Stront (Sr) jest pierwiastkiem chemicznym, metalem ziem alkalicznych drugiej grupy układu okresowego. Stosowany w czerwonych światłach sygnalizacyjnych i luminoforach, stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia w przypadku skażenia radioaktywnego.
Historia odkryć
Minerał z kopalni ołowiu w pobliżu wsi Strontian w Szkocji. Pierwotnie był rozpoznawany jako odmiana węglanu baru, ale Adair Crawford i William Cruikshank zasugerowali w 1789 roku, że jest to inna substancja. Chemik Thomas Charles Hope nazwał nowy minerał strontytem po wsi, a odpowiadający mu tlenek strontu SrO, strontem. Metal został wyizolowany w 1808 roku przez Sir Humphry'ego Davy'ego, który poddał elektrolizie mieszaninę mokrego wodorotlenku lub chlorku z tlenkiem rtęci przy użyciu katody rtęciowej, a następnie odparował rtęć z powstałego amalgamatu. Nazwał nowy element, używając rdzenia słowa „stront”.
Przebywanie na łonie natury
Względną ilość strontu, trzydziestego ósmego pierwiastka układu okresowego, w przestrzeni szacuje się na 18,9 atomów na każde 106 atomów krzemu. To jest o0,04% masy skorupy ziemskiej. Średnie stężenie pierwiastka w wodzie morskiej wynosi 8 mg/L.
Pierwiastek chemiczny stront jest powszechnie spotykany w przyrodzie i szacuje się, że jest 15. najpowszechniej występującą substancją na Ziemi, osiągając stężenie 360 części na milion. Ze względu na swoją ekstremalną reaktywność istnieje tylko w postaci związków. Jego główne minerały to celestyn (siarczan SrSO4) i strontianit (węglan SrCO3). Spośród nich celestyt występuje w ilościach wystarczających do opłacalnego wydobycia, którego ponad 2/3 światowej podaży pochodzi z Chin, a większość pozostałych dostarcza Hiszpania i Meksyk. Jednak bardziej opłacalne jest wydobywanie strontianitu, ponieważ stront jest częściej używany w formie węglanowej, ale znanych złóż jest stosunkowo niewiele.
Właściwości
Stront to miękki metal, podobny do ołowiu, który po cięciu błyszczy jak srebro. W powietrzu szybko reaguje z tlenem i wilgocią z atmosfery, nabierając żółtawego odcienia. Dlatego musi być przechowywany w izolacji od mas powietrza. Najczęściej przechowywany jest w nafcie. Nie występuje w naturze w stanie wolnym. Wraz z wapniem stront jest zawarty tylko w 2 głównych rudach: celestycie (SrSO4) i strontianicie (SrCO3).
W szeregu pierwiastków chemicznych magnez-wapń-stront (metale ziem alkalicznych) Sr znajduje się w grupie 2 (dawniej 2A) układu okresowego między Ca i Ba. Ponadto znajduje się w piątym okresie między rubidem a itrem. Ponieważ promień atomowy strontupodobny do promienia wapnia, z łatwością zastępuje ten ostatni w minerałach. Ale jest bardziej miękki i bardziej reaktywny w wodzie. W kontakcie tworzy wodorotlenek i wodór. Znane są 3 alotropy strontu o temperaturach przejścia 235°C i 540°C.
Metal ziem alkalicznych na ogół nie reaguje z azotem poniżej 380°C i tworzy tylko tlenek w temperaturze pokojowej. Jednak w postaci proszku stront spontanicznie zapala się, tworząc tlenek i azotek.
Właściwości chemiczne i fizyczne
Charakterystyka pierwiastka chemicznego strontu zgodnie z planem:
- Nazwa, symbol, liczba atomowa: stront, Sr, 38.
- Grupa, kropka, blok: 2, 5, s.
- Masa atomowa: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Rozkład elektronów w powłokach: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gęstość: 2.64g/cm3.
- Temperatury topnienia i wrzenia: 777 °C, 1382°C.
- Stan utlenienia: 2.
