STRONCIUM: TÖRTÉNELEM, SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, REAKCIÓK ÉS FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A Stroncium egy alkáliföldfém, amelynek kémiai szimbóluma Mr. Frissen vágott, fehér ezüstös fényű, de levegőnek való kitettség esetén oxidálódik és sárgás színűvé válik. Ezért a tárolás során védeni kell az oxigéntől.

A stronciumot az ereiből kivonják a celestite vagy celestine (SrSO ₄) és a strontianite (SrCO ₃) ásványok formájában. A strlecium bányászatának fő formája azonban a celeszmit, üledékes talajokban és kénnel összekapcsolva.

Argon atmoszférával védett fém stroncium-minta. Forrás: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivatív munkája: Anyagtudós

A celestit rombos kristályok formájában fordul elő, általában színtelen, üveges és átlátszó. Noha a stronciumot így extrahálják, azt a megfelelő karbonáttá kell átalakítani, ahonnan végül redukálódik.

1790-ben Adair Crawford és William Cruickshank a stronciumot új elemként azonosította egy ásványi anyagból, amelyet ólombányában találtak, Strottion városának közelében, Argyllban, Skóciában. 1807-ben Humphry Davy izolálta a stronciumot elektrolízis alkalmazásával.

A stroncium temperönthető, elasztikus fém és jó villamos vezető; de kevés ipari és kereskedelmi felhasználása van. Az egyik alkalmazás ötvözetek képzése alumíniummal és magnéziummal, javítva ezeknek a fémeknek a kezelhetőségét és folyékonyságát.

A periódusos rendszerben a stroncium a 2. csoportba tartozik, a kalcium és a bárium között, megállapítva, hogy annak fizikai tulajdonságai - például sűrűség, olvadáspont és keménység - középértékei vannak a kalcium és bárium.

A stroncium a természetben négy stabil izotópként fordul elő: ⁸⁸ Sr, 82,6% -os bőséggel; a ⁸⁶ Sr, 9,9% -os bőséggel; a ⁸⁷ Sr, 7,0% -os bőséggel; és ⁸⁴ Sr, 0,56% -os bőséggel.

^{A 90} Sr egy radioaktív izotóp, amely a radioaktív csapadék legveszélyesebb alkotóeleme, a nukleáris robbanások és a nukleáris reaktorokból származó szivárgások terméke, mivel a kalcium és a stroncium hasonlósága miatt az izotóp beépül a csontokba, csontrákot és leukémiát okozva.

Történelem

Tanulmányoztunk egy ásványi anyagot egy ásványbányából, amely a skóciai Argyll Strontian falu közelében található. Eredetileg bárium-karbonát típusként azonosították. Adair Crawford és William Cruickshank azonban 1789-ben megjegyezte, hogy a vizsgált anyag egy másik kérdés.

Thomas Charles Hope kémikus elnevezte az új ásványi sztrontitet, a megfelelő "föld" (stroncium-oxid, SrO) pedig strontinak.

Crawford és Cruickshank 1790-ben égette el a vizsgált anyagot, és megfigyelte, hogy a láng bíborvörös színű, különbözik az addig ismert elemekben megfigyelt lángoktól. Megállapították, hogy egy új elem előtt állnak.

1808-ban Sir William Humphry Davy stroncium-hidroxid vagy klorid és higany-oxid nedves keverékét elektrolízisnek vetette alá higany-katód alkalmazásával. Ezután a képződött amalgámból a higanyt elpárologtatják, és így a stroncium szabadon marad.

Davy az izolált elemet stronciumnak (stroncium) nevezte.

A stroncium felépítése és elektronkonfigurációja

A fém stroncium szobahőmérsékleten kristályosodik egy arcközpontú köbös (fcc) struktúrává.

Ebben a struktúrában az Sr-atomok az egységcellák csúcsain és kockafelületein helyezkednek el. Ez viszonylag sűrűbb, mint más szerkezetek (például köbös vagy köv. Kop.), Mivel összesen négy Mr.

Az Sr-atomok egyesülnek a fémkötésnek köszönhetően, amely az atlanti vegyérték-pályájuk átfedése a kristályon belül minden irányban. Ez az 5-es keringő, amelynek két elektronja van az elektronikus konfiguráció szerint:

5s ²

Így egy teljes 5s sáv és egy 5p vezető sáv (sáv-elmélet) származik.

A többi fémes fázist illetően nincs sok bibliográfiai információ, bár biztos, hogy kristályaik átalakulnak, amikor nagy nyomásnak vannak kitéve.

Oxidációs számok

A stroncium, más fémekhez hasonlóan, nagyon hajlamos elveszteni valencia elektronjait; Ez az 5s-es keringő két elektronja. Így az Sr-atomok kétértékű Sr ²⁺ kationokká alakulnak (M ²⁺, mint az alkáliföldfémek többi része), izoelektronikusan nemesgáz kriptonsá. Azt mondják, hogy a stroncium oxidációs száma +2.

