Strontium (Sr) on kemiallinen alkuaine, jaksollisen järjestelmän 2. ryhmän maa-alkalimetalli. Käytettynä punaisissa merkkivaloissa ja loisteaineissa, se aiheuttaa suuren terveysriskin radioaktiivisen saastumisen vuoksi.
Löytöhistoria
Mineraali lyijykaivoksesta lähellä Strontianin kylää Skotlannista. Se tunnustettiin alun perin bariumkarbonaatiksi, mutta Adair Crawford ja William Cruikshank ehdottivat vuonna 1789, että se oli eri aine. Kemisti Thomas Charles Hope nimesi kylän mukaan uuden mineraalin strontiitin ja vastaavan strontiumoksidin SrO, strontium. Metallin eristi vuonna 1808 Sir Humphry Davy, joka elektrolysoi märän hydroksidin tai kloridin seoksen elohopeaoksidin kanssa käyttämällä elohopeakatodia ja haihdutti sitten elohopean tuloksena olevasta amalgaamista. Hän nimesi uuden elementin sanan "strontium" juurella.
Luonnossa oleminen
Strontiumin, jaksollisen taulukon 38. alkuaineen, suhteellisen runsauden avaruudessa on arvioitu olevan 18,9 atomia jokaista 106 piiatomia kohden. Siinä on kyse0,04 % maankuoren massasta. Alkuaineen keskimääräinen pitoisuus merivedessä on 8 mg/l.
Kemiallinen alkuaine strontium esiintyy laaj alti luonnossa, ja sen arvioidaan olevan 15. yleisin aine maan päällä, ja sen pitoisuudet ovat 360 miljoonasosaa. Äärimmäisen reaktiivisuutensa vuoksi sitä esiintyy vain yhdisteiden muodossa. Sen tärkeimmät mineraalit ovat selestiini (sulfaatti SrSO4) ja strontianiitti (karbonaatti SrCO3). Näistä selestiittiä löytyy riittävästi kannattavaan kaivostoimintaan, josta yli 2/3 maailman tarjonnasta tulee Kiinasta ja Espanja ja Meksiko toimittavat suurimman osan lopusta. Strontianiitin louhinta on kuitenkin kannattavampaa, koska strontiumia käytetään useammin karbonaattimuodossa, mutta esiintymiä tunnetaan suhteellisen vähän.
Ominaisuudet
Strontium on lyijyn k altainen pehmeä metalli, joka loistaa kuin hopea leikattaessa. Ilmassa se reagoi nopeasti ilmakehän hapen ja kosteuden kanssa ja saa kellertävän sävyn. Siksi se on säilytettävä erillään ilmamassoista. Useimmiten se varastoidaan kerosiiniin. Sitä ei esiinny luonnossa vapaassa tilassa. Kalsiumin ohella strontiumia sisältyy vain kahteen päämalmiin: selestiittiin (SrSO4) ja strontianiittiin (SrCO3).
Kemiallisten alkuaineiden sarjassa magnesium-kalsium-strontium (maa-alkalimetallit) Sr on Ca:n ja Ba:n välisen jaksollisen järjestelmän ryhmässä 2 (entinen 2A). Lisäksi se sijaitsee viidennessä jaksossa rubidiumin ja yttriumin välillä. Strontiumin atomisäteestä lähtiensamanlainen kuin kalsiumin säde, se korvaa helposti jälkimmäisen mineraaleissa. Mutta se on pehmeämpi ja reaktiivisempi vedessä. Muodostaa kosketuksessa hydroksidia ja vetykaasua. Tunnetaan 3 strontiumin allotrooppia, joiden siirtymäpisteet ovat 235°C ja 540°C.
Maa-alkalimetalli ei yleensä reagoi typen kanssa alle 380°C:ssa ja muodostaa huoneenlämpötilassa vain oksidin. Jauhemuodossa strontium syttyy kuitenkin spontaanisti muodostaen oksideja ja nitridejä.
Kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet
Kemiallisen alkuaineen strontium karakterisointi suunnitelman mukaan:
- Nimi, symboli, atominumero: strontium, Sr, 38.
- Ryhmä, jakso, lohko: 2, 5, s.
- Atomimassa: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Elektronien jakautuminen kuorissa: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensity: 2,64g/cm3.
- Sula- ja kiehumispisteet: 777 °C, 1382 °C.
- Hapetustila: 2.
