Электродный потенциал стронция. Как получают металлический стронций

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 (CAS-номер: 7440-24-6) — 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.

История и происхождение названия

Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено почти через 30 лет Уильямом Крюйкшенком и Адером Кроуфордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году.

Присутствие в природе

Стронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%).

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 %).

Получение Стронция

Три способа получения металлического стронция:

— термическое разложение некоторых соединений
— электролиз
— восстановление оксида или хлорида

Основным промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой.

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

При термическом разложении гидрида или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к легкому воспламенению.

Физические свойства

Стронций — мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, 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

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 тяжелые 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

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

Металлургия

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

Металлотермия

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

Магнитные материалы

Магнитотвердые ферриты стронция — широкоупотребительные материалы для производства постоянных магнитов.

Пиротехника

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в кирпично-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Изотопы

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).

Атомноводородная энергетика

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.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Химические источники тока

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.

Биологическая роль

Влияние на организм человека

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. По химическим реакциям радиоактивный и нерадиоактивные изотопы стронция практически не отличаются. Стронций природный — составная часть микроорганизмов, растений и животных. Независимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения стронция накапливаются в скелете. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Путь поступления влияет на величину отложения стронция в скелете. На поведение стронция в организме оказывает влияние вид, пол, возраст, а также беременность, и другие факторы. Например, в скелете мужчин отложения выше, чем в скелете женщин. Стронций является аналогом кальция. 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.
7. люди работа которых связана со стронцием (в медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней. Основные области применения природного стронция — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, металлотермия, пищевая промышленность, пр-во магнитных материалов, радиоактивного — пр-во атомных электрических батарей. атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы и др.)

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 Напротив, 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

Изотопы

Стронций-90

Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28,79 лет. 90 Sr претерпевает β-распад, переходя в радиоактивный иттрий 90 Y (период полураспада 64 часа). 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие 90 Sr и 90 Y поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Общие сведения и методы получения

Стронций (Sr) - металл серебристо-белого цвета. Минерал, содержа­щий стронций, был обнаружен в 1787 г. в Шотландии в свинцовом руд­нике недалеко от деревни Стронциан и назван стронцианитом. В 1790 г. шотландские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк подробно исследовали этот минерал и обнаружили в нем новую «землю» (ок­сид). Независимо от них их соотечественник химик Хоп установил, что в этом минерале содержится новый элемент - стронций. К такому же выводу пришел немецкий химик Клапрот. В те же годы известный рус­ский химик акад. Т. Е. Ловиц обнаружил следы стронция в тяжелом шпате. Результаты его исследований опубликованы в 1795 г. Однако чистый металл был выделен лишь в 1808 г. Дэви. В 1924 г. Даннер (США) получил чистый стронций восстановлением его из оксида ме­таллическим алюминием (или магнием).

Металлический стронций в настоящее время получают преимущест­венно алюминотермическим методом. Оксид стронция смешивают с по­рошком алюминия, брикетируют и помещают в электровакуумную печь (вакуум 1,333 Па), где при 1100-1150 "С происходит восстановление металла.

Стронций выпускают в соответствии с ЦМТУ 4764-56 трех марок (Ч, ЧДА и ХЧ) в виде штабиков и кристаллов (друзы).

Соли и соединения стронция токсичны (вызывают паралич, влияют на зрение). При работе с ними следует соблюдать правила техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 38, атомная масса 87,62 а. е. м, атомный объем 33,7*10 -6 м 3 /моль, атомный радиус 0,215 нм, ионный радиус 0,127 нм. Потенциалы ионизации J (эВ): 5,692; 11,026; 43,6. Электроотрицательность 1,0. Стронций имеет г. ц. к. решетку (a - Sr) с периодом а = 0,6085 нм, энергия кристаллической решетки 164,3 мкДж/кмоль, координационное число 12, межатомное расстояние 4,30 нм. При температуре 488 К происходит a -6-превращение. 6-строн-ций имеет гексагональную решетку с периодами а=0,432 нм, с - = 0,706 им, с/а= 1,64. При 605 °С имеет место полиморфное превраще­ние 6->-у- Образующая кубическая объемноцептрированная модифика­ция имеет период а=0,485 нм. Электронная конфигурация внешнего слоя 5 s 2 . Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов: 84 Sr (0,58 %), 86 Sr (9,88%), 87 Sr (7,2 %). 88 Sr (82,58 %). Получено так­же 14 искусственных неустойчивых изотопов Радиоактивный изотоп 90 Sr с периодом полураспада 27,7 лет образуется при ядерных реак­циях (делении урана). Эффективное поперечное сечение захвата теп­ловых нейтронов 1,21*10 -28 м 2 . Работа выхода электронов ф=2,35 эВ, для монокристалла (100) ф=2,43 эВ.