Izotopy
Naturalny stront jest mieszaniną 4 stabilnych izotopów: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) i 84Sr (0,56%). Spośród nich tylko 87Sr jest radiogeniczny - powstaje w wyniku rozpadu radioaktywnego izotopu rubidu 87Rb z okresem półtrwania 4,88 × 10 10 lat. Uważa się, że 87Sr został wytworzony podczas „pierwotnej nukleosyntezy” (wczesny etap Wielkiego Wybuchu) wraz z izotopami 84Sr,86 Sr i 88Sr. W zależności odlokalizacji, stosunek 87Sr i 86Sr może różnić się więcej niż 5 razy. Jest to wykorzystywane do datowania próbek geologicznych oraz do określania pochodzenia szkieletów i artefaktów z gliny.
W wyniku reakcji jądrowych uzyskano około 16 syntetycznych radioaktywnych izotopów strontu, z których najbardziej trwałym jest 90Sr (okres półtrwania 28,9 lat). Ten izotop, powstały w wybuchu jądrowym, jest uważany za najniebezpieczniejszy produkt rozpadu. Ze względu na swoje podobieństwo chemiczne do wapnia, jest wchłaniany przez kości i zęby, gdzie nadal wydala elektrony, powodując uszkodzenia popromienne, uszkodzenia szpiku kostnego, zaburzając tworzenie nowych krwinek i powodując raka.
Jednak w medycznie kontrolowanych warunkach stront jest stosowany w leczeniu niektórych powierzchownych nowotworów złośliwych i nowotworów kości. Jest również stosowany w postaci fluorku strontu w chemicznych źródłach prądu oraz w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych, które przekształcają ciepło jego rozpadu promieniotwórczego w energię elektryczną, służąc jako długowieczne, lekkie źródła energii w bojach nawigacyjnych, oddalonych stacjach pogodowych i statkach kosmicznych.
89Sr jest stosowany w leczeniu raka, ponieważ atakuje tkankę kostną, wytwarza promieniowanie beta i rozpada się po kilku miesiącach (okres półtrwania 51 dni).
Pierwiastek chemiczny stront nie jest niezbędny dla wyższych form życia, jego sole są zwykle nietoksyczne. Co sprawia, że90Sr niebezpieczny, stosowany w celu zwiększenia gęstości kości i wzrostu.
Połączenia
Właściwości pierwiastka chemicznego stront są bardzo podobne do właściwości wapnia. W związkach Sr ma wyłączny stopień utlenienia +2 jako jon Sr2+. Metal jest aktywnym środkiem redukującym i łatwo reaguje z halogenami, tlenem i siarką, tworząc halogenki, tlenek i siarczek.
Związki strontu mają raczej ograniczoną wartość handlową, ponieważ odpowiadające im związki wapnia i baru generalnie robią to samo, ale są tańsze. Jednak niektóre z nich znalazły zastosowanie w przemyśle. Nie ustalono jeszcze, za pomocą jakich substancji uzyskać szkarłatny kolor fajerwerków i świateł sygnalizacyjnych. Obecnie do uzyskania tego koloru stosuje się tylko sole strontu, takie jak Sr(NO3)2 i Sr(ClO). 3)2 . Około 5-10% całkowitej produkcji tego pierwiastka chemicznego zużywa pirotechnika. Wodorotlenek strontu Sr(OH)2 jest czasem używany do ekstrakcji cukru z melasy, ponieważ tworzy rozpuszczalny sacharyd, z którego cukier może być łatwo zregenerowany przez działanie dwutlenku węgla. Monosiarczek SrS jest stosowany jako środek do depilacji oraz składnik luminoforów urządzeń elektroluminescencyjnych i farb świecących.
Ferryty strontu tworzą rodzinę związków o ogólnym wzorze SrFexOy, otrzymywanych w wyniku działania wysokiej temperatury (1000-1300 °C) reakcja SrCO3 iFe2O3. Służą do produkcji magnesów ceramicznych, które są szeroko stosowane w głośnikach, silnikach wycieraczek samochodowych i zabawkach dla dzieci.
Produkcja
Najbardziej zmineralizowany celestyt SrSO4 jest przekształcany w węglan na dwa sposoby: bezpośrednio ługowany roztworem węglanu sodu lub ogrzewany węglem z wytworzeniem siarczku. W drugim etapie otrzymuje się substancję o ciemnej barwie, zawierającą głównie siarczek strontu. Ten „czarny popiół” rozpuszcza się w wodzie i jest filtrowany. Węglan strontu wytrąca się z roztworu siarczku przez wprowadzenie dwutlenku węgla. Siarczan jest redukowany do siarczku przez redukcję karbotermiczną SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Ogniwo może być wytwarzane przez katodowy kontakt elektrochemiczny, w którym schłodzony pręt żelazny, działając jako katoda, dotyka powierzchni mieszaniny chlorków potasu i strontu i unosi się, gdy stront zestala się na nim. Reakcje na elektrodach można przedstawić w następujący sposób: Sr2+ + 2e- → Sr (katoda); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anoda).
