STRONCIJS: VĒSTURE, STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, REAKCIJAS UN LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Stroncijs ir sārmzemju metāls, kura ķīmiskais simbols ir Mr Svaigi griezums ir balts ar sudrabainu spīdumu, bet, ja tiek pakļauti gaisa oksidējas un iegūst dzeltenīgu krāsu. Šī iemesla dēļ uzglabāšanas laikā tas ir jāaizsargā no skābekļa.

Stroncijs tiek iegūts no vēnām minerālu celestīta vai celestīna (SrSO ₄ ) un strontianīta (SrCO ₃ ) veidā. Tomēr celestīts ir stroncija ieguves galvenā forma, tā nogulsnes atrodas nogulšņu augsnēs un savienojumā ar sēru.

Metāliska stroncija paraugs, ko aizsargā argona atmosfēra. Avots: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matiasa Zepperderivatīvais darbs: Materiālu zinātnieks

Celestīts notiek romba kristālu formā, tas parasti ir bezkrāsains, stiklveida un caurspīdīgs. Kaut arī stroncijs tiek ekstrahēts šādā veidā, tas jāpārveido attiecīgajā karbonātā, no kura tas beidzot tiek reducēts.

1790. gadā Adair Crawford un William Cruickshank identificēja stronciju kā jaunu elementu minerālā no svina raktuves netālu no Strontion pilsētas Argyll, Skotijā. Hronijs Deivijs (Humphry Davy) 1807. gadā stronciju izolēja, izmantojot elektrolīzi.

Stroncijs ir kaļams, kaļams metāls un labs elektrības vadītājs; bet tas ir maz izmantojams rūpniecībā un tirdzniecībā. Viens no tā pielietojumiem ir sakausējumu veidošana ar alumīniju un magniju, uzlabojot šo metālu apstrādi un plūstamību.

Periodiskajā tabulā stroncijs atrodas 2. grupā starp kalciju un bāriju, secinot, ka dažām tā fizikālajām īpašībām, piemēram, blīvumam, kušanas temperatūrai un cietībai, ir starpposma vērtības salīdzinājumā ar tām, kas parādītas kalcijs un bārijs.

Stroncijs dabā sastopams kā četri stabili izotopi: ⁸⁸ Sr ar 0,82,6% pārpilnību; ⁸⁶ Sr, ar 9,9% pārpilnību; ⁸⁷ Sr, ar 7,0% pārpilnību; un ⁸⁴ Sr ar 0,56% pārpilnību.

⁹⁰ Sr ir radioaktīvs izotops, kas ir visnekaitīgākais radioaktīvo nokrišņu komponents, kodola sprādzienu un noplūdes no kodolreaktoriem produkts, jo kalcija un stroncija līdzības dēļ izotops tiek iekļauts kaulos , kas ražo kaulu vēzi un leikēmiju.

Vēsture

Tika pētīts minerāls no svina raktuvēm netālu no Strontian ciemata Ārgilā, Skotijā. Sākotnēji tas tika identificēts kā bārija karbonāta veids. Bet Adair Crawford un William Cruickshank 1789. gadā atzīmēja, ka pētītā viela ir vēl viena apspriežamā viela.

Ķīmiķis Tomass Čārlzs nosauca jauno minerālu strontītu un atbilstošo "zemi" (stroncija oksīdu, SrO) - strontiju.

1790. gadā Krorfords un Kriksanks sadedzināja izpētīto vielu un novēroja, ka liesma ir sarkanbrūnā krāsā, kas atšķiras no liesmām, kas līdz šim novērotas zināmos elementos. Viņi secināja, ka atrodas jauna elementa priekšā.

1808. gadā sers Viljams Humfrijs Deivijs, izmantojot dzīvsudraba katodu, tika elektrolizēts mitrā stroncija hidroksīda vai hlorīda hlorīda un dzīvsudraba oksīda maisījumā. Pēc tam dzīvsudrabs no izveidotās amalgamas tika iztvaicēts, atstājot stronciju brīvu.

Deivijs nosauca izolēto elementu stroncijs (stroncijs).

Stroncija uzbūve un elektronu konfigurācija

Metāliskais stroncijs istabas temperatūrā izkristalizējas kubveida (fcc) struktūras centrā.

