Стро́нций (химический символ — Sr, от лат. Strontium) — химический элемент 2-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы второй группы, IIA) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 38.
| Стронций | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Рубидий | Иттрий → | ||||
| ||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
 Кристаллы стронция |
||||
| Свойства атома | ||||
| Название, символ, номер | Стронций / Strontium (Sr), 38 | |||
| Группа, период, блок |
2 (устар. IIA), 5, s-элемент |
|||
| Атомная масса (молярная масса) |
87,62(1)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация |
[Kr] 5s2 1s22s22p63s23p64s23d104p65s2 |
|||
| Радиус атома | 215 пм | |||
| Химические свойства | ||||
| Ковалентный радиус | 191 пм | |||
| Радиус иона | (+2e) 112 пм | |||
| Электроотрицательность | 0,95 (шкала Полинга) | |||
| Электродный потенциал | −2,89[2] | |||
| Степени окисления | 0, +2 | |||
| Энергия ионизации (первый электрон) |
549,0 (5,69) кДж/моль (эВ) | |||
| Термодинамические свойства простого вещества | ||||
| Плотность (при н. у.) | 2,54 г/см³ | |||
| Температура плавления | 1042 К (768,85°С) | |||
| Температура кипения | 1657 К (1383,85°С) | |||
| Мол. теплота плавления | 9,20 кДж/моль | |||
| Мол. теплота испарения | 144 кДж/моль | |||
| Молярная теплоёмкость | 26,79[3] Дж/(K·моль) | |||
| Молярный объём | 33,7 см³/моль | |||
| Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
| Структура решётки | Кубическая гранецентрированая | |||
| Параметры решётки | 6,080 Å | |||
| Температура Дебая | 147[4] K | |||
| Прочие характеристики | ||||
| Теплопроводность | (300 K) (35,4) Вт/(м·К) | |||
| Номер CAS | 7440-24-6 | |||
| 38 | Стронций
|
| 5s2 | |
Простое вещество стронций — это 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
правитьНовый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронти́ан[англ.] (англ. Strontian, гэльск. Sròn an t-Sìthein), давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено в 1787 году Уильямом Крюйкшенком и Адером Крофордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году.
Нахождение в природе
правитьВ свободном виде стронций не встречается ввиду его высокой химической активности. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный — целестин SrSO4 (51,2 % Sr). Добывают также стронцианит SrCO3 (64,4 % Sr). Эти два минерала имеют промышленное значение. Чаще всего стронций присутствует как примесь в различных кальциевых минералах.
Среди прочих минералов стронция:
- SrAl3(AsO4)SO4(OH)6 — кеммлицит;
- Sr2Al(CO3)F5 — стенонит;
- SrAl2(CO3)2(OH)4·H2O — стронциодрессерит;
- SrAl3(PO4)2(OH)5·H2O — гойясит;
- Sr2Al(PO4)2OH — гудкенит;
- SrAl3(PO4)SO4(OH)6 — сванбергит;
- Sr(AlSiO4)2 — слосонит;
- Sr(AlSi3O8)2·5H2O — брюстерит;
- Sr5(AsO4)3F — ферморит;
- Sr2(B14O23)·8H2O — стронциоджинорит;
- Sr2(B5O9)Cl·H2O — стронциохильгардит;
- SrFe3(PO4)2(OH)5·H2O — люсуньит;
- SrMn2(VO4)2·4H2O — сантафеит;
- Sr5(PO4)3OH — беловит;
- SrV(Si2O7) — харадаит;
- SrB2Si2O8 — пековит[5].
По уровню физической распространённости в земной коре стронций занимает 23-е место — его массовая доля составляет 0,014 % (в литосфере — 0,045 %). Мольная доля металла в земной коре 0,0029 %.
Стронций содержится в морской воде (8 мг/л)[6].
Месторождения
правитьИзвестны месторождения в Калифорнии, Аризоне (США); Новой Гранаде; Турции, Иране, Китае, Мексике, Канаде, Малави[7].
В России обнаружены, но в настоящее время не разрабатываются месторождения стронциевых руд: Синие камни (Дагестан), Мазуевское (Пермский край), Табольское (Тульская область), а также месторождения в Бурятии, Иркутской области, Красноярском крае, Якутии и на Курильских островах[8][9].
Физические свойства
правитьСтронций — мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.
Полиморфен — известны три его модификации. До 215 °C устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605 °C — гексагональная (β-Sr), выше 605 °C — кубическая объёмноцентрированная модификация (γ-Sr).
Температура плавления: 768 °C, температура кипения: 1390 °C.
Химические свойства
правитьСтронций в своих соединениях всегда проявляет степень окисления +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними[10].
В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен −2,89 В). Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид:
Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H2SO4, HNO3) реагирует слабо.
Металлический стронций быстро окисляется на воздухе[11], образуя желтоватую плёнку, в которой, помимо оксида SrO, всегда присутствуют пероксид SrO2 и нитрид Sr3N2. При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.
