STRONT: HISTORIA, STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, REAKCJE I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Strontu jest metal ziem alkalicznych, których chemiczny symbol p świeżo cięte jest biała srebrzysty połysk, ale po wystawieniu na działanie powietrza utlenia się i uzyskuje się żółtawy kolor. Z tego powodu podczas przechowywania należy go chronić przed dostępem tlenu.

Stront jest wydobywany z jego żył w postaci minerałów celestytu lub celestynu (SrSO ₄ ) i strontianitu (SrCO ₃ ). Jednak główną formą wydobycia strontu jest celestyt, którego złoża znajdują się w glebach osadowych oraz w połączeniu z siarką.

Próbka metalicznego strontu chroniona atmosferą argonu. Źródło: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivative praca: materiałoznawca

Celestyt występuje w postaci kryształów rombowych, jest zwykle bezbarwny, szklisty i przezroczysty. Chociaż stront jest ekstrahowany w ten sposób, musi zostać przekształcony w odpowiedni węglan, z którego jest ostatecznie redukowany.

W 1790 roku, Adair Crawford i William Cruickshank zidentyfikowali stront jako nowy pierwiastek w minerale z kopalni ołowiu w pobliżu miasta Strontion w Argyll w Szkocji. Stront został wyodrębniony w 1807 r. Przez Humphry'ego Davy'ego za pomocą elektrolizy.

Stront to kowalny, ciągliwy metal i dobry przewodnik prądu elektrycznego; ale ma niewielkie zastosowanie przemysłowe i handlowe. Jednym z jego zastosowań jest tworzenie stopów z glinem i magnezem, poprawiające obsługę i płynność tych metali.

W układzie okresowym stront znajduje się w grupie 2, między wapniem a barem, stwierdzając, że niektóre jego właściwości fizyczne, takie jak gęstość, temperatura topnienia i twardość, mają wartości pośrednie w stosunku do tych przedstawionych dla wapń i bar.

Stront występuje w naturze jako cztery stabilne izotopy: ⁸⁸ Sr z zawartością 0,82,6%; ⁸⁶ Sr 9,9% nadmiarze; ⁸⁷ Sr 7,0% nadmiarze; i ⁸⁴ Sr, z obfitością 0,56%.

⁹⁰ Sr jest izotopem promieniotwórczym, który stanowi najbardziej szkodliwy składnik opadu radioaktywnego, produkt wybuchów jądrowych i wycieków z reaktorów jądrowych, ponieważ ze względu na podobieństwo wapnia i strontu izotop jest wbudowywany w kości powodując raka kości i białaczkę.

Historia

Badano minerał z kopalni ołowiu w pobliżu wsi Strontian w Argyll w Szkocji. Pierwotnie został zidentyfikowany jako rodzaj węglanu baru. Ale Adair Crawford i William Cruickshank w 1789 roku zauważyli, że badana substancja była inną kwestią.

Chemik Thomas Charles Hope nazwał nowy minerał strontytem, ​​a odpowiadająca mu „ziemia” (tlenek strontu, SrO) nazwał go strontem.

W 1790 roku Crawford i Cruickshank spalili badaną substancję i zaobserwowali, że płomień miał szkarłatno-czerwony kolor, inny niż płomienie obserwowane do tego czasu w znanych pierwiastkach. Doszli do wniosku, że są przed nowym elementem.

W 1808 roku Sir William Humphry Davy poddał elektrolizę wilgotnej mieszaninie wodorotlenku lub chlorku strontu z tlenkiem rtęci, używając katody rtęciowej. Następnie rtęć z utworzonego amalgamatu odparowano, pozostawiając stront wolny.

Davy nazwał wyizolowany element strontem (strontem).

Struktura i konfiguracja elektronowa strontu

Metaliczny stront krystalizuje w temperaturze pokojowej w sześciennej strukturze centralnej (fcc).