Šajā struktūrā Sr atomi atrodas vienības šūnas virsotnēs un kuba virsmās. Tas ir salīdzinoši blīvāks nekā citas struktūras (piemēram, kubiskais vai ccc), ja tajā ir četri Mr.

Sr atomi paliek vienoti, pateicoties metāliskajai saitei, kas veidojas no to atoma valences orbitāļu pārklāšanās visos virzienos kristāla iekšienē. Šī orbitāle ir 5s, kurai ir divi elektroni atbilstoši elektroniskajai konfigurācijai:

5s ²

Tādējādi rodas pilna 5 s josla un 5 p vadītspējas josla (joslu teorija).

Attiecībā uz citām metāliskajām fāzēm bibliogrāfiskās informācijas nav daudz, lai gan ir skaidrs, ka to kristāli tiek pakļauti pārveidojumiem, kad tie ir pakļauti lielam spiedienam.

Oksidācijas skaitļi

Stroncijam, tāpat kā citiem metāliem, ir liela tendence zaudēt valences elektronus; Tie ir divi 5s orbītas elektroni. Tādējādi Sr atomi tiek pārveidoti divvērtīgos Sr ²⁺ katjonos (M ²⁺ , tāpat kā pārējie sārmzemju metāli), izoelektroniskos par cēlgāzes kriptonu. Tad stroncija oksidācijas skaitlis ir +2.

Kad divu elektronu zaudēšanas vietā tas zaudē tikai vienu, veidojas Sr ⁺ katjons ; un tāpēc tā oksidācijas skaitlis ir +1. Sr ⁺ reti sastopams savienojumos, kas iegūti no stroncija.

Īpašības

Izskats

Sudrabaini balta ar metālisku spīdumu, ar nelielu dzeltenu nokrāsu.

Molārā masa

87,62 g / mol.

Kušanas punkts

777 ° C.

Vārīšanās punkts

1377 ° C.

Blīvums

-Apkārtnes temperatūra: 2,64 g / cm ³

-Šķidruma stāvoklis (kušanas temperatūra): 2,375 g / cm ³

Šķīdība

Šķīst spirtā un skābēs. Tas nešķīst ūdenī, jo ar to spēcīgi reaģē.

Saplūšanas karstums

7,43 kJ / mol.

Iztvaikošanas siltums

141 kJ / mol.

Termiskā molārā ietilpība

26,4 J / (mol · K).

Elektronegativitāte

0,95 pēc Pingainga skalas.

Jonizācijas enerģija

Pirmais jonizācijas līmenis: 549,5 kJ / mol.

Otrais jonizācijas līmenis: 1064,2 kJ / mol.

Trešais jonizācijas līmenis: 4,138 kJ / mol.

Atomu radio

Empīriskā pulksten 215.

Kovalentais rādiuss

195 ± 10.

Termiska izplešanās

22,5 µm / (m · K) 25 ° C temperatūrā.

Siltumvadītspēja

35,4 W / (mK).

Elektriskā pretestība

132 nΩ · m 20 ° C temperatūrā.

Cietība

1,5 pēc Mosa skalas.

Ugunsgrēka potenciāls

Smalki sadalīts stroncijs spontāni deg gaisā. Turklāt tas aizdegas, karsējot virs kušanas temperatūras, un var būt eksplozijas briesmas, ja tiek pakļauts liesmas karstumam.

Uzglabāšana

Lai izvairītos no stroncija oksidācijas, ieteicams to uzglabāt iegremdētā petrolejā vai ligroīnā. Stroncijs jāuzglabā vēsā, labi vēdinātā vietā, prom no organiskiem un citiem viegli oksidētiem materiāliem.

Nomenklatūra

Tā kā oksidācijas skaitlis +1 nav tik izplatīts, tiek pieņemts, ka nomenklatūras vienkāršošanai ap stroncija savienojumiem pastāv tikai +2. Tāpēc krājumu nomenklatūrā (II) vārdu beigās netiek ņemts vērā; un tradicionālajā nomenklatūrā tās vienmēr beidzas ar sufiksu -ico.

Piemēram, SrO ir stroncija oksīds vai alvas oksīds attiecīgi saskaņā ar krājumiem un tradicionālajām nomenklatūrām.