Энергично реагирует с неметаллами — серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 °C), азотом (выше 400 °C). Практически не реагирует со щелочами.
При высоких температурах реагирует с CO2, образуя карбид:
Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl−, I−, NO3−. Соли с анионами F−, SO42−, CO32−, PO43− малорастворимы.
Из-за его чрезвычайной реактивности с кислородом и водой, стронций встречается в природе только в соединениях с другими элементами, такими как минералы стронцианит и целестин. Для предотвращения окисления его хранят в закрытой стеклянной посуде под жидким углеводородом, таким как минеральное масло или керосин. Свежеоткрытый металлический стронций быстро приобретает желтоватый цвет с образованием оксида. Мелкодисперсный металлический стронций является пирофорным, что означает, что он самовозгорается на воздухе при комнатной температуре. Летучие соли стронция придают пламени ярко-красный цвет, и эти соли используются в пиротехнике и в производстве факелов[11]. Подобно кальцию и барию, а также щелочным металлам и двухвалентным лантаноидам европия и иттербия, металлический стронций растворяется непосредственно в жидком аммиаке, давая тёмно-синий раствор сольватированных электронов[10].
Органические соединения стронция содержат одну или несколько связей стронций-углерод. Они были описаны как промежуточные звенья в реакциях типа Барбье[12][13][14].
Ионы стронция образуют устойчивые соединения с краун-эфирами.
Получение
правитьСуществуют 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 SrCl2 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 лёгкому воспламенению.
Применение
правитьОсновные области применения стронция и его химических соединений — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.
Стронций применяется для легирования меди и некоторых её сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для десульфурации чугуна, меди и сталей. Введение небольших добавок стронция в чугуны и титановые сплавы позволяет значительно улучшить их механические свойства. По новым исследованиям, добавка стронция позволяет значительно увеличить морозостойкость сплавов.
Стронций чистотой 99,99—99,999 % применяется для восстановления урана.
- Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.
- Феррит стронция является перспективным материалом в производстве магнитной ленты для систем хранения данных[15].
В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в карминово-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.
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.
Оксид стронция, в составе твёрдого раствора оксидов других щёлочноземельных металлов — бария и кальция (BaO, CaO), используется в качестве активного слоя катодов косвенного накала в вакуумных электронных приборах. На пике производства телевизионных электронно-лучевых трубок 75 % потребления стронция в Соединённых Штатах использовалось для производства стекла лицевой панели[16]. С заменой электронно-лучевых трубок другими методами отображения потребление стронция резко сократилось[16].
Фторид стронция используется в качестве компонента твёрдотельных фторионных аккумуляторных батарей с большой энергоёмкостью и энергоплотностью.
Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий — для анодов гальванических элементов.
Изотоп с атомной массой 89, имеющий период полураспада 50,55 суток, применяется (в виде хлорида) в качестве противоопухолевого средства[17][18].
Биологическая роль
правитьЭтот раздел не завершён. |
Влияние на организм человека
правитьНе следует путать действие на организм человека природного стронция (не радиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция[19].
Стронций природный — составная часть микроорганизмов, растений и животных. Стронций является аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырёхлетнего возраста, когда идёт активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы.
Пути попадания:
- вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ — 7 мг/л (в лечебно-столовых и природных минеральных водах-25 мг/л)[20], а в США — 4 мг/л[19]);
- пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница);
- интратрахеальное поступление;
- через кожу (накожное);
- ингаляционное (через лёгкие).
Попадание природного стронция в организм человека может быть связано с работой в областях его применения. Основные области применения природного стронция — радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, металлотермия, пищевая промышленность, производство магнитных материалов.
Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина D, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких, как барий, молибден, селен и другие). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» — поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения.
Радиоактивный стронций (как правило, стронций-90) практически всегда негативно воздействует на организм человека. Откладываясь в костях, он облучает костную ткань и костный мозг, что увеличивает риск заболевания злокачественными опухолями костей, а при поступлении большого количества может вызвать лучевую болезнь. Области применения радиоактивного стронция — производство атомных электрических батарей, атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы и другое.
В природе стронций встречается в виде смеси четырёх стабильных изотопов 84Sr (0,56(2) %), 86Sr (9,86(20) %), 87Sr (7,00(20) %), 88Sr (82,58(35) %)[21]. Проценты указаны по числу атомов. Известны также радиоактивные изотопы стронция с массовым числом от 73 до 105. Лёгкие изотопы (до 85Sr включительно, а также изомер 87mSr) испытывают электронный захват, распадаясь в соответствующие изотопы рубидия. Тяжёлые изотопы, начиная с 89Sr, испытывают β−-распад, переходя в соответствующие изотопы иттрия. Наиболее долгоживущим и важным в практическом плане среди радиоактивных изотопов стронция является 90Sr.
