Stroncium (Sr) je chemický prvek, kov alkalických zemin 2. skupiny periodické tabulky prvků. Používá se v červených signálních světlech a fosforech, představuje velké zdravotní riziko při radioaktivní kontaminaci.
Historie objevů
Minerál z olověného dolu poblíž vesnice Strontian ve Skotsku. Původně byl rozpoznán jako odrůda uhličitanu barnatého, ale Adair Crawford a William Cruikshank v roce 1789 navrhli, že jde o jinou látku. Chemik Thomas Charles Hope pojmenoval nový minerál strontit po vesnici a odpovídající oxid strontnatý SrO, stroncium. Kov izoloval v roce 1808 sir Humphry Davy, který elektrolyzoval směs vlhkého hydroxidu nebo chloridu s oxidem rtuťnatým pomocí rtuťové katody a poté rtuť odpařil z výsledného amalgámu. Pojmenoval nový prvek pomocí kořene slova "strontium".
Být v přírodě
Relativní množství stroncia, třicátého osmého prvku periodické tabulky, ve vesmíru se odhaduje na 18,9 atomů na každých 106 atomů křemíku. To je asi0,04 % hmotnosti zemské kůry. Průměrná koncentrace prvku v mořské vodě je 8 mg/l.
Chemický prvek stroncium se v přírodě běžně vyskytuje a odhaduje se, že je 15. nejrozšířenější látkou na Zemi a dosahuje koncentrace 360 ppm. Vzhledem ke své extrémní reaktivitě existuje pouze ve formě sloučenin. Jeho hlavními minerály jsou celestin (síran SrSO4) a strontianit (uhličitan SrCO3). Z nich se celestit vyskytuje v dostatečném množství pro ziskovou těžbu, více než 2/3 světových dodávek pochází z Číny a většinu zbytku dodávají Španělsko a Mexiko. Je však výhodnější těžit strontianit, protože stroncium se častěji používá v karbonátové formě, ale známých ložisek je poměrně málo.
Vlastnosti
Stroncium je měkký kov podobný olovu, který se při řezání leskne jako stříbro. Ve vzduchu rychle reaguje s kyslíkem a vlhkostí přítomnými v atmosféře a získává nažloutlý odstín. Proto musí být skladován v izolaci od vzdušných hmot. Nejčastěji se skladuje v petroleji. Ve volném stavu se v přírodě nevyskytuje. Spolu s vápníkem je stroncium obsaženo pouze ve 2 hlavních rudách: celestitu (SrSO4) a stroncianitu (SrCO3).
V řadě chemických prvků hořčík-vápník-stroncium (kovy alkalických zemin) je Sr ve skupině 2 (bývalá 2A) periodické tabulky mezi Ca a Ba. Navíc se nachází v 5. období mezi rubidiem a ytriem. Vzhledem k tomu, atomový poloměr stronciapodobný poloměru vápníku snadno nahrazuje v minerálech ten druhý. Ve vodě je ale měkčí a reaktivnější. Při kontaktu vytváří hydroxid a plynný vodík. Jsou známy 3 allotropy stroncia s přechodovými body 235°C a 540°C.
Kov alkalických zemin obecně nereaguje s dusíkem pod 380 °C a tvoří pouze oxid při pokojové teplotě. Avšak v práškové formě se stroncium spontánně vznítí za vzniku oxidu a nitridu.
Chemické a fyzikální vlastnosti
Charakterizace chemického prvku stroncia podle plánu:
- Název, symbol, atomové číslo: stroncium, Sr, 38.
- Skupina, období, blok: 2, 5, s.
- Atomová hmotnost: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Rozdělení elektronů v obalech: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensity: 2,64 g/cm3.
- Teploty tání a varu: 777 °C, 1382 °C.
- Oxidační stav: 2.