Isotoopit
Luonnollinen strontium on neljän stabiilin isotoopin seos: 88Sr (82,6 %), 86Sr (9, 9 %), 87Sr (7,0 %) ja 84Sr (0,56 %). Näistä vain 87Sr on radiogeeninen - se muodostuu rubidiumin radioaktiivisen isotoopin hajoamisesta 87Rb puoliintumisajalla 4,88 × 10 10 vuotta. Uskotaan, että 87Sr syntyi "alkunukleosynteesin" aikana (alkuräjähdyksen varhainen vaihe) yhdessä isotooppien 84Sr,kanssa. 86 Sr ja 88Sr. Riippuensijainneissa 87Sr ja 86Sr suhde voi poiketa yli 5 kertaa. Tätä käytetään geologisten näytteiden ajoittamiseen ja luurangojen ja saviesineiden alkuperän määrittämiseen.
Ydinreaktioiden tuloksena saatiin noin 16 strontiumin synteettistä radioaktiivista isotooppia, joista kestävin on 90Sr (puoliintumisaika 28,9 vuotta). Tätä ydinräjähdyksessä syntyvää isotooppia pidetään vaarallisimpana hajoamistuotteena. Koska se on kemiallisesti samank altainen kuin kalsium, se imeytyy luihin ja hampaisiin, missä se jatkaa elektronien karkottamista aiheuttaen säteilyvaurioita, luuydinvaurioita, häiritsee uusien verisolujen muodostumista ja aiheuttaa syöpää.
Lääketieteellisesti kontrolloiduissa olosuhteissa strontiumia käytetään kuitenkin tiettyjen pinnallisten pahanlaatuisten kasvainten ja luusyöpien hoitoon. Sitä käytetään myös strontiumfluoridina kemiallisissa virtalähteissä ja radioisotooppien lämpösähkögeneraattoreissa, jotka muuttavat sen radioaktiivisen hajoamisen lämmön sähköksi ja toimivat pitkäikäisinä, kevyinä voimanlähteinä navigointipoijuissa, etäsääasemissa ja avaruusaluksissa.
89Sr:ää käytetään syövän hoitoon, koska se hyökkää luukudokseen, tuottaa beetasäteilyä ja hajoaa muutaman kuukauden kuluttua (puoliintumisaika 51 päivää).
Kemiallinen alkuaine strontium ei ole välttämätön korkeammille elämänmuodoille, sen suolat ovat yleensä myrkyttömiä. Mikä tekee90Sr vaarallinen, käytetään lisäämään luun tiheyttä ja kasvua.
Liitännät
Kemiallisen alkuaineen strontiumin ominaisuudet ovat hyvin samank altaisia kuin kalsiumin. Yhdisteissä Sr:llä on yksinomainen hapetusaste +2 Sr2+-ionina. Metalli on aktiivinen pelkistävä aine ja se reagoi helposti halogeenien, hapen ja rikin kanssa muodostaen halogenideja, oksideja ja sulfideja.
Strontiumyhdisteillä on melko rajallinen kaupallinen arvo, koska vastaavat kalsium- ja bariumyhdisteet tekevät yleensä samoin, mutta ovat halvempia. Jotkut niistä ovat kuitenkin löytäneet sovelluksen teollisuudessa. Vielä ei ole selvitetty, millä aineilla ilotulitteisiin ja merkkivaloihin saadaan karmiininpunainen väri. Tällä hetkellä vain strontiumsuoloja, kuten Sr(NO3)2 ja Sr(ClO) käytetään tämän värin saavuttamiseen. 3)2 . Pyrotekniikka kuluttaa noin 5-10 % tämän kemiallisen alkuaineen kokonaistuotannosta. Strontiumhydroksidia Sr(OH)2 käytetään joskus sokerin uuttamiseen melassista, koska se muodostaa liukoisen sakkaridin, josta sokeri voidaan helposti regeneroida hiilidioksidin vaikutuksesta. SrS-monosulfidia käytetään karvanpoistoaineena ja ainesosana elektroluminesoivien laitteiden ja valaisevien maalien loisteaineissa.
Strontiumferriitit muodostavat ryhmän yhdisteitä, joilla on yleinen kaava SrFexOy, joka on saatu korkean lämpötilan (1000-1300 °C) reaktio SrCO3 jaFe2O3. Niistä valmistetaan keraamisia magneetteja, joita käytetään laaj alti kaiuttimissa, autojen tuulilasinpyyhkimien moottoreissa ja lasten leluissa.
Tuotanto
Useimmat mineralisoituneesta selestiitistä SrSO4 muunnetaan karbonaatiksi kahdella tavalla: joko liuotetaan suoraan natriumkarbonaattiliuoksella tai kuumennetaan hiilellä sulfidin muodostamiseksi. Toisessa vaiheessa saadaan tummanvärinen aine, joka sisältää pääasiassa strontiumsulfidia. Tämä "musta tuhka" liukenee veteen ja suodatetaan. Strontiumkarbonaatti saostuu sulfidiliuoksesta lisäämällä hiilidioksidia. Sulfaatti pelkistetään sulfidiksi karbotermisellä pelkistyksellä SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Kenno voidaan valmistaa katodisella sähkökemiallisella kosketuksella, jossa katodina toimiva jäähdytetty rautasauva koskettaa kalium- ja strontiumkloridiseoksen pintaa ja nousee strontiumin jähmettyessä sen päälle. Elektrodien reaktiot voidaan esittää seuraavasti: Sr2+ + 2e- → Sr (katodi); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anodi).
