STRONCIUM: HISTÓRIA, ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, REAKCIE A POUŽITIA - CHÉMIA - 2026

Stroncium je kov alkalických zemín, ktorého chemická značka je pán Čerstvo rez je biela s striebristým leskom, ale keď je vystavený ovzdušia oxiduje a získa žltkastú farbu. Z tohto dôvodu musí byť počas skladovania chránený pred kyslíkom.

Stroncium sa extrahuje zo žíl vo forme minerálov ako celestit alebo celestín (SrSO ₄ ) a strontianit (SrCO ₃ ). Celestit je však hlavnou formou, v ktorej sa vyskytuje ťažba stroncia, pričom jeho ložiská sú v sedimentárnych pôdach a v spojení so sírou.

Vzorka kovového stroncia chránená argónovou atmosférou. Zdroj: Stroncium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivative: Materialcientist

Celestit sa vyskytuje vo forme kosoštvorcových kryštálov, zvyčajne je bezfarebný, sklovitý a priehľadný. Hoci sa stroncium týmto spôsobom extrahuje, musí sa transformovať na príslušný uhličitan, z ktorého sa nakoniec redukuje.

V roku 1790 označili stroncium za nový prvok Adair Crawford a William Cruickshank v mineráli z olovnatej bane v blízkosti mesta Strontion v škótskom Argyll. Stroncium bolo izolované v roku 1807 Humphry Davyom pomocou elektrolýzy.

Stroncium je kujný, tvárný kov a dobrý vodič elektriny; má však len malé priemyselné a komerčné využitie. Jednou z jeho aplikácií je tvorba zliatin s hliníkom a horčíkom, čo zlepšuje manipuláciu a tekutosť týchto kovov.

V periodickej tabuľke je stroncium umiestnené v skupine 2 medzi vápnikom a báriom, pričom zistí, že niektoré z jeho fyzikálnych vlastností, ako je hustota, teplota topenia a tvrdosť, majú stredné hodnoty vo vzťahu k hodnotám uvedeným pre vápnik a bárium.

Stroncium sa v prírode vyskytuje ako štyri stabilné izotopy: ⁸⁸ Sr so zastúpením 0,82,6%; ⁸⁶ Sr, s 9,9% množstva; ⁸⁷ Sr, s 7,0% množstva; a ⁸⁴ Sr, s 0,56% hojnosťou.

⁹⁰ Sr je rádioaktívny izotop, ktorý predstavuje najškodlivejšiu zložku rádioaktívneho spadu, produkt jadrových výbuchov a úniky z jadrových reaktorov, pretože v dôsledku podobnosti vápnika a stroncia je izotop začlenený do kostí , produkujúce rakovinu kostí a leukémiu.

histórie

Študoval sa minerál z olovnatej bane v blízkosti strontiánskej dediny v škótskom Argyll. Pôvodne bol identifikovaný ako druh uhličitanu bárnatého. Ale Adair Crawford a William Cruickshank v roku 1789 poznamenali, že skúmaná látka bola ďalšou otázkou.

Chemik Thomas Charles Hope pomenoval nový minerálny stronit a zodpovedajúca „zem“ (oxid stroncia, SrO) ho nazvala strontia.

V roku 1790 Crawford a Cruickshank vypálili študovanú látku a zistili, že plameň má karmínovo červenú farbu, odlišnú od plameňov pozorovaných dovtedy v známych prvkoch. Dospeli k záveru, že boli pred novým prvkom.

V roku 1808 bol Sir William Humphry Davy podrobený elektrolýze vlhkej zmesi hydroxidu alebo chloridu stroncia s oxidom ortuti, pričom sa použila katóda ortuti. Potom sa ortuť z vytvoreného amalgámu odparila a stroncium zostalo voľné.

Davy pomenoval izolovaný prvok stroncium (stroncium).

Štruktúra a elektrónová konfigurácia stroncia

Kovové stroncium kryštalizuje pri izbovej teplote v tvare centrovanej kubickej (fcc) štruktúry.