Formas

Lielās reaktivitātes dēļ metāliskais stroncijs dabā nešķiet izolēts. Tomēr tā elementārajā stāvoklī to var aizsargāt no skābekļa, iegremdējot petrolejā vai inertu gāzu (piemēram, cēlgāzes) atmosfērā.

Tas ir arī atrasts, veidojot sakausējumus ar alumīniju un magniju, kā arī agregātu alvas un svina sakausējumam. Stroncijs ir atrodams jonu formā (Sr ²⁺ ), kas izšķīdināts augsnē vai jūras ūdenī utt.

Tāpēc, runājot par stronciju, ir jāatsaucas uz Sr ²⁺ katjoniem (un mazākā mērā - Sr ⁺ ).

Tas jonu formā var mijiedarboties arī ar citiem elementiem, veidojot sāļus vai citus ķīmiskus savienojumus; piemēram, stroncija hlorīds, karbonāts, sulfāts, sulfīds utt.

Stroncijs galvenokārt atrodas divos minerālos: celestitā vai celestīnā (SrSO ₄ ) un strontītā (SrCO ₃ ). Celestīts ir galvenais stroncija ieguves avots.

Stroncijam ir 4 dabiskie izotopi, no kuriem viens ir sastopams vairāk ^88. Tāpat ir daudz radioaktīvo izotopu, kas mākslīgi ražoti kodolreaktoros.

Bioloģiskā loma

Nav zināma stroncija bioloģiskā loma mugurkaulniekiem. Sakarā ar līdzību ar kalciju tas var to aizstāt kaulu audos; tas ir, Sr ²⁺ izspiež Ca ²⁺ . Bet kaulos sastopamā stroncija un kalcija attiecība ir no 1/1 000 līdz 1/2000; tas ir, ārkārtīgi zems.

Tāpēc stroncijs nedrīkst pildīt dabisko bioloģisko funkciju kaulos.

Stroncija ranelāts ir izmantots osteoporozes ārstēšanā, jo tas izraisa kaulu sacietēšanu; bet katrā ziņā šī ir terapeitiska darbība.

Viens no nedaudzajiem stroncija bioloģiskās funkcijas piemēriem ir Acantharea - radiolaru vienšūņu dzimuma dzīvniekiem, kuriem ir skelets ar stroncija klātbūtni.

Kur atrast un produkcija

Celestīta kristāls, mineraloģisks stroncija avots. Avots: Arams Duļjans (Lietotājs: Aramgutang)

Stroncijs ir atrodams aptuveni 0,034% no visiem nezināmajiem iežiem. Tomēr noguldījumos ar ievērojamu stroncija saturu ir atrodami tikai divi minerāli: celestīts vai celestīns.

No diviem svarīgiem stroncija minerāliem tikai selestīts nogulšņu atradnēs ir atrodams pietiekamā daudzumā, lai varētu izveidot stroncija ieguves iespējas.

Strationīts ir noderīgāks nekā celestīts, jo lielāko daļu stroncija ražo stroncija karbonāta formā; bet gandrīz nav atrasti noguldījumi, kas ļautu veikt ilgtspējīgu ieguvi.

Stroncija saturs jūras ūdenī svārstās no 82 līdz 90 µmol / L, kas ir daudz zemāka nekā kalcija koncentrācija, no 9,6 līdz 11 mmol / L.

Gandrīz visas kalnrūpniecības pamatā ir celestīta nogulsnes, jo strontianīta vēnu ir maz un tās nav īpaši izdevīgas stroncija iegūšanai no tām. Neskatoties uz to, lielākā daļa stroncija tiek ražoti stroncija karbonāta formā.

Pidžona metode

Celestītu sadedzina ogļu klātbūtnē, lai stroncija sulfātu pārveidotu par stroncija sulfīdu. Otrajā posmā tumšo materiālu, kas satur stroncija sulfīdu, izšķīdina ūdenī un filtrē.

Pēc tam stroncija sulfīda šķīdumu apstrādā ar oglekļa dioksīdu, lai iegūtu stroncija karbonāta nogulsnes.

Stronciju var izolēt ar Pidžona metodes variantu. Stroncija oksīda un alumīnija reakcija notiek vakuumā, kur stroncijs tiek pārveidots par gāzi un caur ražošanas retortu tiek transportēts uz kondensatoriem, kur tas izgulsnējas kā cieta viela.

