ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Стронций - тридцать восьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Sr от латинского «strontium». Расположен в пятом периоде, IIA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 38.

Стронций встречается в природе главным образом в виде сульфатов и карбонатов, образуя минералы целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 . Содержание стронция в земной коре равно 0,04% (масс.).

Металлический стронций в виде простого вещества представляет собой мягкий серебристо-белый (рис. 1) метал, обладающий ковкостью и пластичностью (легко режется ножом). Химически активный: быстро окисляется на воздухе, довольно энергично взаимодействует с водой и непосредственно соединяется со многими элементами.

Рис. 1. Стронций. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса стронция

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии стронций существует в виде одноатомных молекул Sr, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 87,62.

Аллотропия и аллотропные модификации стронция

Стронций существует в виде трех кристаллических модификаций, каждая из которых устойчива в определенном температурном диапазоне. Так, до 215 o С устойчив α-стронций (кубическая гранецентрированная решетка), выше 605 o С — g — стронций (кубическая объемноцентрированная решетка), а в интервале температур 215 — 605 o С — b-стронций (гексагональная решетка).

Изотопы стронция

Известно, что в природе рубидий может находиться в виде единственного стабильного изотопа 90 Sr.Массовое число равно 90, ядро атома содержит тридцать восемь протонов и пятьдесят два нейтрона. Радиоактивен.

Ионы стронция

На внешнем энергетическом уровне атома стронция имеется два электрона, которые являются валентным:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2 .

В результате химического взаимодействия стронций отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Sr 0 -2e → Sr 2+ .

Молекула и атом стронция

В свободном состоянии стронций существует в виде одноатомных молекул Sr. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу стронция:

Сплавы стронция

Стронций нашел широкое применение в металлургии в качестве легирующего компонента сплавов на основе меди.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Определите, какое из двух указанных оснований будет более сильным: гидроксид стронция (II) (Sr(OH) 2) или гидроксид кадмия (Cd(OH) 2)?
Решение	Прежде, чем дать ответ на вопрос задачи, следует дать понятие тому, что подразумевается под силой основания. Сила основания - это характеристика данного класса неорганических соединений, демонстрирующая прочность связи протонов, которые в процессе химической реакции были «оторваны» от молекулы растворителя. Стронций и кадмий расположены в одном периоде, а также в одной и той же группе Периодической системы Д.И. Менделеева (II), только в разных подгруппах. Стронций - элемент главной, а кадмий - побочной подгруппы. При одинаковом количестве электронных оболочек радиус атома кадмия меньше, чем у стронция, что затрудняет процесс отдачи электрона от атома. Кроме этого, электроотрицательность кадмия выше, чем стронция, поэтому кадмий «с большим удовольствием» будет принимать электроны другого атома, нежели отдавать свои; поэтому более сильным основанием является гидроксид стронция (II) (Sr(OH) 2).
Ответ	Гидроксид стронция (II) (Sr(OH) 2)

Номер атома 38 с массой 87,62. В природе встречается в стабильном состоянии в виде 4-х изотопов: 84, 86, 87, 88. Самый распространенный в природе 88. В связи с распадом природного рубидия 87 точное количество стронция с течением времени меняется. Человеком были получены радиоактивные атомы с номерами 80-97.

Причем из урана получен самый часто применяемый изотоп – Стронций 90 . История открытия элемента уходит в далекие 90-е годы восемнадцатого века. Еще в 1787 году стронций был впервые выделен из минерала стронцианита близ деревни Стронциана в Шотландии.

Первые изучения провели ученые-химики Адер Кроуфорд и Мартин Генрих Клапот. В России исследования стронциановой земли проводил Тобиаш Ловиц. Отличительной характеристикой стало горение ярко-красным пламенем.

Описание и свойства стронция

Стронций формула – Sr. Представляет собой полиморфный металл белой окраски с серебристым отливом. В связи с быстрой реакцией в чистом виде с кислородом воздуха приобретает оксидную пленку с желтым оттенком. Стронций металл очень мягкий и легко поддается ковке.

