Цена, возникновение, добыча и использование стронция

Стронций представляет собой химический элемент с символом элемента Sr и атомным номером 38. В периодической таблице это находится в 5. Период, а также 2. Основная группа или 2. Группа ИЮПАК и, следовательно, относится к щелочноземельным металлам. Это мягкий (твердость по Моосу: 1,5) и очень реактивный металл.

Элемент был обнаружен Adair Crawford 1790 и назван в честь его первого сайта Strontian в Шотландии. Элементный, хотя и загрязненный посторонними примесями, 1808 мог быть представлен электролизом Хамфри Дэви. Роберт Бунзен сменил 1855 также на представлении чистого стронция. Элемент используется только в небольших количествах, особенно для электронно-лучевых трубок, пиротехники (красный цвет пламени), постоянных магнитов и при выплавке алюминия.

Стронций встречается в небольших количествах в организме человека, но не имеет известного биологического значения и не является необходимым. Ранелат стронция является препаратом для лечения остеопороза.

история

Первоначальные свидетельства существования этого элемента были найдены Адайром Кроуфордом и Уильямом Круикшенком в 1790 году, когда они более детально исследовали стронцианец, происходящий из шотландского минерала, который первоначально считался «воздушно-капельным баритом» (карбонат бария, витерит). Они подготовили хлорид и сравнили некоторые свойства более позднего хлорида стронция со свойствами хлорида бария. Среди прочего, они обнаружили различные растворимости в воде и других кристаллических формах. 1791 назвал Фридриха Габриэля Зульцера (1749-1830) минералом в честь его местности Стронтиан Стронтианит. Он и Иоганн Фридрих Блюменбах более тщательно изучили минерал и, таким образом, обнаружили больше отличий от витерита, таких как различная токсичность и цвет пламени. В последующие годы такие химики, как Мартин Генрих Клапрот, Ричард Кирван, Томас Чарльз Хоуп и Иоганн Тобиас Лоуитц, продолжили исследования стронцианита и получили из него другие соединения стронция.

1808 сменил Хамфри Дэви путем электролитического восстановления в присутствии красного оксида ртути, представляющего собой амальгаму стронция, которую он затем очистил дистилляцией и, таким образом, получил - хотя и загрязненный - металл. Он назвал его в честь стронцианита, аналогичного остальным щелочноземельным металлам стронция. Чистый стронций был выигран Робертом Бунзеном 1855 электролизом расплава хлорида стронция. Он также определил свойства металла, такие как удельный вес элемента.

Вхождение

Стронций относительно богат с долей 370 в континентальной коре на Земле, содержание элементов в земной коре сопоставимо с содержанием бария, серы или углерода. Также в морской воде присутствует большее количество стронция. Элемент не отображается сплошным, но всегда в разных соединениях. Из-за низкой растворимости наиболее важными минералами стронция являются сульфат стронция или целестин с содержанием стронция до 47,7%. а также карбонат стронция или стронцианит с содержанием стронция до 59,4%. В целом (по состоянию на: 2011) вокруг 200-содержащих стронций минералов известно.

Месторождения самого важного минерала стронция, целестина, образовались в результате осаждения труднорастворимого сульфата стронция из морской воды. Также возможно гидротермальное образование минерала. Стронцианит также образует гидротермально или как вторичный минерал из целестина. Основные месторождения и добыча стронция находятся в Испании, Мексике, Турции, Китае и Иране. Великобритания долгое время была также важным производителем, но производство закончилось 1992. Добыча минералов стронция в 2008 по всему миру составила 496.000 тонн.

Извлечение и презентация

Исходным материалом для производства стронция и его соединений обычно является целестин (сульфат стронция). Карбонат стронция обычно сначала получают из этого. Это наиболее важное в промышленности соединение стронция и сырье для извлечения металла и других соединений.

Для получения карбоната стронция сульфат стронция сначала реагирует с углеродом при 1100-1200 ° C. В этом случае сульфат восстанавливается до сульфида и присутствуют сульфид стронция и диоксид углерода. Сульфид стронция очищают экстракцией горячей водой.