Elektrolīze

Stronciju var iegūt stieņu veidā ar kontaktkatoda elektrolīzes metodi. Šajā procedūrā atdzesēts dzelzs stienis, kas darbojas kā katods, nonāk saskarē ar kālija hlorīda un stroncija hlorīda izkausēta maisījuma virsmu.

Kad stroncijs sacietē uz katoda (dzelzs stienis), stienis paceļas.

Reakcijas

Ar halogēniem un halogēniem

Stroncijs ir aktīvs reducējošais metāls un reaģē ar halogēniem, skābekli un sēru, iegūstot attiecīgi halogenīdus, oksīdus un sēru. Stroncijs ir sudrabains metāls, bet, saskaroties ar gaisu, tas oksidējas līdz stroncija oksīdam:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Uz metāla virsmas oksīds veido tumšu slāni. Kamēr tā reakcija ar hloru un sēru ir šāda:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Stroncijs reaģē ar izkausētu sēru.

Ar gaisu

To var apvienot ar skābekli, veidojot stroncija peroksīdu; bet tā veidošanai nepieciešams augsts skābekļa spiediens. Tas var arī reaģēt ar slāpekli, iegūstot stroncija nitrīdu:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Tomēr, lai reakcija notiktu, temperatūrai jābūt augstākai par 380 ° C.

Ar ūdeni

Stroncijs var spēcīgi reaģēt ar ūdeni, veidojot stroncija hidroksīdu, Sr (OH) ₂ un ūdeņraža gāzi. Reakcijā starp stronciju un ūdeni nav vardarbības, kas novērota reakcijā starp sārmu metāliem un ūdeni, kā arī tas, kas novērots bārija gadījumā.

Ar skābēm un ūdeņradi

Stroncijs var reaģēt ar sērskābi un slāpekļskābi, attiecīgi veidojot stroncija sulfātu un nitrātu. Tas arī karstu apvieno ar ūdeņradi, veidojot stroncija hidrīdu.

Stroncijam, tāpat kā citiem smagajiem elementiem periodiskās tabulas s blokā, ir plašs koordinācijas numuru diapazons; piemēram, 2, 3, 4, 22 un 24, piemēram, SrCd ₁₁ un SrZn ₁₃ .

Lietojumprogrammas

- elementārais stroncijs

Sakausējumi

To izmanto kā eutektisku modifikatoru, lai uzlabotu Al-Ag sakausējuma stiprību un elastību. To izmanto kā kaulamo kaļamā čuguna sējmateriālu, lai kontrolētu grafīta veidošanos. To pievieno arī alvas un svina sakausējumiem, lai palielinātu stingrību un elastību.

Turklāt to izmanto kā vara un bronzas deoksidatoru. Izkausētam alumīnijam pievieno nelielu daudzumu stroncija, lai optimizētu metāla kausējamību, padarot to piemērotāku priekšmetu izgatavošanai, kas tradicionāli ir izgatavoti no tērauda.

Tas ir alumīnija vai magnija sakausēšanas līdzeklis, ko izmanto motora bloku un riteņu liešanā. Stroncijs uzlabo metāla apstrādi un plūstamību, pie kura tas tiek sakausēts.

Izotopi

Neskatoties uz kaitīgo iedarbību, ⁹⁰ Sr tiek izmantots kā termoelektrisks ģenerators, kura starojuma siltuma enerģiju izmanto ilgstošas ​​elektroenerģijas ražošanai, un to var izmantot kosmosa transporta līdzekļos, attālās izpētes stacijās un navigācijas bojās.

⁸⁹ Sr ir izmantots, lai ārstētu kaulu vēzi, izmantojot radioaktīvo izstarojumu ß veidu, lai iznīcinātu audzēja šūnām.

Stroncija atoms tika izmantots, lai izveidotu laika mērīšanas sistēmu, kas tikai nedaudz atpaliek no vienas sekundes ik pēc 200 miljoniem gadu. Kas padara to par visprecīzāko pulksteni.

- Savienojumi

Karbonāts

Ferīti un magnēti

Stroncija karbonāts (SrCO ₃ ) reaģē ar dzelzs oksīdu (Fe ₂ O ₃ ) temperatūrā no 1000 līdz 1300 ºC, veidojot stroncija ferītu. Šai ferītu saimei ir vispārīga formula SrFe _x O ₄ .

