Стронций

Стронций
Атомный номер	38
Внешний вид простого вещества	ковкий, серебристо-белый металл
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	87,62 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	215 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	549,0 (5,69) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Kr] 5s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	191 пм
Радиус иона	(+2e) 112 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	0,95
Электродный потенциал	0
Степени окисления	2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	2,54 г/см³
Молярная теплоёмкость	26,79 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	(35,4) Вт/(м·K)
Температура плавления	1 042 K
Теплота плавления	9,20 кДж/моль
Температура кипения	1657 K
Теплота испарения	144 кДж/моль
Молярный объём	33,7 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	6,080 Å
Отношение c/a	—
Температура Дебая	147 K

Стронций — элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций (CAS-номер: 7440-24-6) — 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.

Присутствие в природе

Содержание в земной коре — 0,384 % в свободном виде стронций не встречается. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный — целестин SrSO₄. Добывают также стронцианит SrCO₃. Эти два минерала имеют промышленное значение.

Стронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%).

В природе стронций встречается в виде смеси 4 стабильных изотопов ⁸⁴Sr (0,56 %), ⁸⁶Sr (9,86 %), ⁸⁷Sr (7,02 %), ⁸⁸Sr (82,56 %).

Получение Стронция

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 легкому воспламенению.

Физические свойства

Стронций — мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.

Полиморфен — известны три его модификации. До 215^оС устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605^оС — гексагональная (β-Sr), выше 605^оС — кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).

Температура плавления — 768^оС, Температура кипения — 1390^оС.

Химические свойства

Стронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен −2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид:

Sr + 2H₂O = Sr(OH)₂ + H₂↑

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжелые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H₂SO₄, HNO₃) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, 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^оС), азотом (выше 400^оС). Практически не реагирует с щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO₂, образуя карбид:

5Sr + 2CO₂ = SrC₂ + 4SrO

Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl^-, I^-, NO₃^-. Соли с анионами F^-, SO₄^2-, CO₃^2-, PO₄^3- малорастворимы.

Применение

Основные области применения стронция и его химических соединений — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Металлургия

Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

Металлотермия

Стронций чистотой 99,99—99,999 % применяется для восстановления урана.

Магнитные материалы

Магнитотвердые ферриты стронция — широкоупотребительные материалы для производства постоянных магнитов.

Пиротехника

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в кирпично-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Изотопы

Радиоактивный ⁹⁰Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титаната стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение около 0,54 Вт/см³).

Атомноводородная энергетика

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.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Химические источники тока

Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.

Биологическая роль

Влияние на организм человека

Не следует путать действие на организм человека природного (нерадиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция. Изотоп стронция ⁹⁰Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28.9 лет. ⁹⁰Sr претерпевает β-распад, переходя в радиоактивный ⁹⁰Y (период полураспада 64 ч.) Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет. ⁹⁰Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС. По химическим реакциям радиоактивный и нерадиоактивные изотопы стронция практически не отличаются. Стронций природный — составная часть микроорганизмов, растений и животных. Независимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения стронция накапливаются в скелете. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Путь поступления влияет на величину отложения стронция в скелете. На поведение стронция в организме оказывает влияние вид, пол, возраст, а также беременность, и другие факторы. Например, в скелете мужчин отложения выше, чем в скелете женщин. Стронций является аналогом кальция. Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырехлетнего возраста, когда идет активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы. Пути попадания:

1. вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ — 8 мг/л, а в США — 4 мг/л)
2. пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)
3. интратрахеальное поступление
4. через кожу (накожное)
5. ингаляционное (через воздух)
6. из растений или через животных стронций-90 может непосредственно перейти в организм человека.
7. люди работа которых связана со стронцием (в медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней. Основные области применения природного стронция — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, металлотермия, пищевая промышленность, пр-во магнитных материалов, радиоактивного — пр-во атомных электрических батарей. атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы и др.)

Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина Д, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких как барий, молибден, селен и др.). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» — поражение и деформация суставов, задержка роста и другие нарушения Напротив, радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека:

1. откладывается в скелете (костях), поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.
2. вызывает лейкемию и злокачественные опухоли (рак) костей, а также поражение печени и мозга

Изотопы

Изотопы стронция

Стронций-90

Стронций-90

Изотоп стронция ⁹⁰Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28,79 лет. ⁹⁰Sr претерпевает β-распад, переходя в радиоактивный иттрий ⁹⁰Y (период полураспада 64 часа). ⁹⁰Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие ⁹⁰Sr и ⁹⁰Y поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.