Впоследствии либо диоксид углерода пропускается через раствор сульфида стронция, либо сульфид стронция реагирует с карбонатом натрия. Помимо карбоната стронция образуются сероводород или сульфид натрия. Какой из двух вариантов используется, зависит от наличия сырья и возможности продажи побочных продуктов.

Тонкоизмельченный сульфат стронция также может реагировать непосредственно с карбонатом натрия или аммония с образованием карбоната стронция. Тем не менее, сложные этапы очистки необходимы.

Для получения металлического стронция оксид стронция восстанавливают алюминием (алюминотермия). В дополнение к элементарному стронцию образуется смесь алюминия и оксида стронция. Реакция протекает в вакууме, поскольку в этих условиях стронций является газообразным, легко отделяется и собирается в конденсаторе.

Физические свойства

Стронций представляет собой высококачественный светло-золотисто-желтый, иначе серебристо-белый щелочноземельный металл. С температурой плавления 777 ° C и температурой кипения 1380 ° C он находится в точке кипения между более легким кальцием и более тяжелым барием, причем кальций имеет более высокую температуру плавления, а барий имеет более низкую температуру плавления. Стронций имеет самую низкую температуру кипения среди всех щелочноземельных металлов после магния и радия. С плотностью 2,6 г / см3, это один из легких металлов. Стронций очень мягкий с твердостью по Моосу 1,5 и может быть легко согнут или свернут.

Как и кальций, стронций кристаллизуется при комнатной температуре в кубической гранецентрированной кристаллической структуре в пространственной группе Fm3m (пространственная группа № 225) (тип меди) с параметром решетки a = 608,5 pm и четырьмя формульными единицами на элементарную ячейку. Кроме того, известны две другие высокотемпературные модификации. При температурах, превышающих 215 ° C, структура превращается в плотную гексагональную сферу (магниевый тип) с параметрами решетки a = 432 pm и c = 706 pm. Наконец, выше 605 ° C наиболее устойчивой является кубоцентрированная структура (вольфрамового типа).

Химические свойства

Стронций является наиболее реакционноспособным щелочноземельным металлом после бария и радия. Он реагирует непосредственно с галогенами, кислородом, азотом и серой. Он всегда образует соединения, в которых он присутствует в виде двухвалентного катиона. При нагревании на воздухе металл сгорает с типичной малиновой окраской пламени до оксида стронция и нитрида стронция.

В качестве самого основного металла стронций реагирует с водой с образованием водорода и гидроксида. Гидроксид стронция также образуется при контакте металла с влажным воздухом. Стронций также растворим в аммиаке, образуя сине-черные аммонаты.

В подземных водах стронций обычно похож на кальций. Соединения стронция нерастворимы в слабокислых или щелочных условиях. Только при более низких значениях pH стронций появляется в растворенном виде. Если разложение диоксида углерода (CO2) происходит в результате процессов выветривания или тому подобного, осаждение стронция усиливается вместе с кальцием (в виде стронция или карбоната кальция). Кроме того, высокая катионообменная способность почвы может способствовать связыванию стронция.

Изотоп

Всего известно изотопов 34 и девяти других ядерных изомеров. Из них, конечно, четыре, 84Sr, 86Sr, 87Sr и 88Sr. В природном изотопном составе преобладает изотоп 88Sr с долей 82,58%. 86Sr с 9,86% и 87Sr с 7,0% и 84Sr с долей 0,56% реже.

90Sr является бета-излучателем с энергией распада 0,546 МэВ и распадается с периодом полураспада 28,78 лет до 90Y, который, в свою очередь, быстро затухает (t1 / 2 = 64,1 h) с испусканием высокоэнергетического бета-излучения (ZE = 2,282 МэВ) и гамма-излучения, стабильного гамма-излучением , Это происходит в основном как вторичный продукт расщепления. Он образуется в течение нескольких минут в результате многократного бета-распада первичных продуктов деления с массовым числом 90, которые происходят в 90% всех ядерных делений 5,7U на атомных электростанциях и при взрывах атомных бомб. Это делает 235Sr одним из самых распространенных продуктов деления.