V tejto štruktúre sú atómy Sr umiestnené vo vrcholoch a na kockových plochách jednotkovej bunky. Je celkom hustejšie ako iné štruktúry (napríklad kubické alebo bcc), pretože majú celkom štyri atómy Mr.

Atómy Sr zostávajú jednotné vďaka kovovej väzbe, ktorá je produktom prekrývania ich atómových valenčných orbitálov vo všetkých smeroch v kryštáli. Tento orbitál je 5s, ktorý má dva elektróny podľa elektronickej konfigurácie:

5s ²

A tak vznikne celé 5s pásmo a 5p dirigentské pásmo (teória pásma).

Pokiaľ ide o iné kovové fázy, nie je veľa bibliografických informácií, hoci je isté, že ich kryštály podliehajú vysokým tlakom transformáciám.

Oxidačné čísla

Stroncium, podobne ako iné kovy, má vysokú tendenciu strácať svoje valenčné elektróny; Toto sú dva elektróny 5-tej orbitálnej dráhy. Atómy Sr sa teda prevádzajú na dvojmocné katióny Sr2 ⁺ (M2 ⁺ , podobne ako zvyšok kovov alkalických zemín), izoelektronické na krypton ušľachtilého plynu. O stronciu sa potom uvádza, že má oxidačné číslo +2.

Keď namiesto straty dvoch elektrónov stratí iba jeden, vytvorí sa katión Sr ⁺ ; a preto je jeho oxidačné číslo +1. Sr ⁺ je vzácny v zlúčeninách odvodených od stroncia.

vlastnosti

vzhľad

Strieborne biela s kovovým leskom, s jemne žltým odtieňom.

Molárna hmota

87,62 g / mol.

Bod topenia

777 ° C

Bod varu

1 377 ° C

Hustota

-Okolitého teplota: 2,64 g / cm ³

Kvapalné stav (teplota topenia): 2,375 g / cm ³

rozpustnosť

Rozpustný v alkohole a kyselinách. Nie je rozpustný vo vode, pretože s ním silne reaguje.

Teplo fúzie

7,43 kJ / mol.

Odparovacie teplo

141 kJ / mol.

Tepelná molárna kapacita

26,4 J / (mol.K).

electronegativity

0,95 na Paulingovej stupnici.

Ionizačná energia

Prvá úroveň ionizácie: 549,5 kJ / mol.

Druhá úroveň ionizácie: 1064,2 kJ / mol.

Tretia úroveň ionizácie: 4,138 kJ / mol.

Atómové rádio

Empirické 215 hodín.

Kovalentný polomer

195 ± 10 pm.

Tepelná rozťažnosť

22,5 µm / (m · K) pri 25 ° C

Tepelná vodivosť

35,4 W / (mK).

Elektrický odpor

132 nΩ · m pri 20 ° C

tvrdosť

1,5 na Mohsovej stupnici.

Požiarny potenciál

Keď je stroncium jemne rozdelené, horí samovoľne na vzduchu. Okrem toho sa pri zahrievaní nad bodom topenia vznieti a pri vystavení teplu plameňa môže predstavovať nebezpečenstvo výbuchu.

skladovanie

Aby sa zabránilo oxidácii stroncia, odporúča sa skladovať ho ponorené do petroleja alebo benzínu. Stroncium by sa malo skladovať na chladnom, dobre vetranom mieste, oddelene od organických a iných ľahko oxidovaných materiálov.

názvoslovie

Pretože oxidačné číslo +1 nie je také bežné, predpokladá sa, že na zjednodušenie nomenklatúry okolo zlúčenín stroncia existuje iba +2. Preto sa v názvosloví zásob ignoruje (II) na konci názvov; av tradičnej nomenklatúre sa vždy končí príponou -ico.

Napríklad SrO je oxid strontnatý alebo oxid cínu podľa zásob a tradičných nomenklatúr.