W tej strukturze atomy Sr znajdują się w wierzchołkach i na ścianach sześcianu komórki elementarnej. Jest stosunkowo gęstszy niż inne struktury (takie jak sześcienne lub bcc), ponieważ ma w sumie cztery atomy Mr.

Atomy Sr pozostają zjednoczone dzięki metalicznemu wiązaniu, produktowi zachodzenia na siebie ich atomowych orbitali walencyjnych we wszystkich kierunkach w krysztale. Ten orbital to 5s, który ma dwa elektrony zgodnie z konfiguracją elektroniczną:

5s ²

W ten sposób powstaje pełne pasmo 5s i pasmo przewodzenia 5p (teoria pasmowa).

Jeśli chodzi o inne fazy metaliczne, nie ma zbyt wielu informacji bibliograficznych, chociaż jest pewne, że ich kryształy ulegają przemianom pod wpływem wysokiego ciśnienia.

Liczby utleniania

Stront, podobnie jak inne metale, ma dużą skłonność do utraty elektronów walencyjnych; To są dwa elektrony orbitalu 5s. W ten sposób atomy Sr są przekształcane w dwuwartościowe kationy Sr ²⁺ (M ²⁺ , podobnie jak reszta metali ziem alkalicznych), izoelektroniczne do kryptonu gazu szlachetnego. Mówi się wtedy, że stront ma stopień utlenienia +2.

Kiedy zamiast tracić dwa elektrony, traci tylko jeden, powstaje kation Sr ⁺ ; dlatego jego stopień utlenienia wynosi +1. Sr ⁺ występuje rzadko w związkach pochodzących ze strontu.

Nieruchomości

Wygląd

Srebrzysto-biały z metalicznym połyskiem, z lekkim żółtym odcieniem.

Masa cząsteczkowa

87,62 g / mol.

Temperatura topnienia

777 ° C.

Temperatura wrzenia

1377 ° C.

Gęstość

-Temperatura otoczenia: 2,64 g / cm ³

-Stan płynny (temperatura topnienia): 2,375 g / cm ³

Rozpuszczalność

Rozpuszczalny w alkoholu i kwasach. Nie rozpuszcza się w wodzie, ponieważ silnie z nią reaguje.

Ciepło topnienia

7,43 kJ / mol.

Ciepło parowania

141 kJ / mol.

Termiczna pojemność molowa

26,4 J / (mol · K).

Elektroujemność

0,95 w skali Paulinga.

Energia jonizacji

Pierwszy stopień jonizacji: 549,5 kJ / mol.

Drugi poziom jonizacji: 1064,2 kJ / mol.

Trzeci poziom jonizacji: 4138 kJ / mol.

Radio atomowe

Empiryczne 215 pm.

Promień kowalencyjny

195 ± 22:00.

Rozszerzalność cieplna

22,5 µm / (m · K) w 25 ° C.

Przewodność cieplna

35,4 W / (mK).

Rezystancja

132 nΩ · m przy 20 ° C.

Twardość

1,5 w skali Mohsa.

Potencjał ognia

Drobno rozdrobniony stront spala się samorzutnie w powietrzu. Dodatkowo zapala się po podgrzaniu powyżej temperatury topnienia i może grozić wybuchem pod wpływem ciepła płomienia.

Przechowywanie

Aby uniknąć utleniania strontu, zaleca się przechowywanie go zanurzonego w nafcie lub nafcie. Stront należy przechowywać w chłodnym, dobrze wentylowanym miejscu, z dala od materiałów organicznych i innych łatwo utleniających się materiałów.

Nomenklatura

Ponieważ stopień utlenienia +1 nie jest tak powszechny, zakłada się, że istnieje tylko +2 dla uproszczenia nomenklatury związanej ze związkami strontu. Dlatego w nomenklaturze akcyjnej (II) na końcu nazwy jest ignorowany; aw tradycyjnym nazewnictwie zawsze kończą się przyrostkiem -ico.