Представлен в трех модификациях: кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка – до 231 °С, гексагональная – от 231 до 623 °С, кубическая объемоцентрированная – при температуре выше 623 °С. Атом стронция имеет строение внешней электронной оболочки 5s2. В реакциях окисляется и принимает форму +2, иногда + 1. Строение атома стронция : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2

Основные физические показатели:

Атомный объем – 34 см 3 /г×атом;

Радиус атома – 2,15 А;

Плотность – 2,63 г/см 3 при 20 °С;

Тпл. = 770 °С;

Ткип. = 1380 °С;

Уд. тепл-сть 0,176 кал/г×град при 20 °С;

Давление пара 10-3 мм ртутного столба при 462 °С, 1 мм ртутного столба 733 °С и 100 мм ртутного столба при 1092 °С;

Поверхностное натяжение 165 дин/см;

Твердость по Бринеллю 13 кГ/мм2;

Химическая характеристика стронция . По реакционной способности стронций близок к своим братьям о группе барию и кальцию. При обычных условиях быстро взаимодействует с кислородом атмосферного воздуха. Образуется оксид стронция SrO и SrO 2 с желтоватым оттенком.

Как и все щелочноземельные металлы реагирует с водой – образуется гидроксид стронция . Очень активно проходит взаимодействие с галогенами — образуются галогениды. Порошкообразная форма металла очень быстро воспламеняется даже при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Особо важными при этом являются йодид и хлорид стронция . При нагревании активно соединяется с углекислым газом, образуется карбонат и гидрокарбонат. В газовой фазе при добавлении водорода образуется гидрид SrH 2 . Наиболее распространены также следующие соединения: карбид – соединения на основе углерода (SrC 2), амид – с аммиаком в газообразном состоянии (Sr(NH 2) 2), сульфид – с серой (SrS), селенид – с селеном (SrSe) и некоторые другие.

Стронций в расплавленном состоянии легко смешивается с такими металлами, как алюминий, железо, барий, и другие. Происходит гомогенезация расплава с получением интерметаллидов. Стронций легко реагирует с разбавленными кислотами. Огромное количество разнообразных солей получается в реакциях с органическими и минеральными кислотами.

Однако проявляя высокую реакционную способность со слабыми кислотами, с концентрированными, напротив, активности не проявляет. Поэтому сульфаты, нитраты, нитриты и другие соли стронция получают в реакции с разбавленными кислотами. Основная масса солей окрашены в белый цвет с различной степенью растворимости в воде (на основе минеральных кислот, как правило, растворяются лучше).

Характеристика стронция как радиоактивного элемента. Радиоактивный изотоп получают в ядерных реакторах в течение β — -распада рубидия 90, после чего стронций проходит стадию β — -распада с получением нуклида иттрия 90. Период полураспада стронция равен 28,79 лет.

Месторождения и добыча стронция

Стронций широко распространен в природе. Элемент в виде руд залегает в земной коре. В мировом океане находится более 24% общего запаса элемента. Природные запасы существует только в связанном состоянии и представляют собой минералы, общее количество которых насчитывает не менее 40. В земле стран СНГ, Западной Европы, Северной Америке, преимущественно в Канаде, найдены самые большие залежи руды: стронцианита — стронция карбонат и — стронция сульфат .

Промышленные способы получения металла основаны на обработке минеральных руд различными соединениями. После чего осуществляют термическое разложение соединений, либо электролитическое воздействие. Однако в результате подобных реакций образуется порошкообразная форма металла, которая очень легко воспламеняется, либо выход элемента очень низок и получают с примесями. Поэтому в настоящее время вышеописанные методы не используются.

Наиболее популярным остается восстановление оксида стронция с добавлением металлического алюминия и кремневого песка. Реакция проходит в вакуумной трубке, выполненной из стали при очень высоких температурах выше 1 000 °С. Очистку элемента осуществляют перегонкой также под вакуумом. Для атомной энергетики чрезвычайно важно получение радиоактивных изотопов.