Ha két elektron elvesztése helyett csak egy veszít, az Sr ⁺ kation képződik; ezért oxidációs száma +1. Az Sr ⁺ ritka a stronciumból származó vegyületekben.

Tulajdonságok

Megjelenés

Ezüstfehér, metál fényű, enyhén sárga árnyalatú.

Moláris tömeg

87,62 g / mol.

Olvadáspont

777 ° C

Forráspont

1377 ° C

Sűrűség

-Környezeti hőmérséklet: 2,64 g / cm ³

-Folyadék állapot (olvadáspont): 2,375 g / cm ³

Oldhatóság

Alkoholban és savakban oldódik. Nem oldódik vízben, mivel erõsen reagál.

A fúziós hő

7,43 kJ / mol.

A párolgás hője

141 kJ / mol.

Termikus moláris kapacitás

26,4 J / (mol · K).

elektronegativitás

0,95 a Pauling skálán.

Ionizációs energia

Az ionizáció első szintje: 549,5 kJ / mol.

Második ionizációs szint: 1 064,2 kJ / mol.

Az ionizáció harmadik szintje: 4 138 kJ / mol.

Atomic radio

Empirikusan 215 órakor.

Kovalens sugár

195 ± 10 óra.

Hőtágulás

22,5 μm / (m · K) 25 ° C-on.

Hővezető

35,4 W / (mK).

Elektromos ellenállás

132 nΩ · m 20 ° C-on.

Keménység

1,5 a Mohs skálán.

Tűz potenciál

Finoman eloszlatva a stroncium spontán módon ég a levegőben. Ezenkívül az olvadáspont feletti hevítéskor meggyullad, és robbanásveszélyt jelenthet, ha a láng hője van kitéve.

Tárolás

A stroncium oxidációjának elkerülése érdekében ajánlott kerozinba vagy benzinbe merítve tárolni. A stronciumot hűvös, jól szellőző helyen, a szerves és egyéb könnyen oxidálódó anyagoktól távol kell tárolni.

Elnevezéstan

Mivel a +1 oxidációs szám nem olyan gyakori, feltételezzük, hogy csak a +2 létezik a stronciumvegyületek körüli nómenklatúra egyszerűsítésére. Ezért figyelmen kívül hagyja az állomány-nómenklatúrában a nevek végén lévő (II) -et; és a hagyományos nómenklatúrában mindig a -ico utótaggal végződnek.

Például az SrO jelentése stroncium-oxid vagy ón-oxid, az állomány és a hagyományos nómenklatúra szerint.

alakzatok

Nagyfokú reakcióképessége miatt a fém stroncium a természetben nem tűnik izoláltnak. Elemi állapotában azonban oxigéntől védve, petróleumba merítésével vagy inert gázok (például nemesgázok) atmoszférájában található.

Megállapítják továbbá, hogy ötvözeteket képeznek alumíniummal és magnéziummal, valamint aggregátumot képeznek ón és ólom ötvözetévé. A stroncium ion formájában (Sr ²⁺) található a talajban vagy a tengervízben stb.

Ezért a stronciumról való beszélés az Sr ²⁺ kationokra (és kisebb mértékben az Sr ^{+ -ra}) utal.

Ion formában kölcsönhatásba léphet más elemekkel, sókat vagy más kémiai vegyületeket képezve; például stroncium-klorid, karbonát, szulfát, szulfid stb.

A stroncium elsősorban két ásványban található: celestite vagy celestine (SrSO ₄) és strontite (SrCO ₃). A celenit a stronciumbányászat fő forrása.

A stronciumnak 4 természetes izotópja van, ezek közül ^88-ban találhatók meg nagyobb mennyiségben. Hasonlóképpen, számos radioaktív izotóp létezik, amelyeket mesterségesen állítanak elő a nukleáris reaktorokban.

Biológiai szerepe

A stronciumnak nincs ismert biológiai szerepe a gerincesekben. A kalciumhoz való hasonlósága miatt csontszövetekben helyettesítheti; vagyis az Sr ²⁺ kiszorítja a Ca ^{2+ -ot}. De a csontokban a stroncium és a kalcium közötti arány 1/1000 és 1/2000 között van; azaz rendkívül alacsony.

Ezért a stroncium nem teljesítheti a csontok természetes biológiai funkcióját.

A stroncium-ranelátot osteoporosis kezelésére használják, mivel a csontok megkeményedését okozza; de mindenesetre ez terápiás hatás.

A stroncium biológiai funkciójának kevés példája az Acantharea-ban található, egy radiolajos protozoán, amelyben csontváz található stroncium jelenlétével.