Na przykład SrO to tlenek strontu lub tlenek cyny, odpowiednio zgodnie z nomenklaturą podstawową i tradycyjną.

Kształty

Ze względu na dużą reaktywność metaliczny stront nie wydaje się izolowany w naturze. Można go jednak znaleźć w stanie elementarnym chronionym przed tlenem, poprzez zanurzenie w nafcie lub w atmosferze gazów obojętnych (takich jak gazy szlachetne).

Występuje również przy tworzeniu stopów z aluminium i magnezem, a także jako kruszywo do stopu cyny i ołowiu. Stront występuje w postaci jonowej (Sr ²⁺ ) rozpuszczonej w glebie lub wodzie morskiej itp.

Dlatego mówienie o stroncie oznacza odnoszenie się do kationów Sr ²⁺ (i w mniejszym stopniu Sr ⁺ ).

Może również oddziaływać w formie jonowej z innymi pierwiastkami, tworząc sole lub inne związki chemiczne; takie jak chlorek strontu, węglan, siarczan, siarczek itp.

Stront występuje głównie w dwóch minerałach: celestycie lub celestynie (SrSO ₄ ) i strontycie (SrCO ₃ ). Celestyt jest głównym źródłem wydobycia strontu.

Stront ma 4 naturalne izotopy, z których ten, który występuje w większej obfitości to ⁸⁸ p. Ponadto istnieje wiele izotopów promieniotwórczych, sztucznie wytwarzanych w reaktorach jądrowych.

Rola biologiczna

Nie jest znana biologiczna rola strontu u kręgowców. Ze względu na swoje podobieństwo do wapnia może zastępować go w tkankach kostnych; to znaczy Sr ²⁺ wypiera Ca ²⁺ . Ale stosunek strontu do wapnia w kościach wynosi od 1/1000 do 1/2000; to znaczy wyjątkowo niskie.

Dlatego stront nie może pełnić naturalnej funkcji biologicznej w kościach.

Ranelinian strontu jest stosowany w leczeniu osteoporozy, ponieważ powoduje stwardnienie kości; ale w każdym razie jest to działanie terapeutyczne.

Jeden z nielicznych przykładów biologicznej funkcji strontu występuje u Acantharea, radiolarnego pierwotniaka, który ma szkielet z obecnością strontu.

Gdzie znaleźć i produkcja

Kryształ celestytu, mineralogiczne źródło strontu. Źródło: Aram Dulyan (użytkownik: Aramgutang)

Stront znajduje się w około 0,034% wszystkich skał magmowych. Jednak tylko dwa minerały: celestyt lub celestyn znajdują się w złożach o znacznej zawartości strontu.

Z dwóch ważnych minerałów strontu, tylko celestyt znajduje się w osadach w ilości wystarczającej, aby umożliwić stworzenie obiektów do wydobywania strontu.

Strationit jest bardziej użyteczny niż celestyt, ponieważ większość strontu jest wytwarzana w postaci węglanu strontu; ale prawie nie znaleziono złóż umożliwiających zrównoważone wydobycie.

Zawartość strontu w wodzie morskiej waha się od 82 do 90 µmol / l, jest to znacznie niższe stężenie niż w wapniu, między 9,6 a 11 mmol / l.

Prawie całe wydobycie opiera się na złożach celestytu, ponieważ żył stroncjanitu jest rzadkich i mało opłacalnych do wydobywania z nich strontu. Mimo to większość strontu jest produkowana w postaci węglanu strontu.

Metoda Pidgeona

Celestyt jest spalany w obecności węgla w celu przekształcenia siarczanu strontu w siarczek strontu. W drugim etapie ciemny materiał zawierający siarczek strontu jest rozpuszczany w wodzie i filtrowany.

Następnie roztwór siarczku strontu jest traktowany dwutlenkiem węgla w celu wytrącenia węglanu strontu.

Stront można wyodrębnić za pomocą wariantu metody Pidgeona. Reakcja tlenku strontu i glinu zachodzi w próżni, gdzie stront jest przekształcany w gaz i transportowany przez retortę produkcyjną do skraplaczy, gdzie wytrąca się jako ciało stałe.