Izotopy
Přírodní stroncium je směsí 4 stabilních izotopů: 88Sr (82,6 %), 86Sr (9, 9 %), 87Sr (7,0 %) a 84Sr (0,56 %). Z nich pouze 87Sr je radiogenní - vzniká rozpadem radioaktivního izotopu rubidia 87Rb s poločasem rozpadu 4,88 × 10 10 let. Předpokládá se, že 87Sr byl produkován během „prvotní nukleosyntézy“(počáteční fáze velkého třesku) spolu s izotopy 84Sr,86 Sr a 88Sr. Záleží naumístění, poměr 87Sr a 86Sr se může lišit více než 5krát. To se používá při datování geologických vzorků a při určování původu koster a hliněných artefaktů.
V důsledku jaderných reakcí bylo získáno asi 16 syntetických radioaktivních izotopů stroncia, z nichž nejtrvanlivější je 90Sr (poločas rozpadu 28,9 let). Tento izotop, produkovaný při jaderném výbuchu, je považován za nejnebezpečnější produkt rozpadu. Díky své chemické podobnosti s vápníkem se vstřebává do kostí a zubů, kde pokračuje ve vypuzování elektronů, což způsobuje radiační poškození, poškození kostní dřeně, narušuje tvorbu nových krvinek a způsobuje rakovinu.
Za lékařsky kontrolovaných podmínek se však stroncium používá k léčbě určitých povrchových malignit a rakoviny kostí. Používá se také ve formě fluoridu strontnatého v chemických proudových zdrojích a v radioizotopových termoelektrických generátorech, které přeměňují teplo svého radioaktivního rozpadu na elektřinu, sloužící jako lehké zdroje energie s dlouhou životností v navigačních bójích, vzdálených meteorologických stanicích a kosmických lodích.
89Sr se používá k léčbě rakoviny, protože napadá kostní tkáň, produkuje beta záření a po několika měsících se rozpadá (poločas rozpadu 51 dní).
Chemický prvek stroncium není pro vyšší formy života nezbytný, jeho soli jsou obvykle netoxické. Co dělá90Sr nebezpečný, používá se ke zvýšení hustoty a růstu kostí.
Připojení
Vlastnosti chemického prvku stroncia jsou velmi podobné vlastnostem vápníku. Ve sloučeninách má Sr výhradní oxidační stav +2 jako iont Sr2+. Kov je aktivní redukční činidlo a snadno reaguje s halogeny, kyslíkem a sírou za vzniku halogenidů, oxidů a sulfidů.
Sloučeniny stroncia mají spíše omezenou komerční hodnotu, protože odpovídající sloučeniny vápníku a barya obecně dělají totéž, ale jsou levnější. Některé z nich však našly uplatnění v průmyslu. Dosud se nepřišlo na to, jakými látkami dosáhnout karmínové barvy u ohňostrojů a signálních světel. V současné době se k dosažení této barvy používají pouze soli stroncia jako Sr(NO3)2 a Sr(ClO) chlorečnan.3)2 . Asi 5-10 % celkové produkce tohoto chemického prvku spotřebuje pyrotechnika. Hydroxid strontnatý Sr(OH)2 se někdy používá k extrakci cukru z melasy, protože tvoří rozpustný sacharid, ze kterého lze cukr snadno regenerovat působením oxidu uhličitého. SrS monosulfid se používá jako depilační činidlo a přísada do fosforů elektroluminiscenčních zařízení a svítících barev.
Ferity strontnaté tvoří skupinu sloučenin obecného vzorce SrFexOy, získané jako výsledek vysoké teploty (1000-1300 °C) reakce SrCO3 aFe2O3. Vyrábějí se z nich keramické magnety, které jsou široce používány v reproduktorech, motorech stěračů automobilů a dětských hračkách.