Metaliczny Sr można również odzyskać z jego tlenku za pomocą aluminium. Jest ciągliwy i ciągliwy, jest dobrym przewodnikiem elektryczności, ale jest stosunkowo mało używany. Jednym z jego zastosowań jest jako środek stopowy do aluminium lub magnezu w odlewaniu bloków cylindrów. Stront poprawia skrawalność i odporność na pełzaniemetal. Alternatywnym sposobem uzyskania strontu jest redukcja jego tlenku glinem w próżni w temperaturze destylacji.
Użytek komercyjny
Pierwiastek chemiczny stront jest szeroko stosowany w szkle kolorowych lamp kineskopowych do telewizorów, aby zapobiec przenikaniu promieniowania rentgenowskiego. Może być również stosowany w farbach w sprayu. Wydaje się, że jest to jedno z najbardziej prawdopodobnych źródeł narażenia społeczeństwa na stront. Ponadto element jest używany do produkcji magnesów ferrytowych i rafinacji cynku.
Sole strontu są używane w pirotechnice, ponieważ po spaleniu zabarwiają płomień na czerwono. A stop soli strontu z magnezem jest używany jako składnik mieszanin zapalających i sygnałowych.
Titanate ma wyjątkowo wysoki współczynnik załamania światła i dyspersję optyczną, dzięki czemu jest przydatny w optyce. Może być używany jako zamiennik diamentów, ale jest rzadko używany do tego celu ze względu na jego wyjątkową miękkość i podatność na zarysowania.
Glinian strontu to jasny luminofor o długotrwałej stabilności fosforescencji. Tlenek jest czasem używany do poprawy jakości szkliw ceramicznych. Izotop 90Sr jest jednym z najlepszych długożyciowych wysokoenergetycznych emiterów beta. Wykorzystywany jest jako źródło zasilania radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (RTG), które zamieniają ciepło uwalniane podczas rozpadu pierwiastków promieniotwórczych na energię elektryczną. Te urządzenia są używane wstatki kosmiczne, zdalne stacje pogodowe, boje nawigacyjne itp. – tam, gdzie wymagane jest lekkie i długowieczne źródło energii jądrowej i elektrycznej.
Zastosowanie medyczne strontu: charakterystyka właściwości, leczenie lekami
Isotope 89Sr jest aktywnym składnikiem radioaktywnego leku Metastron, stosowanego w leczeniu bólu kości spowodowanego przerzutowym rakiem prostaty. Pierwiastek chemiczny stront działa jak wapń, zawarty jest głównie w kościach w miejscach o wzmożonej osteogenezie. Ta lokalizacja skupia wpływ promieniowania na zmianę nowotworową.
Radioizotop 90Sr jest również używany w terapii przeciwnowotworowej. Jego promieniowanie beta i długi okres półtrwania są idealne do radioterapii powierzchniowej.
Eksperymentalny lek stworzony przez połączenie strontu z kwasem ranelowym wspomaga wzrost kości, zwiększa gęstość kości i zmniejsza złamania. Ranelinian stronium jest zarejestrowany w Europie jako lek na osteoporozę.
Chlorek strontu jest czasami używany w pastach do zębów wrażliwych. Jego zawartość sięga 10%.
Środki ostrożności
Czysty stront ma wysoką aktywność chemiczną, a po zmiażdżeniu metal samoczynnie się zapala. Dlatego ten pierwiastek chemiczny jest uważany za zagrożenie pożarowe.
Wpływ na ludzkie ciało
Organizm ludzki wchłania stront w taki sam sposób jak wapń. Tych dwóchPierwiastki są tak podobne chemicznie, że stabilne formy Sr nie stanowią istotnego zagrożenia dla zdrowia. W przeciwieństwie do tego radioaktywny izotop 90Sr może prowadzić do różnych zaburzeń i chorób kości, w tym raka kości. Jednostka strontu służy do pomiaru promieniowania pochłoniętego 90Sr.