Elektroliza

Stront można otrzymać w postaci prętów metodą elektrolizy na katodzie kontaktowej. W tej procedurze schłodzony pręt żelaza działający jak katoda wchodzi w kontakt z powierzchnią stopionej mieszaniny chlorku potasu i chlorku strontu.

W miarę krzepnięcia strontu na katodzie (pręcie żelaznym) pręt unosi się.

Reakcje

Z chalkogenami i halogenami

Stront jest aktywnym metalem redukującym i reaguje z halogenami, tlenem i siarką, tworząc odpowiednio halogenki, tlenki i siarkę. Stront jest srebrzystym metalem, ale pod wpływem powietrza utlenia się do tlenku strontu:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Tlenek tworzy ciemną warstwę na powierzchni metalu. Podczas gdy jego reakcja z chlorem i siarką wygląda następująco:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

Sr (s) + S (l) => SrS (s)

Stront reaguje ze stopioną siarką.

Z powietrzem

Może łączyć się z tlenem, tworząc nadtlenek strontu; ale do jego powstania potrzebne jest wysokie ciśnienie tlenu. Może również reagować z azotem, tworząc azotek strontu:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Jednak aby zaszła reakcja, temperatura musi być wyższa niż 380 ° C.

Z wodą

Stront może gwałtownie reagować z wodą, tworząc wodorotlenek strontu, Sr (OH) ₂ i wodór. Reakcja strontu z wodą nie ma gwałtowności obserwowanej w reakcji metali alkalicznych z wodą, jak również w przypadku baru.

Z kwasami i wodorem

Stront może reagować z kwasem siarkowym i azotowym, tworząc odpowiednio siarczan i azotan strontu. Łączy się również na gorąco z wodorem, tworząc wodorek strontu.

Stront, podobnie jak inne ciężkie pierwiastki w bloku s układu okresowego, ma szeroki zakres liczb koordynacyjnych; takie jak 2, 3, 4, 22 i 24, widoczne na przykład w związkach takich jak SrCd ₁₁ i SrZn ₁₃ .

Aplikacje

- Elemental Strontium

Stopy

Jest stosowany jako modyfikator eutektyczny w celu poprawy wytrzymałości i plastyczności stopu Al-Ag. Jest stosowany jako modyfikator w odlewni żeliwa sferoidalnego do kontroli tworzenia grafitu. Jest również dodawany do stopów cyny i ołowiu w celu zwiększenia twardości i plastyczności.

Ponadto jest stosowany jako odtleniacz miedzi i brązu. Do stopionego aluminium dodaje się niewielką ilość strontu, aby zoptymalizować topliwość metalu, dzięki czemu jest on bardziej odpowiedni do wytwarzania przedmiotów tradycyjnie wykonanych ze stali.

Jest to dodatek stopowy do aluminium lub magnezu, używany do odlewania bloków silnika i kół. Stront poprawia obsługę i płynność metalu, z którym jest stopiony.

Izotopy

Pomimo szkodliwego działania, ⁹⁰ Sr jest używany jako generator termoelektryczny, wykorzystujący energię cieplną z promieniowania do produkcji długotrwałej energii elektrycznej, stosowany w pojazdach kosmicznych, odległych stacjach badawczych i bojach nawigacyjnych.

Aparat ⁸⁹ Sr był stosowany w leczeniu raka kości, wykorzystując emisję promieniotwórczą typu β do niszczenia komórek nowotworowych.

Atom strontu został użyty do stworzenia systemu pomiaru czasu, który opóźnia się zaledwie o jedną sekundę co 200 milionów lat. Co sprawia, że ​​jest to najdokładniejszy zegarek.