Metallic Sr voidaan ottaa t alteen myös sen oksidista alumiinilla. Se on muokattava ja taipuisa, hyvä sähkönjohdin, mutta sitä käytetään suhteellisen vähän. Yksi sen käyttötavoista on alumiinin tai magnesiumin seosaineena sylinterilohkojen valussa. Strontium parantaa työstettävyyttä ja virumiskestävyyttämetalli. Vaihtoehtoinen tapa saada strontiumia on pelkistää sen oksidi alumiinilla tyhjössä tislauslämpötilassa.
Kaupallinen käyttö
Kemiallista elementtiä strontiumia käytetään laaj alti väritelevisioiden katodisädeputkien lasissa estämään röntgensäteiden tunkeutuminen. Sitä voidaan käyttää myös spraymaaleissa. Tämä näyttää olevan yksi todennäköisimmistä lähteistä yleisön altistumiseen strontiumille. Lisäksi elementtiä käytetään ferriittimagneettien valmistukseen ja sinkin jalostukseen.
Strontiumsuoloja käytetään pyrotekniikassa, koska ne värjäävät liekin punaiseksi palaessaan. Ja strontiumsuolojen ja magnesiumin seosta käytetään osana sytytys- ja signaaliseoksia.
Titanaatilla on erittäin korkea taitekerroin ja optinen dispersio, mikä tekee siitä hyödyllisen optiikassa. Sitä voidaan käyttää timanttien korvikkeena, mutta sitä käytetään harvoin tähän tarkoitukseen sen äärimmäisen pehmeyden ja naarmuuntumis alttiuden vuoksi.
Strontiumaluminaatti on kirkas fosfori, jolla on pitkäkestoinen fosforesenssistabiilisuus. Oksidia käytetään joskus parantamaan keraamisten lasitteiden laatua. Isotooppi 90Sr on yksi parhaista pitkäikäisistä korkean energian beetasäteilijöistä. Sitä käytetään virtalähteenä radioisotooppitermosähköisille generaattoreille (RTG), jotka muuttavat radioaktiivisten elementtien hajoamisen aikana vapautuvan lämmön sähköksi. Näitä laitteita käytetään mmavaruusalukset, etäsääasemat, navigointipoijut jne. - joissa tarvitaan kevyttä ja pitkäikäistä ydinvoimanlähdettä.
Strontiumin lääketieteellinen käyttö: ominaisuuksien karakterisointi, hoito lääkkeillä
Isotooppi 89Sr on aktiivinen aineosa radioaktiivisessa lääkkeessä Metastronissa, jota käytetään metastaattisen eturauhassyövän aiheuttaman luukivun hoitoon. Kemiallinen alkuaine strontium toimii kuten kalsium, se sisältyy pääasiassa luuhun paikoissa, joissa osteogeneesi on lisääntynyt. Tämä lokalisointi keskittää säteilyn vaikutuksen syöpävaurioon.
Radioisotooppia 90Sr:tä käytetään myös syövän hoidossa. Sen beetasäteily ja pitkä puoliintumisaika sopivat ihanteellisesti pintasäteilyhoitoon.
Kokeellinen lääke, joka on valmistettu yhdistämällä strontiumia raneliinihappoon, edistää luun kasvua, lisää luun tiheyttä ja vähentää murtumia. Stroniumranelaatti on rekisteröity Euroopassa osteoporoosin hoitoon.
Strontiumkloridia käytetään joskus herkkien hampaiden hammastahnoissa. Sen sisältö on 10 %.
Varotoimenpiteet
Puhaalla strontiumilla on korkea kemiallinen aktiivisuus, ja murskatussa tilassa metalli syttyy itsestään. Siksi tätä kemiallista alkuainetta pidetään palovaarallisena.
Vaikutus ihmiskehoon
Ihmiskeho imee strontiumia samalla tavalla kuin kalsiumia. Nämä kaksiAlkuaineet ovat kemiallisesti niin samank altaisia, että Sr:n stabiilit muodot eivät aiheuta merkittävää terveysriskiä. Sitä vastoin radioaktiivinen isotooppi 90Sr voi johtaa erilaisiin luusairauksiin ja sairauksiin, mukaan lukien luusyöpä. Strontiumyksikköä käytetään absorboituneen säteilyn mittaamiseen 90Sr.
