STRONTIUM: ISTORIC, STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, REACȚII ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Strontiu este un metal alcalino - pământos al cărui simbol chimic este dl proaspăt tăiat este de culoare albă , cu un luciu argintiu, dar atunci când sunt expuse la aer oxidează și capătă o culoare gălbuie. Din acest motiv, trebuie protejat de oxigen în timpul depozitării.

Strontiul este extras din venele sale sub forma mineralelor celestite sau celestine (SrSO ₄ ) și strontianit (SrCO ₃ ). Cu toate acestea, celestitul este principala formă în care are loc extragerea strontiului, depozitele sale fiind în soluri sedimentare și în asociere cu sulful.

Eșantion metalic de stronțiu protejat de o atmosferă de argon. Sursa: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Lucrare zepperderivativă: Materialscientist

Celestitul apare sub formă de cristale rombice, de obicei este incolor, vitros și transparent. Deși strontiul este extras în acest mod, acesta trebuie transformat în carbonatul său respectiv, din care este în cele din urmă redus.

În 1790, stronțiul a fost identificat ca un element nou de către Adair Crawford și William Cruickshank, într-un mineral dintr-o mină de plumb din apropierea orașului Strontion din Argyll, Scoția. Stronțiu a fost izolat în 1807 de Humphry Davy, prin utilizarea electrolizei.

Strontiul este un metal maleabil, ductil și un bun conductor de electricitate; dar are o mică utilizare industrială și comercială. Una dintre aplicațiile sale este formarea aliajelor cu aluminiu și magneziu, îmbunătățind manipularea și fluiditatea acestor metale.

În tabelul periodic, strontiul este situat în grupa 2, între calciu și bariu, constatând că unele dintre proprietățile sale fizice, cum ar fi densitatea, punctul de topire și duritatea, au valori intermediare în raport cu cele arătate pentru calciu și bariu.

Strontiul apare în natură sub formă de patru izotopi stabili: ⁸⁸ Sr cu .82.6% abundență; ⁸⁶ Sr, cu 9,9% abundență; cei ⁸⁷ Sr, cu 7,0% abundență; și ⁸⁴ Sr, cu 0,56% din abundență.

⁹⁰ Sr este un izotop radioactiv care constituie componenta cea mai dăunătoare a căderilor radioactive, un produs al exploziilor nucleare și al scurgerilor din reactoarele nucleare, deoarece datorită asemănării dintre calciu și stronțiu, izotopul este încorporat în oase , producând cancer osos și leucemie.

Istorie

A fost studiat un mineral dintr-o mină de plumb din apropierea satului Strontian din Argyll, Scoția. A fost inițial identificat ca un tip de carbonat de bariu. Dar Adair Crawford și William Cruickshank, în 1789, au remarcat că substanța studiată a fost alta.

Chimistul Thomas Charles Hope a numit noua strontită minerală, iar „pământul” corespunzător (oxid de stronțiu, SrO) a numit-o strontia.

În 1790, Crawford și Cruickshank au ars substanța studiată și au observat că flacăra avea o culoare roșie-roșie, diferită de flăcările observate până atunci în elementele cunoscute. Au ajuns la concluzia că se aflau în fața unui element nou.

În 1808, Sir William Humphry Davy, a fost supus electrolizei la un amestec umed de hidroxid sau clorură de stronțiu cu oxid de mercur, folosind un catod de mercur. Apoi, mercurul din amalgamul format a fost evaporat, lăsând stontiul liber.

Davy a numit elementul izolat strontium (strontium).

Structura și configurația electronilor a stronțiului

Stronțiul metalic cristalizează la temperatura camerei într-o structură cubică (fcc) centrată pe față.

În această structură, atomii Sr sunt localizați la vârfuri și pe fețele cubului celulei unității. Este relativ mai dens decât alte structuri (cum ar fi cubul sau bcc) pentru a avea în total patru atomi de Mr.

Atomii Sr rămân uniți datorită legăturii metalice, produs al suprapunerii orbitalelor lor de valență atomică în toate direcțiile din cristal. Acest orbital este 5s, care are doi electroni conform configurației electronice:

5s ²

Și astfel, o bandă completă 5s și o bandă de conducere 5p (teoria bandelor) au originea.

În ceea ce privește alte faze metalice, nu există prea multe informații bibliografice, deși este sigur că cristalele lor suferă transformări atunci când sunt supuse unor presiuni ridicate.

Numere de oxidare

Strontiul, ca și alte metale, are o tendință ridicată de a-și pierde electronii de valență; Aceștia sunt cei doi electroni ai orbitalului 5s. Astfel, atomii Sr devin cationi Sr ²⁺ divalenți (M ²⁺ , la fel ca restul metalelor alcaline de pământ), izoelectronici pentru criptonul de gaze nobile. Strontiul se spune atunci că are un număr de oxidare de +2.