- Związki

Węglan

Ferryty i magnesy

Węglan strontu (SrCO ₃ ) reaguje z tlenkiem żelaza (Fe ₂ O ₃ ) w temperaturze od 1000 do 1300 ºC, tworząc ferryt strontu. Ta rodzina ferrytów ma ogólny wzór SrFe _x O ₄ .

Magnesy ceramiczne są wykonane z ferrytów i mają różne zastosowania. Wśród nich: produkcja głośników, silników do wycieraczek samochodowych oraz zabawek dla dzieci.

Węglan strontu jest również używany do produkcji szkła do ekranów telewizyjnych i wyświetlaczy.

Okulary

Oprócz poprawy właściwości szkła do wyświetlaczy ciekłokrystalicznych (LCD) znajduje również zastosowanie w szkliwieniu wyrobów ceramicznych, wzmacniając jego odporność na zarysowania i tworzenie się pęcherzy podczas wypalania.

Znajduje zastosowanie w produkcji szkła mającego zastosowanie w optyce, szkle i oświetleniu. Wchodzi również w skład szkieł szklanych i laboratoryjnych oraz farmaceutycznych, ponieważ zwiększa twardość i odporność na zarysowania, a także jego jasność.

Produkcja metali i soli

Służy do otrzymywania cynku o wysokiej czystości, ponieważ przyczynia się do eliminacji zanieczyszczeń ołowiu. Pomaga w produkcji chromianu strontu, związku używanego jako inhibitor korozji w farbach drukarskich.

Ścieki i lampy fosforyzujące

Służy do oczyszczania ścieków do usuwania siarczanu. Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji kwasu ortofosforowego, używanego do produkcji świetlówek.

Pirotechnika

Węglan strontu, podobnie jak inne sole strontu, jest używany w fajerwerkach, aby nadać mu szkarłatny czerwony kolor. Plama, która jest również używana do testowania strontu.

Wodorotlenek

Jest stosowany do ekstrakcji cukru z buraków, ponieważ wodorotlenek strontu łączy się z cukrem, tworząc złożony sacharyd. Kompleks może ulec dysocjacji pod działaniem dwutlenku węgla, pozostawiając cukier wolny. Służy również do stabilizacji tworzyw sztucznych.

Tlenek

Występuje w szkle używanym do produkcji kineskopu telewizyjnego, począwszy od 1970 r. Telewizory kolorowe, a także inne urządzenia, które zawierają promienie katodowe, muszą używać strontu w przedniej płycie, aby zatrzymać Rentgenowskie.

Telewizory te nie są już używane, ponieważ lampy katodowe zostały zastąpione innymi urządzeniami, a zatem nie jest wymagane stosowanie związków strontu.

Z drugiej strony tlenek strontu służy do polepszenia jakości szkliw ceramicznych.

Chlorek

Chlorek strontu jest używany w niektórych pastach do zębów dla wrażliwych zębów i do robienia sztucznych ogni. Ponadto jest stosowany w ograniczonym zakresie do usuwania niepożądanych gazów w naczyniach poddanych działaniu próżni.

Ranelate

Znajduje zastosowanie w leczeniu osteoporozy, gdyż zwiększa gęstość kości i zmniejsza częstość złamań. Stosowany miejscowo hamuje podrażnienia czuciowe. Jednak jego stosowanie zmniejszyło się ze względu na dowody, że zwiększa częstość występowania chorób sercowo-naczyniowych.

Glinian

Jest stosowany jako domieszka w przemyśle elektronicznym. Jest również często używany do tego, aby niektóre zabawki świeciły w ciemności, ponieważ jest chemicznie i biologicznie obojętnym związkiem.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Stront. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Stront. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
4. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Stront. Baza danych PubChem. CID = 5359327. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20 maja 2013). Fakty na temat strontu. Odzyskane z: livescience.com
6. Dr Doug Stewart. (2019). Fakty dotyczące pierwiastka strontu. Źródło: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 lipca 2019). Fakty strontu (liczba atomowa 38 lub Sr). Odzyskany z: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Stront. Odzyskany z: lenntech.com