Hol található és gyártás

A celestite kristály, a stroncium ásványtani forrása. Forrás: Aram Dulyan (Felhasználó: Aramgutang)

A stronciumot az összes ideges kőzet körülbelül 0,034% -ában találják. Jelentős stronciumtartalmú lerakódásokban azonban csak két ásványi anyagot: celeszitet vagy celesztiint találnak.

A két fontos ásványi anyag közül a stroncium csak a celesztet található elegendő mennyiségben üledékes lerakódásokban, hogy lehetővé tegyék a stroncium kinyerésére szolgáló létesítmények létrehozását.

A sztrationit sokkal hasznosabb, mint a celesztit, mivel a stroncium nagy részét stroncium-karbonát formájában termelik; de alig találtak olyan lerakódásokat, amelyek lehetővé teszik a fenntartható bányászatot.

A tengervíz stronciumtartalma 82 és 90 μmol / L között van, a koncentráció jóval alacsonyabb, mint a kalciumé, 9,6 és 11 mmol / L között.

Szinte az összes bányászat celeszitet lerakódáson alapul, mivel a strontianiták nem ritkák és nem túl jövedelmezőek a stroncium kivonására tőlük. Ennek ellenére a legtöbb stronciumot stroncium-karbonát formájában termelik.

Pidgeon módszer

A celestitet szén jelenlétében égetik, hogy a stroncium-szulfát stroncium-szulfiddá alakuljon. A második szakaszban a stroncium-szulfidot tartalmazó sötét anyagot feloldjuk vízben és leszűrjük.

Ezután a stroncium-szulfid-oldatot szén-dioxiddal kezeljük, hogy a stroncium-karbonát kicsapódjon.

A stronciumot a Pidgeon módszer egyik változatával izolálhatjuk. A stroncium-oxid és az alumínium reakciója vákuumban zajlik, ahol a stronciumot gázzá alakítják, és a termelési utóhatáson keresztül a kondenzátorokba szállítják, ahol szilárd anyagként csapódik le.

Elektrolízis

A stroncium rudak formájában nyerhető az érintkező katód elektrolízis módszerével. Ebben az eljárásban katódként működő lehűtött vasrúd érintkezésbe kerül a kálium-klorid és a stroncium-klorid olvadt keverékének felületével.

Amint a stroncium megszilárdul a katódon (vasrúd), a rúd megemelkedik.

reakciók

Halkogénekkel és halogénekkel

A stroncium egy aktív redukáló fém, és halogénnel, oxigénnel és kénnel reagál, így halogéneket, oxidokat és ként állít elő. A stroncium ezüstös fém, de levegővel való érintkezéskor stroncium-oxiddá oxidálódik:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Az oxid sötét réteget képez a fém felületén. Míg a reakció klórral és kénnel a következő:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

A stroncium reagál az olvadt kénnel.

A levegővel

Kombinálható oxigénnel, hogy stroncium-peroxidot képezzen; de kialakulásához magas oxigénnyomás szükséges. Reakcióba léphet nitrogénnel is stroncium-nitrid előállításához:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

A reakciónak azonban a hőmérsékletnek 380 ° C felett kell lennie.

A vízzel

A stroncium hevesen reagálhat vízzel, hogy stroncium-hidroxidot, Sr (OH) _2-et és hidrogéngázt képezzen. A stroncium és a víz reakciója nem felel meg az alkálifémek és a víz reakciójában megfigyelt erőszaknak, csakúgy, mint a bárium esetében.

Savakkal és hidrogénnel

A stroncium reagálhat kénsavval és salétromsavval, hogy stroncium-szulfátot és nitrátot képezzen. Forróan hidrogénnel kombinálva stroncium-hidridet képez.

A stroncium, a periódusos rendszer blokkjának többi nehéz eleméhez hasonlóan, széles koordinációs számmal rendelkezik; például 2, 3, 4, 22 és 24, például olyan vegyületekben, mint az SrCd ₁₁ és az SrZn ₁₃.

Alkalmazások

- Elemi stroncium

ötvözetek

Eutektikus módosítóként alkalmazzák az Al-Ag ötvözet szilárdságának és rugalmasságának javítására. Inokulánsként használják a gömbgrafitos öntödékben a grafit képződésének szabályozására. Hozzáadják az ónhoz és az ólomötvözetekhez a szilárdság és a rugalmasság növelése érdekében.

Ezenkívül réz és bronz deoxidálóként használják. Kis mennyiségű stronciumot adagolnak az olvadt alumíniumhoz, hogy optimalizálják a fém olvaszthatóságát, ezáltal jobban alkalmasak a hagyományosan acélból készült tárgyak készítésére.