Când în loc să piardă doi electroni pierde doar unul, se formează cationul Sr ⁺ ; și, prin urmare, numărul său de oxidare este +1. Sr ⁺ este rar în compuși derivați de stronțiu.

Proprietăți

Aspect

Alb argintiu cu luciu metalic, cu o ușoară tentă galbenă.

Masă molară

87,62 g / mol.

Punct de topire

777 ° C.

Punct de fierbere

1.377 ° C.

Densitate

Temperatura -Înconjurător: 2,64 g / cm ³

Stare -Liquid (punct de topire): 2,375 g / cm ³

Solubilitate

Solubil în alcool și acizi. Nu este solubil în apă, deoarece reacționează puternic cu ea.

Căldură de fuziune

7,43 kJ / mol.

Căldură de vaporizare

141 kJ / mol.

Capacitate molară termică

26,4 J / (mol · K).

electronegativitate

0,95 pe scara Pauling.

Energie de ionizare

Primul nivel de ionizare: 549,5 kJ / mol.

Al doilea nivel de ionizare: 1.064,2 kJ / mol.

Al treilea nivel de ionizare: 4.138 kJ / mol.

Radio atomic

Empiric 215 pm.

Raza covalentă

195 ± 10 pm.

Expansiune termică

22,5 um / (m · K) la 25 ° C.

Conductivitate termică

35,4 W / (mK).

Rezistență electrică

132 nΩ · m la 20 ° C.

Duritate

1,5 pe scara Mohs.

Potențial de incendiu

Strontiul, când este divizat fin, arde spontan în aer. În plus, se aprinde atunci când este încălzit deasupra punctului de topire și poate fi un pericol de explozie atunci când este expus la căldura unei flăcări.

Depozitare

Pentru a evita oxidarea stronțiului, se recomandă depozitarea lui imersată în kerosen sau nafta. Strontiul trebuie depozitat într-un loc răcoros, bine ventilat, ferit de materiale organice și de alte materiale ușor oxidabile.

Nomenclatură

Deoarece numărul de oxidare +1 nu este atât de comun, se presupune că există doar +2 pentru simplificarea nomenclaturii în jurul compușilor de stronțiu. De aceea, în nomenclatura de stocuri (II) de la sfârșitul numelor este ignorată; iar în nomenclatura tradițională, acestea se termină întotdeauna cu sufixul -ico.

De exemplu, SrO este oxid de stronțiu sau oxid de staniu, în conformitate cu stocurile și respectiv cu nomenclatoarele tradiționale.

forme

Datorită reactivității sale mari, strontiul metalic nu apare izolat în natură. Cu toate acestea, poate fi găsit în starea sa elementară protejată de oxigen, prin imersie în kerosen sau într-o atmosferă de gaze inerte (cum ar fi gaze nobile).

Se găsește formând aliaje cu aluminiu și magneziu, precum și un agregat la un aliaj de staniu și plumb. Strontiul se găsește sub formă ionică (Sr ²⁺ ) dizolvat în sol sau în apa mării etc.

Prin urmare, a vorbi de stronțiu înseamnă a face referire la cationii Sr ²⁺ (și într-un grad mai mic, Sr ⁺ ).

De asemenea, poate interacționa sub formă ionică cu alte elemente pentru a forma săruri sau alți compuși chimici; cum ar fi clorura de stronțiu, carbonatul, sulfatul, sulfura etc.

Strontiul este prezent în principal în două minerale: celestit sau celestină (SrSO ₄ ) și strontit (SrCO ₃ ). Celestitul este principala sursă de extracție a mineritului de stronțiu.

Strontiumul are 4 izotopi naturali, dintre care cel găsit în abundență mai mare este ⁸⁸ Mr. De asemenea, există numeroși izotopi radioactivi, produși artificial în reactoarele nucleare.

Rolul biologic

Nu există un rol biologic cunoscut pentru stronțiu la vertebrate. Datorită asemănării sale cu calciul, îl poate înlocui în țesuturile osoase; adică Sr ²⁺ deplasează Ca ²⁺ . Dar raportul găsit în os între stronțiu și calciu este între 1 / 1.000 și 1 / 2.000; adică extrem de scăzut.

Prin urmare, stronțiul nu trebuie să îndeplinească o funcție biologică naturală în oase.

Ranelatul de stronțiu a fost utilizat în tratamentul osteoporozei, deoarece provoacă o întărire a oaselor; dar în orice caz, aceasta este o acțiune terapeutică.

Unul dintre puținele exemple de funcție biologică a stronțiului apare în Acantharea, un protozoar radiolarian care are un schelet cu prezență de stronțiu.