Produkce
Většina mineralizovaného celestitu SrSO4 se přeměňuje na uhličitan dvěma způsoby: buď se přímo vyluhuje roztokem uhličitanu sodného, nebo se zahřívá s uhlím za vzniku sulfidu. Ve druhém stupni se získá tmavě zbarvená látka obsahující hlavně sulfid strontnatý. Tento „černý popel“se rozpouští ve vodě a filtruje se. Uhličitan strontnatý se vysráží z roztoku sulfidu zavedením oxidu uhličitého. Síran se redukuje na sulfid karbotermální redukcí SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Článek lze vyrobit katodickým elektrochemickým kontaktem, při kterém se chlazená železná tyč, fungující jako katoda, dotýká povrchu směsi chloridů draslíku a stroncia a stoupá, když na něm stroncium tuhne. Reakce na elektrodách lze znázornit následovně: Sr2+ + 2e- → Sr (katoda); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anoda).
Metallic Sr lze také získat z jeho oxidu pomocí hliníku. Je kujný a tažný, dobrý vodič elektřiny, ale používá se poměrně málo. Jedním z jeho použití je jako legovací činidlo pro hliník nebo hořčík při odlévání bloků válců. Stroncium zlepšuje obrobitelnost a odolnost proti tečeníkov. Alternativní způsob, jak získat stroncium, je redukovat jeho oxid hliníkem ve vakuu při destilační teplotě.
Komerční použití
Chemický prvek stroncium je široce používán ve skle barevných televizních katodových trubic, aby se zabránilo pronikání rentgenového záření. Lze jej použít i do barev ve spreji. To se zdá být jedním z nejpravděpodobnějších zdrojů expozice veřejnosti stronciu. Kromě toho se prvek používá k výrobě feritových magnetů a rafinaci zinku.
Soli stroncia se používají v pyrotechnice, protože při hoření barví plamen do červena. A slitina solí stroncia s hořčíkem se používá jako součást zápalných a signálních směsí.
Titanát má extrémně vysoký index lomu a optickou disperzi, díky čemuž je užitečný v optice. Může být použit jako náhrada za diamanty, ale pro tento účel se používá jen zřídka kvůli své extrémní měkkosti a náchylnosti k poškrábání.
Hlinitan strontnatý je jasný fosfor s dlouhodobou stabilitou fosforescence. Oxid se někdy používá ke zlepšení kvality keramických glazur. Izotop 90Sr je jedním z nejlepších vysokoenergetických beta zářičů s dlouhou životností. Používá se jako zdroj energie pro radioizotopové termoelektrické generátory (RTG), které přeměňují teplo uvolněné při rozpadu radioaktivních prvků na elektřinu. Tato zařízení se používají vkosmické lodě, vzdálené meteorologické stanice, navigační bóje atd. – kde je vyžadován lehký a dlouhodobý jaderný zdroj energie.
Lékařské použití stroncia: charakterizace vlastností, léčba léky
Izotop 89Sr je aktivní složka radioaktivního léku Metastron, který se používá k léčbě bolesti kostí způsobené metastatickým karcinomem prostaty. Chemický prvek stroncium působí jako vápník, je obsažen především v kosti v místech se zvýšenou osteogenezí. Tato lokalizace zaměřuje radiační účinek na rakovinné léze.
Radioizotop 90Sr se také používá při léčbě rakoviny. Jeho beta záření a dlouhý poločas jsou ideální pro povrchovou radiační terapii.
Experimentální lék vyrobený kombinací stroncia s kyselinou ranelovou podporuje růst kostí, zvyšuje hustotu kostí a redukuje zlomeniny. Stronium ranelát je v Evropě registrován jako lék na osteoporózu.
Chlorid strontnatý se někdy používá v zubních pastách pro citlivé zuby. Jeho obsah dosahuje 10 %.
Opatření
Čisté stroncium má vysokou chemickou aktivitu a v rozdrceném stavu se kov samovolně vznítí. Proto je tento chemický prvek považován za nebezpečí požáru.
Účinek na lidské tělo
Lidské tělo absorbuje stroncium stejným způsobem jako vápník. Tihle dvaPrvky jsou si chemicky natolik podobné, že stabilní formy Sr nepředstavují významné zdravotní riziko. Naproti tomu radioaktivní izotop 90Sr může vést k různým kostním poruchám a onemocněním, včetně rakoviny kostí. Jednotka stroncia se používá k měření záření absorbovaného 90Sr.