Keramikas magnēti ir izgatavoti no ferītiem un tiek izmantoti dažādos pielietojumos. Starp tiem: skaļruņu, motoru automašīnām ar stikla tīrītāju un rotaļlietu ražošanu bērniem.

Stroncija karbonātu izmanto arī stikla ražošanai televīzijas ekrāniem un displejiem.

Brilles

Papildus šķidro kristālu displeju (LCD) stikla īpašību uzlabošanai to izmanto arī keramikas izstrādājumu stiklošanai, pastiprinot tā izturību pret skrāpējumiem un burbuļu veidošanos apdedzināšanas laikā.

To izmanto stikla ražošanā, ko var izmantot optikā, stikla izstrādājumos un apgaismojumā. Tas ir arī stikla šķiedras, laboratorijas un farmaceitisko stiklu sastāvdaļa, jo tas palielina cietību un izturību pret skrāpējumiem, kā arī tā spilgtumu.

Metālu un sāļu ražošana

To izmanto augstas tīrības cinka iegūšanai, jo tas veicina svina piemaisījumu novēršanu. Tas palīdz stroncija hromāta, savienojuma, ko izmanto kā korozijas inhibitoru iespieddarbos, ražošanā.

Notekūdeņi un fosforās spuldzes

To izmanto notekūdeņu attīrīšanā sulfāta noņemšanai. Turklāt to izmanto ortofosforskābes ražošanā, to izmanto dienasgaismas spuldžu ražošanā.

Pirotehnika

Uguņošanas ierīcēs, tāpat kā citus stroncija sāļus, izmanto stroncija karbonātu, piešķirot tam sarkanīgi sarkanu krāsu. Traipu, ko izmanto arī stroncija pārbaudē.

Hidroksīds

To izmanto cukura ekstrahēšanai no bietēm, jo ​​stroncija hidroksīds apvienojas ar cukuru, veidojot sarežģītu saharīdu. Kompleksu var atdalīt oglekļa dioksīda darbība, atstājot cukuru brīvu. To izmanto arī plastmasas stabilizācijā.

Oksīds

Tas atrodas stiklā, ko izmanto televīzijas attēla caurules ražošanā, sākot ar šo pielietojumu 1970. gadā. Krāsu televizoriem, kā arī citām ierīcēm, kas satur katoda starus, priekšējā plāksnē ir jāizmanto stroncijs, lai apturētu Rentgenstari.

Šie televizori vairs netiek izmantoti, jo katodu lampas ir aizstātas ar citām ierīcēm, un tāpēc stroncija savienojumu lietošana nav nepieciešama.

No otras puses, stroncija oksīdu izmanto, lai uzlabotu keramikas glazūru kvalitāti.

Hlorīds

Stroncija hlorīdu izmanto dažās zobu pastās jutīgiem zobiem un uguņošanas ierīču izgatavošanā. Turklāt to ierobežotā veidā izmanto nevēlamu gāzu noņemšanai traukos, kas pakļauti vakuumam.

Ranelate

To lieto osteoporozes ārstēšanā, jo tas palielina kaulu blīvumu un samazina lūzumu biežumu. Lietojot lokāli, tas kavē maņu kairinājumu. Tomēr tā lietošana ir samazinājusies, pateicoties pierādījumiem, ka tas palielina sirds un asinsvadu slimību biežumu.

Alumīnēt

To izmanto kā palīgvielu elektronikas rūpniecībā. To bieži izmanto arī, lai noteiktas rotaļlietas spīd tumsā, jo tas ir ķīmiski un bioloģiski inerts savienojums.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019. gads). Stroncijs. Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Timotijs P. Hanusa. (2019. gads). Stroncijs. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
4. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2019. gads). Stroncijs. PubChem datu bāze. CID = 5359327. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersens. (2013. gada 20. maijs). Fakti par stronciju. Atgūts no: livescience.com
6. Dr Doug Stewart. (2019. gads). Fakti par stroncija elementu. Atgūts no: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 03. jūlijs). Fakti par stronciju (atomu skaitlis 38 vai Sr). Atgūts no: domaco.com
8. Lenntech BV (2019). Stroncijs. Atgūts no: lenntech.com