Их получают в реакторах в течение полураспада Урана 235. Изотоп Sr 89 (полураспад стронция 50,5 суток) образуется после распада с выделением огромного количества энергии из стабильного изотопа. Стронций является незаменимой частью животного и растительного мира. Многие организмы накапливают элемент в себе совместно с кальцием и фосфором.

Применение стронция

В виде металла используют в качестве легирующего агента. Добавляет ковкость и пластичность. В смеси с барием и кальцием взрывоопасен. Является частью термитных смесей.

Использование соединений стронция:

SrO — часть оксидных катодов, пиротехнических смесей.

SrCO 3 — получают специальные покрытия – химическистабильные и термическистойкие глазури.

Sr(NO 3) 2 – компонент пиротехнических веществ для сигнальных ракет.

SrSO 4 – наполнитель для красок и резины.

SrCrO 4 — компонент лаков и грунтовок в авиастроении.

SrTiO 3 – материал производства диэлектрических антенн, проводников и датчиков.

SrF 2 — используют при производстве специализированных .

SrCl 2 – компонент пиротехнических составов, косметических средств и медицинских препаратов.

SrS используют в производстве добавок при изготовлении кожи.

90 Стронций 137 цезий используют как компонент радиоактивного топлива.

Самое полезное вещество на основе органических соединений — стронция ранелат — стимулятор роста костной ткани. Данным препаратом проводят лечение остеопороза.

Цена стронция

Металлический стронций чаще всего продают в виде соединений. Цены на соединения стронция варьируется в широких пределах: Нитрат – 3,8 USD, Хлорид – 500-800 рублей, Ранелат в виде препаратов от 1500 до 2500 рублей.

СТРОНЦИЙ (Strontium), Sr (а. strontium; н. Strontium; ф. strontium; и. estroncio), — химический элемент II группы периодической системы Менделеева , атомный номер 38, атомная масса 87,62, относится к щёлочноземельным металлам.

Свойства стронция

Природный стронций состоит из 4 стабильных изотопов; 84 Sr (0,56%), 86 Sr (9,84%), 87 Sr (7,0%) и 88 Sr (82,6%); известно свыше 20 искусственных радиоактивных изотопов стронция с массовыми числами от 77 до 99, из которых наиболее важное значение имеет 90 Sr (ТЅ 29 лет), образующийся при делении урана . Стронций открыт в 1790 шотландским учёным А. Крофордом в виде оксида.

В свободном состоянии стронций — мягкий золотисто-жёлтый металл. При t ниже 248°С для него характерна гранецентрированная кубическая решётка (а-Sr с периодом а=0,60848 нм), в интервале 248-577°С — гексагональная (b-Sr с периодами а=0,432 нм, с=0,706 нм); при более высокой температуре переходит в объёмноцентрированную кубическую модификацию (g-Sr с периодом а=0,485 нм). Плотность а-Sr 2540 кг/м 3 ; t плавления 768°С, t кипения 1381°С; молярная теплоёмкость 26,75 Дж/(моль.К); удельное электрическое сопротивление 20,0.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 20,6.10 -6 К -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2.10 -6 . Пластичен, мягок, легко режется ножом.

Стронций по химическим свойствам сходен с Ca и Ba. В соединениях имеет степень окисления +2. Быстро окисляется на воздухе, при комнатной температуре взаимодействует с водой , при повышенной — с водородом , азотом , фосфором , серой и галогенами.

Среднее содержание стронция в земной коре 3,4.10 -2 % (по массе). Магматические средние горные породы содержат несколько больше стронция (8,0.10 -2 %), чем (4,5.10 -2 %), (4,4.10 -2 %), (3.10 -2 %) и (1.10 -3 %) горные породы . Известно около 30 минералов стронция, важнейшими из которых являются целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 ; помимо этого практически всегда присутствует в минералах кальция , калия и бария , входя в виде изоморфной примеси в их кристаллической решётке. Поскольку из 4 природных изотопов стронция один (87 Sr) постоянно накапливается в результате Я-распада 87 Rb, изотопный состав стронция (отношение 87 Sr/ 86 Sr) используется в геохимических исследованиях для установления генетических взаимоотношений между различными комплексами пород, а также для определения их радиометрического возраста (при условии одновременного определения содержания рубидия в исследуемых объектах). Радиоактивный 90 Sr служит загрязнения окружающей среды (до прекращения атмосферных ядерных испытаний был одним из главных факторов радиоактивного загрязнения).