Плотность р при 273 К равна 2,630 Мг/м 3 .

Магнитная восприимчивость при температуре 293 К х= +1,05-Ю^ 9 .

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Sr -2 e =?* Sr 2 + cp 0 = 2,89 B . Степень окисления +2.

Стронций - очень активный элемент, быстро окисляется на возду­хе с выделением большого количества тепла, энергично разлагает воду. С водородом взаимодействует при повышенной температуре 300- 400°С, образуя гидрид SrH 2 с температурой плавления 650°С. С кис­лородом образует оксид (II) SrO с температурой плавления 2430 °С, при 500 °С и давлении 15 МПа - оксид (IV) Sr 0 2 . С азотом взаимо­действует при 380-400 °С и дает соединение Sr 3 N 2 .

При нагревании стронций легко взаимодействует с галогенами, об­разуя соответствующие соли: хлорид SrCl 2 с температурой плавления 872 °С, бромид SrBr 2 с температурой плавления 643 °С, фторид SrF 2 с температурой плавления 1190°С, иодид Srl 2 . С углеродом образует карбид стронция SrC 2 , с фосфором - фосфид стронция SrP 2 , с серой при нагревании - сульфиды.

С концентрированными азотной и серной кислотами взаимодейству­ет слабо, с разбавленными энергично; со щелочами - NaOH , КОН (концентрированными и разбавленными) также вступает в реакции.

С металлами образует твердые растворы и металлические соедине-

ния В жидком состоянии смешивается с элементами ПА, ПВ - VB подгрупп (Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, TI, Sn, Pb, Sb, Bi, As). Co многими из них образует металлические соединения (Al , Mg , Zn , Sn , РЬ и др.). С некоторыми переходными и благородными металлами дает несмешивающиеся системы. Для большинства металлов платиновой группы характерно образование со стронцием фаз типа Лавеса. С эле­ментами П1В подгруппы образует фазы типа АВ 4 . Электрохимический эквивалент 0,45404 мг/Кл.

Технологические свойства

Стронций - ковкий и пластичный металл. Ковкой из него можно по­лучить тонкий лист, а прессованием при 230 °С - проволоку.

Области применения

В промышленности используют металлический стронций и его соедине­ния. Введение этого элемента и его соединений в сталь и чугун спо­собствует повышению их качества. Имеются сведения об использова­нии стронция для раскисления и рафинирования меди; при этом также повышается твердость. Введение 0,1 % Sr в титан и его сплавы повы­шает ударную вязкость; стронций увеличивает пластичность магния и его сплавов, положительно влияет на свойства алюминиевых сплавов.

Соединения стронция используют в пиротехнике, в электровакуумной технике (газопоглотитель), в радиоэлектронике (для изготовления фо­тоэлементов). Стронций входит в состав оксидных катодов, применяе­мых в электронно-лучевых трубках, лампах СВЧ и др.

В стекловарении стронций используют для получения специальных оптических стекол; он повышает химическую и термическую устойчи­вость стекла и показатели преломления. Так, стекло, содержащее 9 °," 0 SrO , обладает высоким сопротивлением истиранию и большой эластич­ностью, легко поддастся механической обработке (кручению, перера­ботке в пряжу и ткани). В нашей стране разработана технология полу­чения стронцийсодержащего стекла без бора. Такое стекло обладает высокой химической стойкостью, прочностью и электрофизическими свойствами. Установлена способность стронциевых стекол поглощать рентгеновское излучение трубок цветных телевизоров, а также улуч­шать радиационную стойкость. Фторид стронция используют для про­изводства лазеров и оптической керамики. Гидроксид стронция приме­няют в нефтяной промышленности для производства смазочных масел с повышенным сопротивлением окислению, а в пищевой- для обработ­ки отходов сахарного производства с целью дополнительного извлече­ния сахара. Соединения стронция входят также в состав эмалей, глазу­рей и керамики Их широко используют в химической промышленноеги в качестве наполнителей резииы, стабилизаторов пластмасс, а также для очистки каустической соды от железа и марганца, в качестве ката­лизаторов в органическом синтезе и при крекинге нефти и т. д.