Unde găsiți și produceți

Cristal de celestit, o sursă mineralogică de strontiu. Sursa: Aram Dulyan (Utilizator: Aramgutang)

Strontiul se găsește în aproximativ 0,034% din toate rocile ignee. Cu toate acestea, doar două minerale: celestitul sau celestina, se găsesc în depozite cu conținut semnificativ de stronțiu.

Dintre cele două importante minerale de stronțiu, numai celestitul se găsește în cantitate suficientă în depozitele sedimentare pentru a permite crearea de instalații pentru extragerea strontiului.

Stratita este mai utilă decât celestitul, deoarece cea mai mare parte a strontiului este produs sub formă de carbonat de stronțiu; dar cu greu s-au găsit depozite care să permită exploatarea durabilă.

Conținutul de stronțiu din apa de mare este cuprins între 82 și 90 µmol / L, o concentrație mult mai mică decât cea a calciului, între 9,6 și 11 mmol / L.

Aproape toată mineritatea se bazează pe depozite de celestit, deoarece venele strontianite sunt rare și nu sunt foarte profitabile pentru extragerea strontiului din ele. În ciuda acestui fapt, majoritatea strontiului este produs sub formă de carbonat de stronțiu.

Metoda Pidgeon

Celestitul este incinerat în prezența cărbunelui pentru a transforma sulfat de stronțiu în sulfură de stronțiu. În a doua etapă, materialul întunecat care conține sulfură de stronțiu este dizolvat în apă și filtrat.

Apoi, soluția de sulfură de stronțiu este tratată cu dioxid de carbon, pentru a produce precipitația carbonatului de stronțiu.

Strontiul poate fi izolat printr-o variantă a metodei Pidgeon. Reacția oxidului de stronțiu și a aluminiului are loc într-un vid, unde strontiul este transformat în gaz și transportat prin retorta de producție în condensatoare, unde precipită sub formă de solid.

Electroliză

Stronțiul poate fi obținut sub formă de tije prin metoda electrolizei catodului de contact. În această procedură, o tijă de fier răcită care acționează ca un catod intră în contact cu suprafața unui amestec topit de clorură de potasiu și clorură de stronțiu.

Pe măsură ce strontiul se solidifică pe catod (tija de fier), tija se ridică.

reacţii

Cu calcogeni și halogeni

Strontiul este un metal care reduce activ și reacționează cu halogeni, oxigen și sulf pentru a produce halogenuri, oxizi și sulf. Strontiul este un metal argintiu, dar se oxidează la oxidul de stronțiu atunci când este expus la aer:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Oxidul formează un strat întunecat pe suprafața metalului. În timp ce reacția sa cu clorul și sulful sunt următoarele:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Strontiul reacționează cu sulful topit.

Cu aerul

Se poate combina cu oxigenul pentru a forma peroxid de stronțiu; dar necesită o presiune mare de oxigen pentru formarea sa. De asemenea, poate reacționa cu azot pentru a produce nitrură de stronțiu:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Cu toate acestea, temperatura trebuie să depășească 380 ° C pentru ca reacția să aibă loc.

Cu apa

Strontiul poate reacționa violent cu apa pentru a forma hidroxid de stronțiu, Sr (OH) ₂ și gaz hidrogen. Reacția dintre stronțiu și apă nu are violența observată în reacția dintre metalele alcaline și apă, precum și cea observată în cazul bariului.

Cu acizi și hidrogen

Strontiul poate reacționa cu acidul sulfuric și acidul azotic pentru a forma, respectiv, sulfat de stronțiu și nitrat. De asemenea, combină fierbinte cu hidrogen pentru a forma hidrură de stronțiu.

Strontiul, ca și alte elemente grele din blocul s al tabelului periodic, are o gamă largă de numere de coordonare; cum ar fi 2, 3, 4, 22 și 24, observate în compuși precum SrCd ₁₁ și SrZn ₁₃ , de exemplu.

Aplicații

- Strontium elementar

aliaje

Este utilizat ca modificator eutectic pentru a îmbunătăți rezistența și ductilitatea aliajului Al-Ag. Este utilizat ca inoculant în turnătoria de fier ductil pentru a controla formarea grafitului. De asemenea, se adaugă la staniu și aliaje de plumb pentru a adăuga duritate și ductilitate.

În plus, este folosit ca dezoxidant pentru cupru și bronz. În aluminiu topit se adaugă o cantitate mică de stronțiu pentru a optimiza capacitatea de topire a metalului, ceea ce îl face mai potrivit pentru fabricarea de obiecte care sunt obișnuite din oțel.

Este un agent de aliere pentru aluminiu sau magneziu care este utilizat la turnarea blocurilor motorului și a roților. Strontiul îmbunătățește manevrabilitatea și fluiditatea metalului la care este aliat.

izotopi

În ciuda acțiunii sale dăunătoare, ⁹⁰ Sr este utilizat ca generator termoelectric, folosind energia termică din radiația sa pentru a produce energie electrică de lungă durată, cu aplicarea în vehicule spațiale, stații de cercetare la distanță și cai de navigație.