Применение и использование

Основное сырьё для получения стронция — целестиновые и стронцианитовые руды . Металлический стронций получают алюмотермическим восстановлением оксида стронция в вакууме. Применяют при изготовлении алюминиевых сплавов и некоторых сталей, электровакуумных приборов и некоторых оптических стёкол. Соли стронция, окрашивающие пламя в интенсивный красный цвет, используются в пиротехнике. 90 Sr применяют в медицине как источник ионизирующего излучения.

Стронций (лат. Strontium), Sr, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 38, атомная масса 87,62, серебристо-белый металл. Природный Стронций состоит из смеси четырех стабильных изотопов: 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr и 88 Sr; наиболее распространен 88 Sr (82,56%).

Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в т.ч. 90 Sr (T ½ = 27,7 года), образующийся при делении урана. В 1790 году шотландский врач А. Крофорд, исследуя найденный близ населенного пункта Строншиан (в Шотландии) минерал, обнаружил, что он содержит неизвестную ранее "землю", которая была названа стронцианом. Позднее оказалось, что это оксид Стронция SrO. В 1808 Г. Дэви, подвергая электролизу с ртутным катодом смесь увлажненного гидрооксида Sr(OH) 2 с оксидом ртути, получил амальгаму Стронция.

Распространение Стронция в природе. Среднее содержание Стронция в земной коре (кларк) 3,4·10 -2 % по массе, в геохимических процессах он является спутником кальция. Известно около 30 минералов Стронция; важнейшие - целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 . В магматических породах Стронций находится преимущественно в рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решетку кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере Стронций накапливается в карбонатных породах и особенно в осадках соленых озер и лагун (месторождения целестина).

Физические свойства Стронция. При комнатной температуре решетка Стронция кубическая гранецентрированная (α-Sr) с периодом а = 6,0848Å; при температуре выше 248 °С превращается в гексагональную модификацию (β-Sr) с периодами решетки а = 4,32Å и с = 7,06 Å; при 614 °C переходит в кубическую объемноцентрированную модификацию (γ-Sr) с периодом а = 4,85Å. Атомный радиус 2,15Å, ионный радиус Sr 2+ 1,20Å. Плотность α-формы 2,63 г/см 3 (20 °C); t пл 770 °С, t кип 1383 °C; удельная теплоемкость 737,4 кдж/(кг·К) ; удельное электросопротивление 22,76·10 -6 ом·см -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2·10 -6 . Стронций - мягкий пластичный металл, легко режется ножом.

Химические свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Sr 5s 2 ; в соединениях обычно имеет степень окисления +2. Стронций - щелочноземельный металл, по химические свойствам сходен с Ca и Ba. Металлический Стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую поверхностную пленку, содержащую оксид SrO, пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . С кислородом при обычных условиях образует оксид SrO (серовато-белый порошок), которая на воздухе легко переходит в карбонат SrCO 3 ; с водой энергично взаимодействует, образуя гидроксид Sr(OH) 2 - основание более сильное, чем Ca(OH) 2 . При нагревании на воздухе легко воспламеняется, а порошкообразный Стронций на воздухе самовозгорается, поэтому хранят Стронций в герметически закрытых сосудах под слоем керосина. Бурно разлагает воду с выделением водорода и образованием гидроксида. При повышенных температурах взаимодействует с водородом (>200 °C), азотом (>400 °C), фосфором, серой и галогенами. При нагревании образует интерметаллические соединения с металлами, например SrPb 3 , SrAg 4 , SrHg 8 , SrHg 12 . Из солей Стронция хорошо растворимы в воде галогениды (кроме фторида), нитрат, ацетат, хлорат; трудно растворимы карбонат, сульфат, оксалат и фосфат. Осаждение Стронция в виде оксалата и сульфата используют для его аналитического определения. Многие соли Стронция образуют кристаллогидраты, содержащие от 1 до 6 молекул кристаллизационной воды. Сульфид SrS постепенно гидролизуется водой; нитрид Sr 3 N 2 (черные кристаллы) легко разлагается водой с выделением NH 3 и Sr(OH) 2 . Стронций хорошо растворяется в жидком аммиаке, давая растворы темно-синего цвета.