Tvary

Vďaka svojej veľkej reaktivite sa kovové stroncium v ​​prírode nezdá izolované. Nachádza sa však vo svojom elementárnom stave chránenom pred kyslíkom ponorením do petroleja alebo do atmosféry inertných plynov (napríklad vzácnych plynov).

Zistilo sa tiež, že tvoria zliatiny s hliníkom a horčíkom, ako aj agregát do zliatiny cínu a olova. Stroncium sa nachádza v iónovej forme (Sr ²⁺ ) rozpustenej v pôde alebo v morskej vode atď.

Preto sa o stronciu hovorí o katiónoch Sr ²⁺ (av menšej miere o Sr ⁺ ).

Môže tiež interagovať v iónovej forme s inými prvkami za vzniku solí alebo iných chemických zlúčenín; ako je chlorid strontnatý, uhličitan, síran, sulfid atď.

Stroncium sa vyskytuje hlavne v dvoch mineráloch: celestite alebo celestine (SrSO ₄ ) a strontite (SrCO ₃ ). Celestit je hlavným zdrojom ťažby stroncia.

Stroncium má 4 prírodné izotopy, z ktorých jeden je vo veľkom množstve nájdený ^88. Podobne je v jadrových reaktoroch umelo vyprodukovaných veľa rádioaktívnych izotopov.

Biologická úloha

Nie je známa biologická úloha stroncia u stavovcov. Vďaka svojej podobnosti s vápnikom ho môže nahradiť v kostných tkanivách; to znamená, že Sr2 ⁺ nahradí Ca2 ⁺ . Pomer nájdený v kosti medzi stronciom a vápnikom je medzi 1/1 000 a 1/2 000; to je extrémne nízka.

Preto stroncium nesmie v kostiach plniť prirodzenú biologickú funkciu.

Stroncium ranelát sa používa pri liečbe osteoporózy, pretože spôsobuje stvrdnutie kostí; ale v každom prípade je to terapeutický účinok.

Jeden z mála príkladov biologickej funkcie stroncia sa vyskytuje v Acantharea, rádiologickom protozoáne, ktorý má kostru s prítomnosťou stroncia.

Kde hľadať a produkovať

Celestitový kryštál, mineralogický zdroj stroncia. Zdroj: Aram Dulyan (Užívateľ: Aramgutang)

Stroncium sa nachádza v približne 0,034% všetkých vyvrelých hornín. V ložiskách s významným obsahom stroncia sa však nachádzajú iba dva minerály: celestit alebo celestín.

Z dvoch dôležitých minerálov stroncia sa v sedimentárnych ložiskách vyskytuje iba dostatočné množstvo celestitu, aby sa umožnilo vytvorenie zariadení na ťažbu stroncia.

Strationit je užitočnejší ako celestit, pretože väčšina stroncia sa vyrába vo forme uhličitanu strontnatého; ale ťažko sa našli ložiská, ktoré umožňujú trvalo udržateľnú ťažbu.

Obsah stroncia v morskej vode sa pohybuje medzi 82 a 90 umol / l, čo je oveľa nižšia koncentrácia ako vápnik, medzi 9,6 a 11 mmol / l.

Takmer všetka ťažba je založená na ložiskách celestitu, pretože strontianitové žily sú vzácne a na extrakciu stroncia z nich nie sú veľmi ziskové. Napriek tomu sa väčšina stroncia vyrába vo forme uhličitanu strontnatého.

Pidgeonova metóda

Celestit sa spaľuje v prítomnosti uhlia na premenu síranu strontnatého na sulfid strontnatý. V druhom stupni sa tmavý materiál obsahujúci sulfid strontnatý rozpustí vo vode a prefiltruje.

Potom sa na roztok sulfidu strontnatého pôsobí oxidom uhličitým, čím sa získa vyzrážanie uhličitanu strontnatého.