Стронций-90
правитьИзотоп стронция 90Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28,78 года. 90Sr претерпевает β−-распад, переходя в радиоактивный 90Y (период полураспада 64 часа), который, в свою очередь, распадается в стабильный цирконий-90. Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдёт лишь через несколько сотен лет.
90Sr образуется при ядерных взрывах и внутри ядерного реактора во время его работы. Образование стронция-90 при этом происходит как непосредственно в результате деления ядер урана и плутония, так и в результате бета-распада короткоживущих ядер с массовым числом A = 90 (в цепочке 90Se → 90Br → 90Kr → 90Rb → 90Sr), образующихся при делении.
Применяется в производстве радиоизотопных источников энергии в виде титаната стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение — около 0,54 Вт/см³).
Примечания
править- ↑ Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265—291. — doi:10.1515/pac-2015-0305. Архивировано 31 марта 2016 года.
- ↑ Greenwood and Earnshaw, p. 111
- ↑ Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 441. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—092—4.
- ↑ Стронций на Integral Scientist Modern Standard Periodic Table. Дата обращения: 5 августа 2009. Архивировано 1 июня 2009 года.
- ↑ ГЕОХИ РАН - Игорь Викторович Пеков. geokhi.ru. Дата обращения: 11 мая 2016. Архивировано 1 июня 2016 года.
- ↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
- ↑ Рубидий — Свойства химических элементов. Дата обращения: 20 сентября 2010. Архивировано 28 сентября 2012 года.
- ↑ А. М. Портнов. Забытый элемент стратегического значения. Независимая газета (28 сентября 2011). Дата обращения: 25 апреля 2018. Архивировано 26 апреля 2018 года.
- ↑ К. В. Тарасов, О. М. Топчиева Особенности миграции и накопления стронция в гидротермальных метасоматитах Курильских островов (Кунашир, Кетой, Ушишир, Шиашкотан) Архивная копия от 25 января 2020 на Wayback Machine
- ↑ 1 2 Greenwood and Earnshaw, pp. 112-13
- ↑ 1 2 C. R. Hammond The elements (pp. 4-35) in Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
- ↑ Miyoshi, N.; Kamiura, K.; Oka, H.; Kita, A.; Kuwata, R.; Ikehara, D.; Wada, M. (2004). "The Barbier-Type Alkylation of Aldehydes with Alkyl Halides in the Presence of Metallic Strontium". Bulletin of the Chemical Society of Japan. 77 (2): 341. doi:10.1246/bcsj.77.341.
- ↑ Miyoshi, N.; Ikehara, D.; Kohno, T.; Matsui, A.; Wada, M. (2005). "The Chemistry of Alkylstrontium Halide Analogues: Barbier-type Alkylation of Imines with Alkyl Halides". Chemistry Letters. 34 (6): 760. doi:10.1246/cl.2005.760.
- ↑ Miyoshi, N.; Matsuo, T.; Wada, M. (2005). "The Chemistry of Alkylstrontium Halide Analogues, Part 2: Barbier-Type Dialkylation of Esters with Alkyl Halides". European Journal of Organic Chemistry. 2005 (20): 4253. doi:10.1002/ejoc.200500484.
- ↑ https://www.fujifilm.com/jp/en/news/hq/5822 Архивная копия от 16 августа 2022 на Wayback Machine Magnetic tapes using strontium ferrite (SrFe) particles
- ↑ 1 2 Mineral Resource of the Month: Strontium. U.S. Geological Survey (8 декабря 2014). Дата обращения: 16 августа 2015. Архивировано 28 апреля 2021 года.
- ↑ [1]Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine Журнал ABC — Стронция-89 хлорид — Стронция хлорид [89Sr]
- ↑ Диссертация на тему «Современная тактика системной радиотерапии хлоридом стронция-89 в комплексном лечении больных с метастатическим поражением костей.» автореферат по специал … Дата обращения: 16 сентября 2012. Архивировано 3 мая 2012 года.
- ↑ 1 2 Токсикологические данные стронция. Дата обращения: 15 марта 2009. Архивировано из оригинала 5 мая 2009 года.
- ↑ ТР ЕАЭС 044/2017 Технический регламент Евразийского экономического союза "О безопасности упакованной питьевой воды, включая природную минеральную воду" - docs.cntd.ru. docs.cntd.ru. Дата обращения: 27 декабря 2021. Архивировано 27 декабря 2021 года.
- ↑ Meija J. et al. Isotopic compositions of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 293—306. — doi:10.1515/pac-2015-0503.
Литература
править- Венецкий С.И. Тайна бенгальских жрецов (Стронций) // О редких и рассеянных (Рассказы о металлах). — Москва: Металлургия, 1980. — 184 с. — 200 000 экз.
- Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements (англ.). — 2nd Ed. — Butterworth-Heinemann[англ.], 1997. — ISBN 0-08-037941-9.
