Stroncijs (Sr) ir ķīmisks elements, periodiskās tabulas 2. grupas sārmzemju metāls. Lieto sarkanās signāllampās un fosforos, rada lielu apdraudējumu veselībai radioaktīvā piesārņojuma dēļ.
Atklājumu vēsture
Minerāls no svina raktuvēm netālu no Strontiānas ciema Skotijā. Sākotnēji tas tika atzīts par bārija karbonāta šķirni, taču Adair Crawford un William Cruikshank 1789. gadā ierosināja, ka tā ir cita viela. Ķīmiķis Tomass Čārlzs Hops ciema vārdā nosauca jauno minerālu strontītu un atbilstošo stroncija oksīdu SrO, stroncijs. Metālu 1808. gadā izolēja sers Hamfrijs Deivijs, kurš, izmantojot dzīvsudraba katodu, elektrolizēja mitra hidroksīda vai hlorīda maisījumu ar dzīvsudraba oksīdu un pēc tam iztvaicēja dzīvsudrabu no iegūtās amalgamas. Viņš nosauca jauno elementu, izmantojot vārda "stroncijs" sakni.
Būt dabā
Stroncija, periodiskās tabulas trīsdesmit astotā elementa, relatīvais daudzums kosmosā tiek lēsts kā 18,9 atomi uz katriem 106 silīcija atomiem. Tas ir aptuveni0,04% no zemes garozas masas. Vidējā elementa koncentrācija jūras ūdenī ir 8 mg/L.
Ķīmiskais elements stroncijs ir plaši sastopams dabā, un tiek lēsts, ka tā ir 15. visbiežāk sastopamā viela uz Zemes, sasniedzot 360 daļas uz miljonu. Ņemot vērā tā ārkārtējo reaktivitāti, tas pastāv tikai savienojumu veidā. Tās galvenie minerāli ir celestīns (sulfāts SrSO4) un stroncianīts (karbonāts SrCO3). No tiem celestīts ir sastopams pietiekamā daudzumā rentablai ieguvei, vairāk nekā 2/3 no pasaules piegādes nāk no Ķīnas, bet Spānija un Meksika nodrošina lielāko daļu pārējo. Taču stroncianītu ir izdevīgāk iegūt, jo stroncijs biežāk tiek izmantots karbonāta veidā, taču zināmu salīdzinoši maz atradņu.
Properties
Stroncijs ir mīksts metāls, līdzīgs svinam, kas griežot spīd kā sudrabs. Gaisā tas ātri reaģē ar atmosfērā esošo skābekli un mitrumu, iegūstot dzeltenīgu nokrāsu. Tāpēc tas ir jāuzglabā izolēti no gaisa masām. Visbiežāk tas tiek uzglabāts petrolejā. Brīvā stāvoklī dabā tas nenotiek. Pavadošais kalcijs stroncijs ir iekļauts tikai 2 galvenajās rūdās: celestītā (SrSO4) un stroncianītā (SrCO3).
Ķīmisko elementu sērijā magnijs-kalcijs-stroncijs (sārmzemju metāli) Sr ir periodiskās tabulas 2. grupā (bijušais 2A) starp Ca un Ba. Turklāt tas atrodas 5. periodā starp rubīdiju un itriju. Tā kā stroncija atomu rādiusslīdzīgi kā kalcija rādiuss, tas viegli aizstāj pēdējo minerālvielās. Bet tas ir mīkstāks un reaģētspējīgāks ūdenī. Saskaroties, veidojas hidroksīds un ūdeņraža gāze. Ir zināmi 3 stroncija allotropi ar pārejas punktiem 235°C un 540°C.
Sārmzemju metāls parasti nereaģē ar slāpekli temperatūrā, kas zemāka par 380°C, un istabas temperatūrā veido tikai oksīdu. Tomēr pulvera veidā stroncijs spontāni uzliesmo, veidojot oksīdu un nitrīdu.
Ķīmiskās un fizikālās īpašības
Ķīmiskā elementa stroncija raksturojums pēc plāna:
- Nosaukums, simbols, atomskaitlis: stroncijs, Sr, 38.
- Grupa, periods, bloks: 2, 5, s.