Stroncium sa môže izolovať variantom Pidgeonovej metódy. Reakcia oxidu strontnatého a hliníka prebieha vo vákuu, kde sa stroncium premieňa na plyn a transportuje sa cez výrobnú retortu do kondenzátorov, kde sa zráža ako pevná látka.

elektrolýza

Stroncium sa môže získať vo forme tyčiniek metódou kontaktnej katódy. Pri tomto postupe ochladená tyč železa, ktorá pôsobí ako katóda, prichádza do styku s povrchom roztavenej zmesi chloridu draselného a chloridu strontnatého.

Keď stroncium tuhne na katóde (železná tyč), tyč stúpa.

reakcie

S chalkogénami a halogénmi

Stroncium je aktívny redukčný kov a reaguje s halogénmi, kyslíkom a sírou za vzniku halogenidov, oxidov a síry. Stroncium je strieborný kov, ale po vystavení vzduchu oxiduje na oxid strontnatý:

SR (y) + 1 / 2O ₂ (g) => SRO (y)

Oxid tvorí tmavú vrstvu na povrchu kovu. Zatiaľ čo jeho reakcia s chlórom a sírou je nasledovná:

SR (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Stroncium reaguje s roztavenou sírou.

Vzduchom

Môže sa kombinovať s kyslíkom za vzniku peroxidu strontnatého; ale na jeho tvorbu je potrebný vysoký tlak kyslíka. Môže tiež reagovať s dusíkom za vzniku nitridu strontnatého:

3SR (y) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (S)

Aby však reakcia prebehla, musí byť teplota vyššia ako 380 ° C.

S vodou

Stroncium môže prudko reagovať s vodou za vzniku hydroxidu strontnatého, Sr (OH) ₂ a plynného vodíka. Reakcia medzi stronciom a vodou nemá násilie pozorované pri reakcii medzi alkalickými kovmi a vodou, rovnako ako násilie pozorované v prípade bária.

S kyselinami a vodíkom

Stroncium môže reagovať s kyselinou sírovou a kyselinou dusičnou za vzniku síranu stroncia a dusičnanu. Horúco sa tiež kombinuje s vodíkom za vzniku hydridu stroncia.

Stroncium má, rovnako ako iné ťažké prvky v bloku periodickej tabuľky, širokú škálu koordinačných čísel; ako je napríklad 2, 3, 4, 22 a 24, pri pohľade v zlúčeninách, ako je SrCd ₁₁ a SrZn ₁₃ , napríklad.

aplikácia

- Elementárne stroncium

zliatiny

Používa sa ako eutektický modifikátor na zlepšenie pevnosti a ťažnosti zliatiny Al-Ag. Používa sa ako očkovacia látka v zlievárni tvárnej liatiny na kontrolu tvorby grafitu. Pridáva sa tiež do zliatin cínu a olova, aby sa zvýšila húževnatosť a ťažnosť.

Okrem toho sa používa ako deoxidačné činidlo na meď a bronz. Do roztaveného hliníka sa pridáva malé množstvo stroncia, aby sa optimalizovala roztaviteľnosť kovu, čím sa stáva vhodnejším na výrobu predmetov, ktoré sú tradične vyrobené z ocele.

Je to legovacie činidlo pre hliník alebo horčík, ktoré sa používa pri odlievaní blokov motora a kolies. Stroncium zlepšuje manipuláciu a tekutosť kovu, na ktorý je legovaný.

izotopy

Napriek škodlivému pôsobeniu sa ⁹⁰ Sr používa ako termoelektrický generátor, ktorý využíva tepelnú energiu svojho žiarenia na výrobu dlhotrvajúcej elektriny s použitím vo vesmírnych vozidlách, vzdialených výskumných staniciach a navigačných bójach.

⁸⁹ Sr bol použitý v liečbe rakoviny kostí, s použitím typu rádioaktívneho na emisie beta pre deštrukciu nádorových buniek.

Atóm stroncia sa používa na vytvorenie systému na meranie času, ktorý sotva zaostáva jednu sekundu každých 200 miliónov rokov. Vďaka tomu sú hodinky najpresnejšie.