Получение Стронция. Основным сырьем для получения соединений Стронция служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический Стронций получают восстановлением оксида Стронция алюминием при 1100-1150 °C:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrO·Al 2 O 3 .

Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст.)] периодического действия. Пары Стронция конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и расплавляют конденсат, который стекает в изложницу. Стронций получают также электролизом расплава, содержащего 85% SrCl 2 и 15% KCl, однако при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязненным солями, нитридом и оксидом. В промышленности электролизом с жидким катодом получают сплавы Стронция, например, с оловом.

Применение Стронция. Стронций служит для раскисления меди и бронзы. 90 Sr - источник β-излучения в атомных электрических батареях. Стронций используется для изготовления люминофоров и фотоэлементов, а также сильно пирофорных сплавов. Оксид Стронция входит в состав некоторых оптических стекол и оксидных катодов электронных ламп. Соединения Стронция окрашивают пламя в интенсивный вишнево-красный цвет, благодаря чему некоторые из них находят применение в пиротехнике. Стронцианит вводят в шлак для очистки высокосортных сталей от серы и фосфора; карбонат Стронция используют в неиспаряющихся геттерах, а также добавляют в состав стойких к атмосферным воздействиям глазурей и эмалей для покрытия фарфора, сталей и жаропрочных сплавов. Хромат SrCrO 4 - очень устойчивый пигмент для изготовления художественных красок, титанат SrTiO 3 применяют как сегнетоэлектрик, он входит в состав пьезокерамики. Стронциевые соли жирных кислот ("стронциевые мыла") используют для изготовления специальных консистентных смазок.

Соли и соединения Стронций малотоксичны; при работе с ними следует руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Стронций в организме. Стронций - составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата Стронция - целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг Стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление Стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде Стронция с другими элементами, главным образом с Ca и P, а также от адаптации организмов к определенной геохимической среде.

Животные получают Стронций с водой и пищей. Всасывается Стронций тонким, а выделяется в основном толстым кишечником. Ряд веществ (полисахариды водорослей, катионообменные смолы) препятствует усвоению Стронция. Главное депо Стронция в организме - костная ткань, в золе которой содержится около 0,02% Стронция (в других тканях - около 0,0005%). Избыток солей Стронций в рационе крыс вызывает "стронциевый" рахит. У животных, обитающих на почвах со значит, количеством целестина, наблюдается повышенное содержание Стронция в организме, что приводит к ломкости костей, рахиту и другим заболеваниям. В биогеохимических провинциях, богатых Стронцием (ряд районов Центральной и Восточной Азии, Северной Европы и других), возможна так называемых уровская болезнь.

Стронций-90. Среди искусственных изотопов Стронций его долгоживущий радионуклид 90 Sr - один из важных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Попадая в окружающую среду, 90 Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90 Sr принято рассчитывать отношение 90 Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90 Sr на 1 г Ca). При передвижении 90 Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация Стронций, для количественного выражения которой находят "коэффициент дискриминации", отношение 90 Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90 Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения 90 Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое влияние имеет тип почвы, ее влажность, рН, содержание Ca и органических веществ и т. д.). Относительно больше накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в т. ч. зерновые, и лен. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90 Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90 Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и других. Большую опасность 90 Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Биологическое действие 90 Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы β-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90 Y. При длительном поступлении 90 Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании 90 Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в 1963 году в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90 Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.