- Atomu masa: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Elektronu sadalījums čaulās: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensitāte: 2,64 g/cm3.
- Kušanas un viršanas temperatūra: 777 °C, 1382 °C.
- Oksidācijas stāvoklis: 2.
Izotopi
Dabīgais stroncijs ir 4 stabilu izotopu maisījums: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) un 84Sr (0,56%). No tiem tikai 87Sr ir radiogēns - tas veidojas rubīdija radioaktīvajam izotopam sabrūkot 87Rb ar pussabrukšanas periodu 4,88 × 10 10 gadi. Tiek uzskatīts, ka 87Sr radās "pirmās nukleosintēzes" laikā (Lielā sprādziena agrīnā stadijā) kopā ar izotopiem 84Sr,86 Sr un 88Sr. Atkarībā novietās, attiecība 87Sr un 86Sr var atšķirties vairāk nekā 5 reizes. To izmanto ģeoloģisko paraugu datēšanai un skeletu un māla artefaktu izcelsmes noteikšanai.
Kodolreakciju rezultātā tika iegūti aptuveni 16 stroncija sintētiskie radioaktīvie izotopi, no kuriem izturīgākais ir 90Sr (pusperiods 28,9 gadi). Šis izotops, kas radies kodolsprādzienā, tiek uzskatīts par visbīstamāko sabrukšanas produktu. Pateicoties tā ķīmiskajai līdzībai ar kalciju, tas uzsūcas kaulos un zobos, no kurienes turpina izspiest elektronus, radot radiācijas bojājumus, kaulu smadzeņu bojājumus, traucējot jaunu asins šūnu veidošanos un izraisot vēzi.
Tomēr medicīniski kontrolētos apstākļos stronciju lieto noteiktu virspusēju ļaundabīgu audzēju un kaulu vēža ārstēšanai. To izmanto arī stroncija fluorīda veidā ķīmiskos strāvas avotos un radioizotopu termoelektriskajos ģeneratoros, kas pārvērš radioaktīvās sabrukšanas siltumu elektroenerģijā, kalpojot kā ilgmūžīgs, viegls enerģijas avots navigācijas bojās, attālās meteoroloģiskās stacijās un kosmosa kuģos.
89Sr lieto vēža ārstēšanai, jo tas uzbrūk kaulaudiem, rada beta starojumu un sadalās pēc dažiem mēnešiem (pusperiods 51 diena).
Ķīmiskais elements stroncijs nav būtisks augstākām dzīvības formām, tā sāļi parasti nav toksiski. Kas padara90Sr bīstams, lieto kaulu blīvuma un augšanas palielināšanai.
Savienojumi
Ķīmiskā elementa stroncija īpašības ir ļoti līdzīgas kalcija īpašībām. Savienojumos Sr ir ekskluzīvs oksidācijas stāvoklis +2 kā Sr2+ jons. Metāls ir aktīvs reducētājs un viegli reaģē ar halogēniem, skābekli un sēru, veidojot halogenīdus, oksīdus un sulfīdus.
Stroncija savienojumiem ir diezgan ierobežota komerciālā vērtība, jo attiecīgie kalcija un bārija savienojumi parasti darbojas tāpat, bet ir lētāki. Tomēr daži no tiem ir atraduši pielietojumu rūpniecībā. Pagaidām vēl nav izdomāts, ar kādām vielām salūtos un signālgaismās panākt tumšsarkanu krāsu. Pašlaik šīs krāsas iegūšanai tiek izmantoti tikai stroncija sāļi, piemēram, Sr(NO3)2 un Sr(ClO) hlorāts.3)2 . Apmēram 5-10% no šī ķīmiskā elementa kopējās produkcijas patērē pirotehnika. Stroncija hidroksīdu Sr(OH)2 dažkārt izmanto cukura ekstrahēšanai no melases, jo tas veido šķīstošu saharīdu, no kura cukuru var viegli reģenerēt, iedarbojoties ar oglekļa dioksīdu. SrS monosulfīds tiek izmantots kā depilācijas līdzeklis un sastāvdaļa elektroluminiscences ierīču un gaismas krāsu luminoforos.