Alumínium vagy magnézium ötvözete, amelyet motorblokkok és kerekek öntéséhez használnak. A stroncium javítja a fém kezelését és folyékonyságát, amelybe ötvözi.

Izotóp

Káros hatása ellenére a ⁹⁰ Sr-t termoelektromos generátorként használják, sugárzásának hőenergiájával hosszú távú villamos energiát termelve, űrjárművekben, távoli kutatóállomásokon és navigációs bójákban.

A ⁸⁹ Sr-t a csontrák kezelésében használták, radioaktív emissziós β-típus felhasználásával tumorsejtek megsemmisítésére.

A stroncium-atomot egy olyan időmérési rendszer létrehozására használják, amely 200 millió év alatt alig marad le egy másodpercről. Ez teszi a legpontosabb órát.

- Vegyületek

Karbonát

Ferritek és mágnesek

A stroncium-karbonát (SrCO ₃) reagál a vas-oxiddal (Fe ₂ O ₃) 1000 és 1 300 ºC közötti hőmérsékleten, és így stroncium ferrit képződik. Ennek a ferrit-családnak az általános képlete az SrFe _x O ₄.

A kerámia mágnesek ferritből készülnek, és különféle alkalmazásokban használhatók. Közülük: hangszórók, motorok gyártása autó ablaktörlőkhöz és gyermekek számára készített játékokhoz.

A stroncium-karbonátot a televíziós képernyők és a kijelzőegységek üveggyártásában is használják.

Szemüveg

A folyadékkristályos kijelzők (LCD) üveg tulajdonságainak javítása mellett kerámia edények üvegezéséhez is felhasználják, megerősítve a karcolódásnak és a buborékképződésnek az égés során fellépő ellenállását.

Optikában, üvegárukban és világítótestekben felhasználható üveggyártásban használják. Ez szintén része az üvegszálas, laboratóriumi és gyógyszerészeti szemüvegnek, mivel növeli a keménységet és a karcállóságot, valamint a fényességét.

Fémek és sók előállítása

Nagy tisztaságú cink előállítására használják, mivel hozzájárul az ólom-szennyeződés eltávolításához. Elősegíti a stroncium-kromát előállítását, egy vegyületet, amelyet korróziógátlóként használnak a nyomtatási festékekben.

Szennyvíz és foszforeszkáló lámpák

Szennyvíz kezelésére használják a szulfát eltávolítására. Ezenkívül ortofoszforsav előállításánál használják, a fénycsövek gyártásánál használják.

Pirotechnika

A stroncium-karbonátot, hasonlóan más stroncium-sókhoz, a tűzijátékokban is használják, hogy bíborvörös színű legyen. Folt, amelyet stroncium teszteléskor is használnak.

Hidroxid

Ezt a répacukor extrahálásában használják, mivel a stroncium-hidroxid a cukorral kombinálva komplex szacharidot eredményez. A komplex szétbontható szén-dioxid hatására, így a cukor szabadon maradhat. A műanyag stabilizálására is használják.

Oxid

Ez jelen van a televíziós képcső gyártásához használt üvegekben, ezt az alkalmazást 1970-ben kezdték meg. A színes televízióknak és más, katódos sugárzást tartalmazó eszközöknek az előlapban a stronciumot kell használniuk, hogy megálljanak X-sugarak.

Ezeket a televíziókat már nem használják, mivel a katódcsöveket más eszközök váltották fel, és ezért stronciumvegyületek használata nem szükséges.

Másrészt a stroncium-oxidot használják a kerámia mázok minőségének javításához.

Klorid

A stroncium-kloridot bizonyos fogpasztákban használják érzékeny fogakhoz és tűzijátékok készítéséhez. Ezenkívül korlátozott módon alkalmazzák a nem kívánt gázok eltávolítására a vákuumnak kitett edényekben.

ranelátra

Csontritkulás kezelésére alkalmazzák, mivel növeli a csontsűrűséget és csökkenti a törések előfordulási gyakoriságát. Helyileg alkalmazva gátolja az érzékszervi irritációt. Használata azonban csökkent annak bizonyítéka miatt, hogy növeli a szív- és érrendszeri betegségek előfordulását.

aluminát

Adalékanyagként használják az elektronikai iparban. Azt is gyakran használják, hogy bizonyos játékok sötétben világítsanak, mivel kémiai és biológiai szempontból semleges vegyület.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Stroncium. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Stroncium. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
4. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2019). Stroncium. PubChem adatbázis. CID = 5359327. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (2013. május 20.). Tények a stronciumról. Helyreállítva: livescience.com
6. Dr. Doug Stewart. (2019). Stroncium elem tények. Helyreállítva: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. július 03.). Stroncium tények (38 atomszám vagy Sr). Helyreállítva: gondolat.com
8. Lenntech BV (2019). Stroncium. Helyreállítva: lenntech.com