- Zlúčeniny

uhličitan

Ferity a magnety

Stroncium uhličitan (ÚOOZ ₃ ) reaguje s oxidu železitého (Fe ₂ O ₃ ), pri teplote medzi 1000 a 1300 ° C, za vzniku stroncia feritu. Táto rodina feritov má všeobecný vzorec SrFe _x O ₄ .

Keramické magnety sú vyrobené z feritov a používajú sa v rôznych aplikáciách. Medzi ne patrí výroba reproduktorov, motorov pre stierače predných skiel automobilov a hračiek pre deti.

Uhličitan strontnatý sa používa aj na výrobu skla pre televízne obrazovky a zobrazovacie jednotky.

Okuliare

Okrem zlepšenia vlastností skla pre displeje z tekutých kryštálov (LCD) sa používa aj pri zasklievaní keramického tovaru, čím sa zvyšuje jeho odolnosť proti poškriabaniu a tvorbe bublín počas vypaľovania.

Používa sa pri výrobe skla použiteľného v optike, sklenenom riade a osvetlení. Je tiež súčasťou sklolaminátu a laboratórnych a farmaceutických skiel, pretože zvyšuje tvrdosť a odolnosť proti poškriabaniu, ako aj jeho jas.

Výroba kovov a solí

Používa sa na získanie vysoko čistého zinku, pretože prispieva k odstráneniu nečistôt olova. Pomáha pri výrobe chromátu stroncia, zlúčeniny, ktorá sa používa ako inhibítor korózie v tlačiarenských farbách.

Odpadové vody a fosforeskujúce žiarovky

Používa sa pri úprave odpadovej vody na odstránenie síranu. Okrem toho sa používa pri výrobe kyseliny ortofosforečnej a používa sa pri výrobe žiariviek.

ohňostroj

Uhličitan strontnatý, podobne ako iné soli stroncia, sa používa v ohňostrojoch, aby mu dodal karmínovo červenú farbu. Škvrna, ktorá sa používa aj pri testovaní stroncia.

hydroxid

Používa sa pri extrakcii cukru z repy, pretože hydroxid strontnatý sa kombinuje s cukrom za vzniku komplexného sacharidu. Komplex môže byť disociovaný pôsobením oxidu uhličitého, pričom cukor zostáva voľný. Používa sa tiež pri stabilizácii plastov.

oxid

Je prítomná v skle použitom pri výrobe televíznej obrazovky, ktorá sa začína touto aplikáciou v roku 1970. Farebné televízory, ako aj ďalšie zariadenia, ktoré obsahujú katódové lúče, sú potrebné na zastavenie používania stroncia v prednej doske. X-lúče.

Tieto televízory sa už nepoužívajú, pretože katódové trubice boli nahradené inými zariadeniami, a preto sa použitie zlúčenín stroncia nevyžaduje.

Na druhej strane oxid strontnatý sa používa na zlepšenie kvality keramických glazúr.

chlorid

Chlorid strontnatý sa používa v niektorých zubných pástach pre citlivé zuby a pri výrobe ohňostrojov. Okrem toho sa používa obmedzeným spôsobom na odstránenie nežiaducich plynov vo vákuových nádobách.

ranelát

Používa sa pri liečbe osteoporózy, pretože zvyšuje hustotu kostí a znižuje výskyt zlomenín. Aplikuje sa topicky a tlmí zmyslové podráždenie. Jeho použitie sa však znížilo kvôli dôkazu, že zvyšuje výskyt kardiovaskulárnych chorôb.

hlinitan

Používa sa ako doping v elektronickom priemysle. Často sa používa aj na to, aby určité hračky žiarili v tme, pretože ide o chemicky a biologicky inertnú zlúčeninu.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Stroncia. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Stroncia. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
4. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Stroncia. PubChem Database. CID = 5359327. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20. mája 2013). Fakty o stronciu. Získané z: livescience.com
6. Doug Stewart. (2019). Fakty o stronciu. Získané z: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. júla 2019). Fakty o stronciu (atómové číslo 38 alebo Sr). Získané z: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Stroncia. Obnovené z: lenntech.com