Стронций является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 38 и условным обозначением Sr. Стронций представляет собой мягкий серебристо-белый желтоватый металлический элемент, который обладает высокой химической активностью.
Открытие
История открытия стронция начинается в самом конце XVII века, когда в 1790 году ирландский врач Адэр Кроуфорд и его помощник Уильям Круикшанк признали, что руды из шотландской деревни Стронтиан демонстрируют свойства, которые отличаются от свойств руд из других источников так называемых «тяжелых шпатов».
Врач и немецкий коллекционер минералов Фридрих Габриэль Сульцер проанализировал вместе с Иоганном Фридрихом Блюменбахом минерал из стронциана и назвал его стронцианитом. Он также пришел к выводу, что он отличается от витерита и содержит новый химический элемент. В 1793 году Томас Чарльз Хоуп изучил минерал и предложил название стронтиты. В конечном итоге стронций был выделен сэром Хэмфри Дэви в 1808 году электролизом смеси, содержащей хлорид стронция и оксид ртути. Результаты данного опыта был озвучен в лекции Королевского общества 30 июня 1808 года. В соответствии с наименованием других щелочноземельных металлов, Дэви изменил название на стронций.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 777 ° С |
| Точка кипения | 1377 °С |
| Плотность при Н.У. | 2,582 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 1.5 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 9,20 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 144 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 26,79 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 33,7 см3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 38 |
| Атомная масса | 87,62 |
| Электронная конфигурация | 5s2 |
| Радиус атома | 215 пм |
| Ковалентный радиус | 191 пм |
| Степени окисления | 0, +2 |
| Радиус иона | 112 пм |
| Электроотрицательность | 0.95 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 549,0 кДж/моль |
| Изотопы | ⁸²Sr; ⁸³Sr; ⁸⁴Sr; ⁸⁵Sr; ⁸⁶Sr; ⁸⁷Sr; ⁸⁸Sr; ⁸⁹Sr; ⁹⁰Sr |
Интересное:
Добыча и производство
Стронций является 15-м химическим элементом по распространенности на планете с долей содержания 360 частей на миллион в земной коре. Главным материалом для производства стронция и его соединений обычно является целестин (сульфат стронция). Из него обычно сначала получают карбонат стронция. Это важнейшее в промышленном отношении соединение стронция и сырье для извлечения металла и других соединений.
Исходя из открытых данных основными производителями стронция в виде целестина по состоянию на январь 2024 года являются Испания (200 000 т ), Иран (200 000 т), Китай (80 000 т), Мексика (35 000 т) и Аргентина (700 т). Большая часть добытого целестина (SrSO4) преобразуется в карбонат двумя способами. Либо целестин напрямую выщелачивается раствором карбоната натрия, либо целестин обжигается с углем для образования сульфида. На втором этапе получается темноокрашенный материал, содержащий в основном сульфид стронция. Этот так называемый «черный пепел» растворяется в воде и фильтруется. Карбонат стронция осаждается из раствора сульфида стронция путем введения диоксида углерода. Сульфат восстанавливается до сульфида путем карботермического восстановления:
SrSO4+ 2C → SrS + 2CO2
Металл производится в промышленных масштабах путем восстановления оксида стронция алюминием. Металлический стронций также может быть получен в небольших масштабах путем электролиза раствора хлорида стронция в расплавленном хлориде калия:
Sr2+ + 2e− → Sr
2 Cl− → Cl2 + 2e−
Ежегодное мировое производство таким образом добывается около 300 000 тонн стронция.
Интересное:
Применение
Применение стронция не очень распространено не смотря на массовость его производства. Около 40% стронция и его соединений, потребляемых в Соединенных Штатах, использовались для изготовления керамических ферритовых магнитов и пиротехники, который обеспечивает красный цвет в фейерверках и сигнальных ракетах. 20% от общего объема стронция пришлось на производство присадок к буровым растворам для бурения нефти и газа, использование в электролитическом производстве цинка, производстве сплавов, пигментов и наполнителей, а также в качестве добавки в стекольной промышленности. Минерал стронций целестин в основном используется в качестве добавки к буровому раствору при бурении нефти и газа.
Металлический стронций применяется преимущественно в алюминиевой промышленности на заводах первичной и вторичной выплавки алюминия, а также литейных заводах. Кроме того совместно с натрием стронций используется в качестве структурообразующего агента в алюминиево-кремнистых сплавах с 7–12% кремния. Небольшие добавки стронция изменяют эвтектику кремний-алюминиевых сплавов и тем самым улучшают механические свойства сплава. Это связано с тем, что в алюминиево-кремниевых сплавах без стронция на эвтектике выделяются крупные игольчатые зерна, имеющие небольшую механическую прочность, чему препятствует стронций. Его так называющий «рафинирующий» эффект длится дольше в расплавах готовых к разливке в литейных и разливочных печах, чем у натрия, поскольку он менее легко окисляется.
В области медленно затвердевающих расплавов (литье в песчаные формы) стронций уже частично заменил натрий, который десятилетиями был единственным веществом. При быстром затвердевании в постоянной металлической форме, особенно при литье под давлением, использование стронция не всегда необходимо, уже за счет быстрого затвердевания благоприятствует образованию желаемой тонкой, «рафинированной» структуры.
В ферросилиций добавляют стронций для регулирования структуры углерода и предотвращает неравномерное затвердевание при литье. Стронций также можно использовать в качестве геттерного материала в электронных лампах, для удаления серы и фосфора из стали и для упрочнения пластин свинцовых аккумуляторов.
Интересное:
Безопасность
Природный стронций является составной частью микроорганизмов, растений и животных. Стронций является аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырёхлетнего возраста, когда идёт активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы.
Период биологического полураспада стронция у людей по-разному оценивается разными учеными и зависит от огромного количества факторов. Широко распространенные опубликованные цифры периода биологического полураспада объясняются сложным метаболизмом стронция в организме. Однако, усредняя все пути выведения, общий период биологического полураспада оценивается примерно в 18 лет. Скорость выведения стронция наиболее сильно зависит от возраста и пола из-за различий в метаболизме костей.
Как и другие щелочноземельные металлы, стронций легко воспламеняется. Он реагирует с водой или углекислым газом, поэтому их нельзя использовать в качестве средств пожаротушения. Для тушения пожара следует использовать металлические огнетушители (класса D). Кроме того можно использовать также сухой песок, соль и порошок для тушения. При контакте с водой образуется водород который при определенных концентрации становится взрывоопасен. Для удаления небольших количеств стронций можно ввести в реакцию с изопропанолом, трет-бутанолом или октанолом.
Радиоактивный стронций (как правило, стронций-90) практически всегда негативно воздействует на организм человека. Откладываясь в костях, он облучает костную ткань и костный мозг, что увеличивает риск заболевания злокачественными опухолями костей, а при поступлении большого количества может вызвать лучевую болезнь. Области применения радиоактивного стронция — производство атомных электрических батарей, атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Это те сферы которые могут быть связаны с риском пагубного влияния.
В природной сфере этот элемент является просто безобидным камнем