Стронций - элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium ). Простое вещество стронций - мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

Атомный номер - 38

Атомная масса - 87,62

Плотность, кг/м³ - 2600

Температура плавления, °С - 768

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,737

Электроотрицательность - 1,0

Ковалентный радиус, Å - 1,91

1-й ионизац. потенциал, эв - 5,69

История открытия стронция

В 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом. Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF 2 или витерита ВаCO 3 , но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел.

Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик – Хоп. Придя к таким же результатам, он объявил, что в стронцианите есть новый элемент – металл стронций.

Видимо, открытие уже «витало в воздухе», потому что почти одновременно сообщил об обнаружении новой «земли» и видный немецкий химик Клапрот.

В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик – академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. В этом минерале (его состав BaSО 4) Карл Шееле открыл в 1774 г. окись нового элемента бария. Не знаем, отчего Ловиц был неравнодушен именно к тяжелому шпату; известно только, что ученый, открывший адсорбционные свойства угля и сделавший еще много в области общей и органической химии, коллекционировал образцы этого минерала. Но Ловиц не был просто собирателем, вскоре он начал систематически исследовать тяжелый шпат и в 1792 г. пришел к выводу, что в этом минерале содержится неизвестная примесь. Он сумел извлечь из своей коллекции довольно много – больше 100 г новой «земли» и продолжал исследовать ее свойства. Результаты исследования были опубликованы в 1795 г.

Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементарном виде его выделили лишь в 1808 г.

Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т.е. тем же способом, что и кальций, магний, барий. А если говорить конкретнее, то первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси. Выделявшийся на катоде стронций мгновенно соединялся с ртутью, образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.

Присутствие стронция в природе

Стронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%). По массе, в геохимических процессах он является спутником кальция. В магматических породах Стронций находится преимущественно в рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решетку кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере Стронций накапливается в карбонатных породах и особенно в осадках соленых озер и лагун.

Стронций - составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата Стронция - целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг Стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление Стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде Стронция с другими элементами, главным образом с Ca и P, а также от адаптации организмов к определенной геохимической среде.

В природе стронций встречается в виде смеси 4 стабильных изотопов 84 Sr (0,56 %), 86 Sr (9,86 %), 87 Sr (7,02 %), 88 Sr (82,56 %). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в т.ч. 90 Sr (T ½ = 27,7 года), образующийся при делении урана.

Получение стронция

Существуют 3 способа получения металлического стронция:

• термическое разложение некоторых соединений
• электролиза расплава, содержащего 85% SrCl 2 и 15% KCl, однако при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязненным солями, нитридом и оксидом. В промышленности электролизом с жидким катодом получают сплавы Стронция, например, с оловом.
• восстановление оксида или хлорида

Основным сырьем для получения соединений Стронция служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический Стронций получают восстановлением оксида Стронция алюминием при 1100-1150 °C:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrO·Al 2 O 3 .

Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст.)] периодического действия. Пары Стронция конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и расплавляют конденсат, который стекает в изложницу.

Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl 2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

Физические свойства стронция

При комнатной температуре решетка Стронция кубическая гранецентрированная (α-Sr) с периодом а = 6,0848Å; при температуре выше 248 °С превращается в гексагональную модификацию (β-Sr) с периодами решетки а = 4,32Å и с = 7,06 Å; при 614 °C переходит в кубическую объемно-центрированную модификацию (γ-Sr) с периодом а = 4,85Å. Атомный радиус 2,15Å, ионный радиус Sr 2+ 1,20Å. Плотность α-формы 2,63 г/см 3 (20 °C); t пл 770 °С, t кип 1383 °C; удельная теплоемкость 737,4 кдж/(кг·К) ; удельное электросопротивление 22,76·10 -6 ом·см -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2·10 -6 . Стронций - мягкий пластичный металл, легко режется ножом.

Полиморфен - известны три его модификации. До 215 о С устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605 о С - гексагональная (β-Sr), выше 605 о С - кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).

Температура плавления - 768 о С, Температура кипения - 1390 о С.