Большие объемы 90Sr выбрасываются в окружающую среду при всех ядерных катастрофах. Аварии с участием 90Sr произошли из-за пожара в Виндскейле, вызвавшего выброс 0,07 TBq 90Sr, и катастрофы на Чернобыльской АЭС, где произошла активизация 90Sr 800 TBq. После наземных испытаний ядерного оружия, особенно в годы 1955-58 и 1961-63, нагрузка на атмосферу сильно возросла с 90Sr. Это, наряду с нагрузкой на 137 1963C, привело к принятию Договора о запрещении ядерных испытаний в космосе и под водой, который запретил такие испытания в подписавших государствах. В результате в последующие годы загрязнение атмосферы снова значительно сократилось. Общая активность ядерного оружия на 90Sr была примерно 6 · 1017 Bq (600 PBq).

Потребление 90Sr, который может попасть в организм через загрязненное молоко, опасно. Из-за высокоэнергетического бета-излучения изотопа клетки в костном или костном мозге могут быть изменены, и, таким образом, могут возникнуть опухоли или лейкемия. Невозможно украсить костный стронций хелатирующими агентами, поскольку они преимущественно образуют комплекс кальция и стронций остается в кости. Декорпорация сульфата бария возможна только в том случае, если это делается быстро после включения до установки в кости. Деградация биологическими процессами также очень медленная, биологический период полураспада в кости в 49 лет, эффективный период полураспада 90Sr в 18,1 лет. 90Sr может связываться с клетками околощитовидной железы. Это объясняет накопление случаев гиперпаратиреоза среди ликвидаторов чернобыльского реактора.

Бета-излучение 90Sr и 90Y может использоваться в радионуклидных батареях, таких как удаленные маяки и маяки в бывшем Советском Союзе, для маркировки долгоживущих изотопов, для измерения толщины материалов или для калибровки счетчиков Гейгера.

87Sr является продуктом распада изотопа рубидия 48Rb с периодом полураспада 87 миллиардов лет. Поэтому из соотношения различных изотопов стронция можно определить возраст пород, содержащих рубидий и стронций, таких как гранит, в рамках анализа изотопов стронция.

Стронций хранится в разных условиях в разных количествах в костях и зубах. В то же время соотношение изотопов 86Sr и 87Sr зависит от пород окружающей среды. Поэтому из изотопных отношений стронция можно иногда сделать выводы о миграционных перемещениях доисторических людей.

По словам оператора, небольшой немецкий реактор с галечным слоем под названием AVR рядом с местом исследовательского центра в Юлихе считается ядерной установкой, наиболее сильно загрязненной 90Sr во всем мире. Также в почве под реактором находится стронций. Это необходимо удалить при демонтаже реактора до 2017 [устарело].

Использовать

Стронций производится и используется только в небольших количествах. Большая часть производимого карбоната стронция используется для электронно-лучевых трубок, постоянных магнитов и пиротехники.

Металлический стронций в основном используется в алюминиевой промышленности (алюминиевые первичные и вторичные плавильные заводы, а также литейные заводы), а также в качестве натрия в качестве межфазного агента в алюминиево-кремниевых сплавах с кремнием 7-12%. Небольшие добавки стронция изменяют эвтектику в кремниево-алюминиевых сплавах и, таким образом, улучшают механические свойства сплава. Это связано с тем, что алюминиево-кремниевые сплавы без стронция на эвтектике осаждают крупные, игольчатые, механически нестабильные зерна, что предотвращается стронцием. Его «рафинирующий» эффект длится дольше в разливаемых расплавах (литейных и выдерживающих печах), чем у натрия, так как он менее легко окисляется. В области медленно затвердевающих расплавов (литье в песок) он уже частично вытеснил натрий, который использовался в течение одних десятилетий. При быстром затвердевании в металлических постоянных кристаллизаторах, особенно при литье под давлением, использование стронция не всегда является обязательным, быстрое затвердевание уже способствует образованию желаемой тонкой, «очищенной» структуры.

Стронций добавляется в ферросилиций, он регулирует структуру углерода и предотвращает неравномерное затвердевание во время литья.

