog praska) zajedno sa izotopima 84Sr,86 Sr i 88Sr. U zavisnosti odlokacijama, omjer 87Sr i 86Sr može se razlikovati za više od 5 puta. Ovo se koristi za datiranje geoloških uzoraka i za određivanje porijekla skeleta i glinenih artefakata.
Kao rezultat nuklearnih reakcija, dobijeno je oko 16 sintetičkih radioaktivnih izotopa stroncijuma, od kojih je najtrajniji 90Sr (poluživot 28,9 godina). Ovaj izotop, proizveden u nuklearnoj eksploziji, smatra se najopasnijim produktom raspadanja. Zbog svoje hemijske sličnosti s kalcijem, apsorbira se u kosti i zube, gdje nastavlja da izbacuje elektrone, uzrokujući radijacijsko oštećenje, oštećenje koštane srži, ometajući stvaranje novih krvnih stanica i izazivajući rak.
Međutim, pod medicinski kontrolisanim uslovima, stroncijum se koristi za lečenje određenih površinskih maligniteta i raka kostiju. Takođe se koristi u obliku stroncijum fluorida u hemijskim izvorima struje i u radioizotopnim termoelektričnim generatorima, koji pretvaraju toplotu njegovog radioaktivnog raspada u električnu energiju, služeći kao dugotrajni, lagani izvori energije u navigacionim bovama, udaljenim meteorološkim stanicama i svemirskim letelicama.
89Sr se koristi za liječenje raka jer napada koštano tkivo, proizvodi beta zračenje i propada nakon nekoliko mjeseci (poluživot 51 dan).
Kemijski element stroncijum nije neophodan za više oblike života, njegove soli su obično netoksične. Šta čini90Sr opasan, koristi se za povećanje gustine i rasta kostiju.
Veze
Svojstva hemijskog elementa stroncijuma su veoma slična onima kalcijuma. U jedinjenjima, Sr ima ekskluzivno stanje oksidacije +2 kao jon Sr2+. Metal je aktivno redukciono sredstvo i lako reaguje sa halogenima, kiseonikom i sumporom da bi proizveo halogenide, oksid i sulfid.
Jedinjenja stroncijuma imaju prilično ograničenu komercijalnu vrednost, pošto odgovarajuća jedinjenja kalcijuma i barijuma generalno rade isto, ali su jeftinija. Međutim, neki od njih našli su primjenu u industriji. Još uvijek nije odgonetnuto s kojim supstancama postići grimiznu boju u vatrometima i signalnim svjetlima. Trenutno se samo stroncijeve soli kao što su Sr(NO3)2 i Sr(ClO) hlorat koriste za postizanje ove boje.3)2 . Oko 5-10% ukupne proizvodnje ovog hemijskog elementa troši se na pirotehniku. Stroncij hidroksid Sr(OH)2 se ponekad koristi za ekstrakciju šećera iz melase jer formira rastvorljivi saharid iz kojeg se šećer može lako regenerirati djelovanjem ugljičnog dioksida. SrS monosulfid se koristi kao sredstvo za depilaciju i kao sastojak fosfora elektroluminiscentnih uređaja i svjetlećih boja.
Stroncijum feriti čine porodicu jedinjenja sa opštom formulom SrFexOy, dobijenih kao rezultat visoke temperature (1000-1300 °C) reakcija SrCO3 iFe2O3. Koriste se za izradu keramičkih magneta, koji se široko koriste u zvučnicima, motorima za brisače automobila i dječjim igračkama.
Proizvodnja
Najviše mineralizovani celestit SrSO4 se pretvara u karbonat na dva načina: ili direktno izlužen rastvorom natrijum karbonata ili zagrejan sa ugljem da formira sulfid. U drugoj fazi dobiva se tamno obojena tvar, koja uglavnom sadrži stroncij sulfid. Ovaj "crni pepeo" se rastvara u vodi i filtrira. Stroncijev karbonat se taloži iz otopine sulfida uvođenjem ugljičnog dioksida. Sulfat se redukuje u sulfid karbotermalnom redukcijom SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Ćelija se može proizvesti katodnim elektrohemijskim kontaktom, u kojem ohlađena gvozdena šipka, koja služi kao katoda, dodiruje površinu mešavine kalijum i stroncijum hlorida i diže se kada se stroncijum stvrdne na njoj. Reakcije na elektrodama se mogu predstaviti na sljedeći način: Sr2+ + 2e- → Sr (katoda); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anoda).