Химические свойства стронция

Стронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен −2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид:

Sr + 2H 2 O = Sr(OH) 2 + H 2

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H 2 SO 4 , HNO 3) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами - серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 о С), азотом (выше 400 о С). Практически не реагирует с щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO 2 , образуя карбид:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl - , I - , NO 3 - . Соли с анионами F - , SO 4 2- , CO 3 2- , PO 4 3- малорастворимы.

Применение стронция

Основные области применения стронция и его химических соединений - это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

Стронций чистотой 99,99-99,999 % применяется для восстановления урана.

Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

Еще задолго до открытия стронция его нерасшифрованные соединения применяли в пиротехнике для получения красных огней. До середины 40-х годов 20го века стронций был, прежде всего, металлом фейерверков, потех и салютов. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Радиоактивный 90 Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титаната стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение около 0,54 Вт/см³).

Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронций-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и в частности разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.

Металл применяют в глазурях и эмалях для покрытия посуды. Стронциевые глазури не только безвредны, но и доступны (карбонат стронция SrCO 3 в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). Все положительные качества свинцовых глазурей свойственны и им. Более того, изделия, покрытые такими глазурями, приобретают дополнительную твердость, термостойкость, химическую стойкость.

Стронций – активный металл. Это препятствует его широкому применению в технике. Но, с другой стороны, высокая химическая активность стронция позволяет использовать его в определенных областях народного хозяйства. В частности, его применяют при выплавке меди и бронз – стронций связывает серу, фосфор, углерод и повышает текучесть шлака. Таким образом, стронций способствует очистке металла от многочисленных примесей. Кроме того, добавка стронция повышает твердость меди, почти не снижая ее электропроводности. В электровакуумные трубки стронций вводят, чтобы поглотить остатки кислорода и азота, сделать вакуум более глубоким.

Влияние стронция на организм человека

Соли и соединения стронция малотоксичны; при работе с ними следует руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Не следует путать действие на организм человека природного (нерадиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция. Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28.9 лет. 90 Sr претерпевает β-распад, переходя в радиоактивный 90 Y (период полураспада 64 ч.) Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет. 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

Радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека:

1. Откладывается в скелете (костях), поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.

2. Вызывает лейкемию и злокачественные опухоли (рак) костей, а также поражение печени и мозга.

Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырехлетнего возраста, когда идет активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы. Пути попадания:

1. вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ - 8 мг/л, а в США - 4 мг/л )
2. пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)
3. интратрахеальное поступление
4. через кожу (накожное)
5. ингаляционное (через воздух)
6. из растений или через животных стронций-90 может непосредственно перейти в организм человека.

Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина Д, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких как барий, молибден, селен и др.). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» - поражение и деформация суставов, задержка роста и другие нарушения.

Стронций-90.

Попадая в окружающую среду, 90 Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90 Sr принято рассчитывать отношение 90 Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90 Sr на 1 г Ca). При передвижении 90 Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация Стронций, для количественного выражения которой находят "коэффициент дискриминации", отношение 90 Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90 Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения 90 Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни. Относительно больше накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в т. ч. зерновые, и лен. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90 Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90 Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и других. Большую опасность 90 Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Для человека период его полувыведения стронция-90 - 90-154 суток.

Заключение в 1963 году в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90 Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.

После аварии на чернобыльской АЭС вся территория со значительным загрязнением стронцием-90 оказалась в пределах 30- километровой зоны. Большое количество стронция-90 попало в водоемы, но в речной воде его концентрация нигде не превышала предельно допустимой для питьевой воды (кроме р. Припять в начале мая 1986 г. в ее нижнем течении).

Во время аварии на Чернобыльской АЭС во внешнюю среду его попало сравнительно немного - суммарный выброс оценивается в 0,22 МКи. Исторически сложилось так, что в радиационной гигиене уделяется много внимания этому радионуклиду. Причин тому несколько. Во-первых - на стронций-90 приходится значительная часть активности в смеси продуктов ядерного взрыва: 35% суммарной активности сразу после взрыва и 25% через 15-20 лет, во-вторых - ядерные аварии на ПО «Маяк» на Южном Урале в 1957 и 1967 годах, когда в окружающую среду было выброшено значительное количество стронция-90.