Металлический стронций сейчас получают алюмотермическим способом. Окись SrO смешивают с порошком или стружкой алюминия и при температуре 1100...1150°C в электровакуумной печи (давление 0,01 мм ртутного столба) начинают реакцию:

4SrO + 2Аl → 3Sr + Аl 2 O 3 · SrO.

Электролиз соединений стронция (метод, которым пользовался еще Дэви) менее эффективен.

Применение металлического стронция

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. Многократно очищенный стронций используют в качестве восстановителя при получении урана.

Дополнительно:

Стро́нций-90 (англ. strontium-90 ) - радиоактивный нуклид химического элемента стронция с атомным номером 38 и массовым числом 90. Образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии .

В окружающую среду 90 Sr попадает преимущественно при ядерных взрывах и выбросах с АЭС .

Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие 90 Sr и продуктов его распада поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни , опухолей кроветворной ткани и костей.

Применение:

90 Sr применяется в производстве радиоизотопных источников энергии в виде титаната стронция (плотность 4,8 г/см³, энерговыделение около 0,54 Вт/см³).

Одно из широких применений 90 Sr - контрольные источники дозиметрических приборов, в том числе военного назначения и Гражданской обороны. Наиболее распространенный - типа «Б-8» исполнен как металлическая подложка, содержащая в углублении каплю эпоксидной смолы, содержащей соединение 90 Sr. Для обеспечения защиты от образования радиоактивной пыли через эрозию, препарат закрыт тонким слоем фольги. Фактически такие источники ионизирующего излучения являются комплексом 90 Sr - 90 Y, поскольку иттрий непрерывно образуется при распаде стронция. 90 Sr - 90 Y является практически чистым бета-источником. В отличие от гамма-радиоактивных препаратов бета-препараты легко экранировать относительно тонким (порядка 1 мм) слоем стали, что обусловило выбор бета-препарата для проверочных целей, начиная со второго поколения военной дозиметрической аппаратуры (ДП-2, ДП-12, ДП-63).

Стронций - серебристо-белый, мягкий, пластичный металл. Химически он очень активен, как и все щелочноземельные металлы. Степень окисления + 2. Стронций непосредственно соединяется при нагревании с галогенами, фосфором, серой, углеродом, водородом и даже с азотом (при температуре выше 400°С).

Заключение

Итак, стронций частое применяют в химии, метеллургии, перотехнике, атомноводородной энергетике и тд. И поэтому, этот химический элемент все увереннее прокладывает себе дорогу в промышленность, спрос на него непрерывно растет. Стронций так же полезен в медицине. Действие на организм человека природного стронция (малотоксичного, широко используемого для лечения остеопороза). Радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека.

А сможет ли природа удовлетворить потребности человечества в этом металле?

В природе имеются довольно крупные так называемые вулканогенно-осадочные месторождения стронция, например в пустынях Калифорнии и Аризоны в США, (Кстати, замечено, что стронций «любит» жаркий климат, поэтому в северных странах он встречается гораздо реже.). В третичную эпоху этот район был ареной бурной вулканической деятельности.

Термальные воды, поднимавшиеся вместе с лавой из земных недр, были богаты стронцием. Расположенные среди вулканов озера накапливали этот элемент, образуя за тысячелетия весьма солидные его запасы.

Есть стронций и в водах Кара-Богаз-Гола. Постоянное испарение вод залива приводит к тому, что концентрация солей непрерывно возрастает и наконец, достигает точки насыщения - соли выпадают в осадок. Содержание стронция в этих осадках иногда составляет 1 - 2%.

Несколько лет назад геологи обнаружили значительное месторождение целестина в горах Туркмении. Голубые пласты этого ценного минерала залегают на склонах ущелий и глубоких каньонов Куштангтау - горного хребта в юго-западной части Памиро-Алая. Нет сомнения, что туркменский «небесный» камень успешно послужит нашему народному хозяйству.

Природе не свойственна торопливость: сейчас человек использует запасы стронция, которые она начала создавать миллионы лет назад. Но и сегодня в глубинах земли, в толще морей и океанов происходят сложные химические процессы, возникают скопления ценных элементов, рождаются новые клады, но достанутся они уже не нам, а нашим далеким-далеким потомкам.

Список литературы

Энциклопедия Кругосвет

http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/STRONTSI.html?page=0,3

Википедия «Стронций»

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B9

3.Популярна библиотека химических элементов