Metallic Sr se takođe može izvući iz svog oksida aluminijumom. Savitljiv je i duktilan, dobar je provodnik struje, ali se relativno malo koristi. Jedna od njegovih upotreba je kao legirno sredstvo za aluminijum ili magnezijum u livenju blokova cilindara. Stroncijum poboljšava obradivost i otpornost na puzanjemetal. Alternativni način za dobijanje stroncijuma je redukcija njegovog oksida aluminijumom u vakuumu na temperaturi destilacije.
Komercijalna upotreba
Kemijski element stroncijum se široko koristi u staklu katodnih cijevi za TV u boji kako bi se spriječilo prodiranje rendgenskih zraka. Može se koristiti i za boje u spreju. Čini se da je ovo jedan od najvjerovatnijih izvora izloženosti javnosti stroncijumu. Osim toga, element se koristi za proizvodnju feritnih magneta i prečišćavanje cinka.
Stroncijumove soli se koriste u pirotehnici jer boje plamen u crveno kada sagore. A legura stroncijumovih soli sa magnezijumom koristi se kao deo zapaljivih i signalnih mešavina.
Titanat ima izuzetno visok indeks prelamanja i optičku disperziju, što ga čini korisnim u optici. Može se koristiti kao zamjena za dijamante, ali se rijetko koristi u tu svrhu zbog svoje ekstremne mekoće i osjetljivosti na ogrebotine.
Stroncijum aluminat je svetli fosfor sa dugotrajnom fosforescentnom stabilnošću. Oksid se ponekad koristi za poboljšanje kvaliteta keramičkih glazura. Izotop 90Sr je jedan od najboljih dugovječnih visokoenergetskih beta emitera. Koristi se kao izvor energije za radioizotopne termoelektrične generatore (RTG), koji pretvaraju toplotu oslobođenu tokom raspada radioaktivnih elemenata u električnu energiju. Ovi uređaji se koriste usvemirske letjelice, udaljene meteorološke stanice, navigacijske plutače, itd. - gdje je potreban lagani i dugovječni nuklearno-električni izvor energije.
Medicinska upotreba stroncijuma: karakterizacija svojstava, liječenje lijekovima
Izotop 89Sr je aktivni sastojak radioaktivnog lijeka Metastron, koji se koristi za liječenje bolova u kostima uzrokovanih metastatskim karcinomom prostate. Hemijski element stroncij djeluje poput kalcija, uglavnom je uključen u kosti na mjestima sa pojačanom osteogenezom. Ova lokalizacija fokusira efekat zračenja na kancerogenu leziju.
Radioizotop 90Sr se takođe koristi u terapiji raka. Njegovo beta zračenje i dugi poluživot idealni su za površinsku terapiju zračenjem.
Eksperimentalni lijek napravljen kombinacijom stroncijuma sa ranelinskom kiselinom potiče rast kostiju, povećava gustinu kostiju i smanjuje frakture. Stronijev ranelat je registrovan u Evropi kao lijek za osteoporozu.
Stroncijum hlorid se ponekad koristi u pastama za zube za osetljive zube. Njegov sadržaj dostiže 10%.
Mjere opreza
Čisti stroncijum ima visoku hemijsku aktivnost, a u zgnječenom stanju, metal se spontano zapali. Stoga se ovaj hemijski element smatra opasnim od požara.
Uticaj na ljudsko tijelo
Ljudsko tijelo apsorbira stroncij na isti način kao i kalcij. Ovo dvojeElementi su toliko slični hemijski da stabilni oblici Sr ne predstavljaju značajan rizik po zdravlje. Nasuprot tome, radioaktivni izotop 90Sr može dovesti do različitih poremećaja i bolesti kostiju, uključujući rak kostiju. Jedinica za stroncijum se koristi za mjerenje zračenja apsorbovanog 90Sr.
