Stroncij (Sr) je kemijski element, zemnoalkalijski metal 2. skupine periodnog sustava. Koristi se u crvenim signalnim svjetlima i fosforima, predstavlja veliku opasnost po zdravlje u radioaktivnoj kontaminaciji.
Povijest otkrića
Mineral iz rudnika olova u blizini sela Strontian u Škotskoj. Izvorno je bio prepoznat kao vrsta barijevog karbonata, ali Adair Crawford i William Cruikshank su 1789. godine sugerirali da je to druga tvar. Kemičar Thomas Charles Hope nazvao je novi mineral strontit po selu, a odgovarajući stroncij oksid SrO, stroncij. Metal je izolirao 1808. Sir Humphry Davy, koji je elektrolizirao smjesu vlažnog hidroksida ili klorida sa živinim oksidom koristeći živinu katodu, a zatim ispario živu iz nastalog amalgama. Novi element je nazvao koristeći korijen riječi "stroncij".
Biti u prirodi
Relativno obilje stroncija, trideset i osmog elementa periodnog sustava, u svemiru procjenjuje se na 18,9 atoma za svakih 106 atoma silicija. Radi se o0,04% mase zemljine kore. Prosječna koncentracija elementa u morskoj vodi je 8 mg/L.
Kemijski element stroncij je široko rasprostranjen u prirodi i procjenjuje se da je 15. najzastupljenija tvar na Zemlji, dostižući koncentraciju od 360 dijelova na milijun. S obzirom na njegovu iznimnu reaktivnost, postoji samo u obliku spojeva. Njegovi glavni minerali su celestin (sulfat SrSO4) i stroncijanit (karbonat SrCO3). Od toga se celestit nalazi u dovoljnim količinama za profitabilno rudarenje, od kojih više od 2/3 svjetske ponude dolazi iz Kine, a Španjolska i Meksiko opskrbljuju većinu ostatka. Međutim, isplativije je kopati stroncijanit, jer se stroncij češće koristi u obliku karbonata, ali postoji relativno malo poznatih nalazišta.
Svojstva
Stroncij je mekani metal, sličan olovu, koji sjaji poput srebra kada se reže. U zraku brzo reagira s kisikom i vlagom prisutnim u atmosferi, poprimajući žućkastu nijansu. Stoga se mora čuvati izolirano od zračnih masa. Najčešće se čuva 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 kemijskih elemenata magnezij-kalcij-stroncij (zemnoalkalijski metali) Sr je u skupini 2 (bivši 2A) periodnog sustava između Ca i Ba. Osim toga, nalazi se u 5. razdoblju između rubidija i itrija. Budući da je atomski radijus stroncijaslično radijusu kalcija, lako zamjenjuje potonje u mineralima. Ali u vodi je mekši i reaktivniji. U kontaktu stvara hidroksid i vodik. Poznata su 3 alotropa stroncija s prijelaznim točkama od 235°C i 540°C.
Zemnoalkalijski metal općenito ne reagira s dušikom ispod 380°C i stvara samo oksid na sobnoj temperaturi. Međutim, u obliku praha, stroncij se spontano zapali i tvori oksid i nitrid.
Kemijska i fizička svojstva
Karakterizacija kemijskog elementa stroncija prema planu:
- Naziv, simbol, atomski broj: stroncij, Sr, 38.
- Grupa, točka, 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.
- Točke topljenja i ključanja: 777 °C, 1382°C.
- Oksidacijsko stanje: 2.
Izotopi
Prirodni stroncij je mješavina 4 stabilna izotopa: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) i 84Sr (0,56%). Od njih je samo 87Sr radiogen - nastaje raspadom radioaktivnog izotopa rubidija 87Rb s poluživotom od 4,88 × 10 10 godina. Vjeruje se da je 87Sr proizveden tijekom "primordijalne nukleosinteze" (rana faza Velikog praska) zajedno s izotopima 84Sr,86 Sr i 88Sr. Ovisno olokacijama, omjer 87Sr i 86Sr može se razlikovati za više od 5 puta. Ovo se koristi za datiranje geoloških uzoraka i za određivanje porijekla kostura i glinenih artefakata.
Kao rezultat nuklearnih reakcija dobiveno je oko 16 sintetskih radioaktivnih izotopa stroncija, od kojih je najtrajniji 90Sr (poluvijek 28,9 godina). Ovaj izotop, proizveden u nuklearnoj eksploziji, smatra se najopasnijim produktom raspadanja. Zbog svoje kemijske sličnosti s kalcijem, apsorbira se u kosti i zube, gdje nastavlja izbacivati elektrone, uzrokujući oštećenja zračenja, oštećenje koštane srži, ometajući stvaranje novih krvnih stanica i uzrokujući rak.
Međutim, pod medicinski kontroliranim uvjetima, stroncij se koristi za liječenje određenih površinskih malignih bolesti i raka kostiju. Također se koristi u obliku stroncij fluorida u kemijskim izvorima struje i u radioizotopnim termoelektričnim generatorima, koji pretvaraju toplinu svog radioaktivnog raspada u električnu energiju, služeći kao dugovječni, lagani izvori energije u navigacijskim bovama, udaljenim meteorološkim stanicama i svemirskim letjelicama.
89Sr se koristi za liječenje raka jer napada koštano tkivo, proizvodi beta zračenje i propada nakon nekoliko mjeseci (poluživot 51 dan).
Kemijski element stroncij nije bitan za više oblike života, njegove soli su obično netoksične. Ono što čini90Sr opasan, koristi se za povećanje gustoće i rasta kostiju.