Кроме того, стронций можно использовать в качестве газопоглотительного материала в электронных трубках, для удаления серы и фосфора из стали, а также для упрочнения пластин свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Биологическое значение

Немногие существа используют стронций в биологических процессах. К ним относятся Acantharia, одноклеточные эукариотические существа, которые относятся к радиоляриям и являются распространенным компонентом зоопланктона в море. Это единственные протисты, которые используют сульфат стронция в качестве строительного материала для скелета. Таким образом, они также вызывают изменения в содержании стронция в отдельных слоях моря, сначала поглощая стронций и, после смерти, погружаясь в более глубокие слои, где они растворяются.

Физиологическое и терапевтическое значение

Стронций не является обязательным, известно лишь несколько биологических эффектов элемента. Таким образом, возможно, что стронций оказывает ингибирующее действие на разрушение зубов.

Исследования на животных на свиньях показали такие симптомы, как отсутствие координации, слабость и симптомы паралича из-за диеты, богатой стронцием и низким содержанием кальция.

Стронций очень похож по своим свойствам на кальций. Однако, в отличие от кальция, он всасывается только в небольших количествах через кишечник. Это может быть связано с большим ионным радиусом элемента. В среднем содержание стронция в килограмме человека 70 составляет всего 0,32 г, по сравнению с 1000 г кальция в организме. Поглощенный стронций, как и кальций, хранится в основном в костях, что является вариантом лечения остеопороза. При образовании соли с органическими кислотами, такими как ранелиновая кислота или малоновая кислота, достигается соответственно высокая биодоступность.

89Sr используется в качестве хлорида (под торговым названием «Метастрон») для радионуклидной терапии костных метастазов.

безопасности

Как и другие щелочноземельные металлы, стронций легко воспламеняется. Он вступает в реакцию с водой или углекислым газом, поэтому его нельзя использовать в качестве средства пожаротушения. Для тушения следует использовать металлические огнетушители (класс D), также возможно использование сухого песка, соли и огнетушащего порошка. Кроме того, водород образуется при контакте с водой, которая является взрывоопасной. Для устранения небольших количеств стронций может реагировать с изопропанолом, трет-бутанолом или октанолом.

Связи

Как и все щелочноземельные металлы, стронций встречается в стабильных соединениях только в степени окисления + 2. Обычно это бесцветные, часто легко растворимые в воде соли.

галогениды

С галогенами фтор, хлор, бром и йод стронций в каждом случае образуют галогенид с общей формулой SrX2. Они типичные, бесцветные и, за исключением фторида стронция, легко растворимые в воде соли. Они могут быть получены взаимодействием карбоната стронция с галогеноводородными кислотами, такими как плавиковая кислота или соляная кислота. Хлорид стронция используется в качестве промежуточного продукта для производства других соединений стронция, а также в зубной пасте, где он должен действовать против чувствительных к боли зубов.

Соли кислородных кислот

Прежде всего, соли стронция с кислородными кислотами, такие как карбонат стронция, нитрат стронция, сульфат стронция или хромат стронция, имеют важное промышленное значение. Карбонат стронция является наиболее важной коммерческой формой соединений стронция, большая часть разложившегося целестина превращается в карбонат стронция. Он используется в основном для производства рентгенопоглощающего стекла для электронно-лучевых трубок, а также для производства феррита стронция для постоянных магнитов или электрокерамики. Нитрат стронция в основном используется в пиротехнике для окрашивания красного пламени, характерного для стронция, желтый хромат стронция служит грунтовкой против коррозии алюминия в авиации или судостроении.

Другие соединения стронция

Соединения стронция (I) были обнаружены как нестабильные промежуточные продукты в горячем пламени. Здесь гидроксид стронция (I), SrOH, подобно хлориду стронция (I), SrCl, является сильным излучателем в красной области спектра и действует как единственный краситель в высокоинтенсивных и глубоко насыщенных красных пиротехнических вспышках.

Органические соединения стронция

Органические соединения стронция мало известны и изучены, потому что они очень реакционноспособны и могут также реагировать со многими растворителями, такими как эфиры. Однако в неполярных растворителях они нерастворимы. Среди прочего был показан металлоцен с пентаметилциклопентадиенильными анионами (Cp *), который расположен под углом в газовой фазе в отличие от других металлоценов, таких как ферроцен.

Цены на стронций

Цена на стронций -> цены на стратегические металлы