⁸⁹ Sr a fost utilizat în tratamentul cancerului osos, folosind tipul emisiei radioactive β pentru distrugerea celulelor tumorale.

Atomul de stronțiu a fost utilizat pentru a stabili un sistem pentru măsurarea timpului, care abia rămâne o secundă la fiecare 200 de milioane de ani. Ceea ce îl face cel mai precis ceas.

- Compuși

Carbonat

Ferit și magneți

Carbonatul de stronțiu (SrCO ₃ ) reacționează cu oxidul feric (Fe ₂ O ₃ ) la o temperatură între 1.000 și 1.300 ºC, pentru a forma o ferită de stronțiu. Această familie de ferite are o formulă generală SrFe _x O ₄ .

Magneții din ceramică sunt realizați din ferit și sunt folosiți în diferite aplicații. Printre acestea: fabricarea de boxe, motoare pentru ștergătoarele de parbriz auto și jucării pentru copii.

Carbonatul de stronțiu este utilizat și în producția de sticlă pentru ecrane de televiziune și afișoare.

Ochelari

Pe lângă îmbunătățirea proprietății sticlei pentru afișele cu cristale lichide (LCD), este utilizat și în vitrajul ceramicii, întărind rezistența la zgârieturi și formarea de bule în timpul arderii.

Este utilizat la producerea de sticlă utilizabilă în optică, articole de sticlă și iluminat. De asemenea, face parte din fibra de sticlă și din ochelarii de laborator și farmaceutici, deoarece crește duritatea și rezistența la zgârieturi, precum și luminozitatea acesteia.

Producția de metale și săruri

Este utilizat pentru a obține zinc de înaltă puritate, deoarece contribuie la eliminarea impurității plumbului. Acesta ajută la producerea cromatului de stronțiu, un compus care este utilizat ca inhibitor de coroziune în vopselele de imprimare.

Apă uzată și lămpi fosforescente

Este utilizat în tratarea apelor uzate pentru eliminarea sulfatului. În plus, este utilizat la producerea acidului ortofosforic, utilizat la fabricarea lămpilor fluorescente.

Pirotehnie

Carbonatul de stronțiu, ca și alte săruri de stronțiu, este utilizat în artificii pentru a-i conferi o culoare roșie crudă. O pată care este folosită și la testarea stronțiului.

Hidroxid

Este utilizat în extragerea zahărului din sfeclă, deoarece hidroxidul de stronțiu se combină cu zahărul pentru a produce un zaharid complex. Complexul poate fi disociat prin acțiunea dioxidului de carbon, lăsând zahărul liber. De asemenea, este utilizat în stabilizarea plasticului.

Oxid

Este prezent în sticla folosită la fabricarea unui tub de imagine pentru televiziune, începând această aplicație în 1970. Televizoarele color, precum și alte dispozitive care conțin raze catodice, trebuie să utilizeze stronțiu în placa frontală pentru a opri razele X.

Aceste televizoare nu mai sunt utilizate, deoarece tuburile catodice au fost înlocuite cu alte dispozitive și, prin urmare, nu este necesară utilizarea de compuși de stronțiu.

Pe de altă parte, oxidul de stronțiu este utilizat pentru a îmbunătăți calitatea glazurilor ceramice.

Clorură

Clorura de stronțiu este folosită în unele paste de dinți pentru dinți sensibili și la fabricarea artificiilor. În plus, este utilizat într-un mod limitat pentru îndepărtarea gazelor nedorite în vasele supuse vidului.

ranelatul

Este utilizat în tratamentul osteoporozei, deoarece crește densitatea osoasă și reduce incidența fracturilor. Aplicat topic, inhibă iritațiile senzoriale. Cu toate acestea, utilizarea sa a scăzut datorită dovezilor că crește incidența bolilor cardiovasculare.

aluminat

Este utilizat ca dopant în industria electronică. De asemenea, este frecvent utilizat pentru a face ca anumite jucării să strălucească în întuneric, deoarece este un compus inert chimic și biologic.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică . (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Stronţiu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Timotei P. Hanusa. (2019). Stronţiu. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
4. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Stronţiu. Baza de date PubChem. CID = 5359327. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20 mai 2013). Fapte despre stronțiu. Recuperat de la: livescience.com
6. Dr. Doug Stewart. (2019). Fapte cu element de stronțiu. Recuperat de la: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (03 iulie 2019). Fapte de stronțiu (Numărul atomic 38 sau Sr). Recuperat de la: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Stronţiu. Recuperat de la: lenntech.com