Veze
Svojstva kemijskog elementa stroncija vrlo su slična onima kalcija. U spojevima Sr ima ekskluzivno oksidacijsko stanje +2 kao ion Sr2+. Metal je aktivno redukcijsko sredstvo i lako reagira s halogenima, kisikom i sumporom pri čemu nastaje halogenid, oksid i sulfid.
Spojevi stroncija imaju prilično ograničenu komercijalnu vrijednost, budući da odgovarajući spojevi kalcija i barija općenito rade isto, ali su jeftiniji. Međutim, neki od njih našli su primjenu u industriji. Još uvijek nije odgonetnuto s kojim tvarima postići grimiznu boju u vatrometima i signalnim svjetlima. Trenutno se samo stroncijeve soli kao što su Sr(NO3)2 i Sr(ClO) klorat koriste za postizanje ove boje.3)2 . Oko 5-10% ukupne proizvodnje ovog kemijskog elementa troši se na pirotehniku. Stroncijev hidroksid Sr(OH)2 ponekad se koristi za ekstrakciju šećera iz melase jer tvori topljivi 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.
Stroncijevi feriti čine obitelj spojeva s općom formulom SrFexOy, dobivenih kao rezultat visoke temperature (1000-1300 °C) reakcija SrCO3 iFe2O3. Koriste se za izradu keramičkih magneta, koji se široko koriste u zvučnicima, motorima brisača vjetrobrana i dječjim igračkama.
Proizvodnja
Najviše mineralizirani celestit SrSO4 pretvara se u karbonat na dva načina: ili izravno izlužen otopinom natrijevog karbonata ili zagrijavan s ugljenom da nastane sulfid. U drugoj fazi dobiva se tvar tamne boje, koja uglavnom sadrži stroncij sulfid. Taj se "crni pepeo" otapa u vodi i filtrira. Stroncijev karbonat precipitira iz otopine sulfida uvođenjem ugljičnog dioksida. Sulfat se reducira u sulfid karbotermalnom redukcijom SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Ćelija se može proizvesti katodnim elektrokemijskim kontaktom, u kojem ohlađena željezna šipka, koja djeluje kao katoda, dodiruje površinu mješavine kalijevih i stroncijevih klorida i diže se kada se stroncij na njoj skrutne. Reakcije na elektrodama mogu se prikazati na sljedeći način: Sr2+ + 2e- → Sr (katoda); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anoda).
Metallic Sr se također može izvući iz svog oksida s aluminijem. Savitljiv je i duktilan, dobar je provodnik struje, ali se relativno malo koristi. Jedna od njegovih upotreba je kao legirno sredstvo za aluminij ili magnezij u lijevanju blokova cilindara. Stroncij poboljšava obradivost i otpornost na puzanjemetal. Alternativni način dobivanja stroncija je reduciranje njegovog oksida aluminijem u vakuumu na temperaturi destilacije.
Komercijalna upotreba
Kemijski element stroncij naširoko se koristi u staklu katodnih cijevi za TV u boji kako bi se spriječilo prodiranje rendgenskih zraka. Također se može koristiti u bojama u spreju. Čini se da je ovo jedan od najvjerojatnijih izvora izloženosti javnosti stronciju. Osim toga, element se koristi za proizvodnju feritnih magneta i rafiniranje cinka.
Stroncijeve soli se koriste u pirotehnici jer boje plamen u crveno kada izgaraju. I legura stroncijevih soli s magnezijem koristi se kao dio zapaljivih i signalnih mješavina.
Titanat ima izuzetno visok indeks loma 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.
Stroncijev aluminat je svijetli fosfor s dugotrajnom fosforescentnom stabilnošću. Oksid se ponekad koristi za poboljšanje kvalitete keramičkih glazura. Izotop 90Sr jedan je od najboljih dugovječnih visokoenergetskih beta emitera. Koristi se kao izvor energije za radioizotopne termoelektrične generatore (RTG), koji pretvaraju toplinu oslobođenu tijekom 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 stroncija: karakterizacija svojstava, liječenje lijekovima
Izotop 89Sr je aktivni sastojak radioaktivnog lijeka Metastron, koji se koristi za liječenje boli u kostima uzrokovanih metastatskim karcinomom prostate. Kemijski element stroncij djeluje poput kalcija, uglavnom je uključen u kosti na mjestima s pojačanom osteogenezom. Ova lokalizacija fokusira učinak zračenja na kanceroznu leziju.
Radioizotop 90Sr se također koristi u terapiji raka. Njegovo beta zračenje i dugi poluživot idealni su za površinsku terapiju zračenjem.
Eksperimentalni lijek napravljen kombinacijom stroncija s ranelinskom kiselinom potiče rast kostiju, povećava gustoću kostiju i smanjuje prijelome. Stronijev ranelat je u Europi registriran kao lijek za osteoporozu.
Stroncijev klorid se ponekad koristi u pastama za zube za osjetljive zube. Njegov sadržaj doseže 10%.
Mjere opreza
Čisti stroncij ima visoku kemijsku aktivnost, a u zgnječenom stanju metal se spontano zapali. Stoga se ovaj kemijski element smatra opasnim od požara.
Učinak na ljudsko tijelo
Ljudsko tijelo apsorbira stroncij na isti način kao i kalcij. Ovo dvojeElementi su kemijski toliko slični da stabilni oblici Sr ne predstavljaju značajan zdravstveni rizik. Nasuprot tome, radioaktivni izotop 90Sr može dovesti do različitih poremećaja i bolesti kostiju, uključujući rak kostiju. Jedinica za stroncij koristi se za mjerenje apsorbiranog zračenja 90Sr.