Stroncija ferīti veido savienojumu saimi ar vispārīgo formulu SrFexOy, kas iegūtas augstas temperatūras (1000-1300 °C) reakcija SrCO3 unFe2O3. Tos izmanto keramikas magnētu izgatavošanai, ko plaši izmanto skaļruņos, automašīnu logu tīrītāju motoros un bērnu rotaļlietās.
Ražošana
Lielākā daļa mineralizētā celestīta SrSO4 tiek pārvērsta karbonātā divos veidos: vai nu tieši izskalo ar nātrija karbonāta šķīdumu, vai karsē ar akmeņoglēm, veidojot sulfīdu. Otrajā posmā tiek iegūta tumšas krāsas viela, kas galvenokārt satur stroncija sulfīdu. Šie "melnie pelni" izšķīst ūdenī un tiek filtrēti. Stroncija karbonāts izgulsnējas no sulfīda šķīduma, ievadot oglekļa dioksīdu. Sulfāts tiek reducēts līdz sulfīdam ar karbotermisko reducēšanu SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Šūnu var ražot ar katoda elektroķīmisko kontaktu, kurā atdzesēts dzelzs stienis, kas darbojas kā katods, pieskaras kālija un stroncija hlorīdu maisījuma virsmai un paceļas, stroncijam uz tās sacietējot. Reakcijas uz elektrodiem var attēlot šādi: Sr2+ + 2e- → Sr (katods); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anods).
Metallic Sr var arī atgūt no tā oksīda ar alumīniju. Tas ir kaļams un kaļams, labs elektrības vadītājs, taču tiek izmantots salīdzinoši maz. Viens no tā izmantošanas veidiem ir kā alumīnija vai magnija leģējošs līdzeklis cilindru bloku liešanā. Stroncijs uzlabo apstrādājamību un izturību pret šļūdeimetāls. Alternatīvs veids, kā iegūt stronciju, ir reducēt tā oksīdu ar alumīniju vakuumā destilācijas temperatūrā.
Komerciālai lietošanai
Ķīmiskais elements stroncijs tiek plaši izmantots krāsu TV katodstaru lampu stiklā, lai novērstu rentgenstaru iekļūšanu. To var izmantot arī aerosola krāsās. Šķiet, ka tas ir viens no visticamākajiem stroncija iedarbības avotiem sabiedrībā. Turklāt elements tiek izmantots ferīta magnētu ražošanai un cinka attīrīšanai.
Stroncija sāļus izmanto pirotehnikā, jo tie degot iekrāso liesmu sarkanu. Un stroncija sāļu sakausējums ar magniju tiek izmantots kā daļa no aizdedzes un signālu maisījumiem.
Titanatam ir ārkārtīgi augsts laušanas koeficients un optiskā dispersija, kas padara to noderīgu optikā. To var izmantot kā dimantu aizstājēju, taču šim nolūkam to izmanto reti, jo tas ir ļoti maigs un neaizsargāts pret skrāpējumiem.
Stroncija alumināts ir spilgts fosfors ar ilgstošu fosforescences stabilitāti. Dažreiz oksīdu izmanto, lai uzlabotu keramikas glazūru kvalitāti. Izotops 90Sr ir viens no labākajiem ilgmūžīgajiem augstas enerģijas beta emitētājiem. To izmanto kā enerģijas avotu radioizotopu termoelektriskajiem ģeneratoriem (RTG), kas pārvērš siltumu, kas izdalās radioaktīvo elementu sabrukšanas laikā, elektroenerģijā. Šīs ierīces tiek izmantotaskosmosa kuģi, attālas meteoroloģiskās stacijas, navigācijas bojas utt. - kur nepieciešams viegls un ilgmūžīgs kodolenerģijas avots.
Stroncija izmantošana medicīnā: īpašību raksturojums, ārstēšana ar zālēm
Izotops 89Sr ir radioaktīvā medikamenta Metastron aktīvā sastāvdaļa, ko lieto metastātiska prostatas vēža izraisītu kaulu sāpju ārstēšanai. Ķīmiskais elements stroncijs darbojas kā kalcijs, tas galvenokārt ir iekļauts kaulā vietās ar pastiprinātu osteoģenēzi. Šī lokalizācija fokusē starojuma ietekmi uz vēža bojājumu.
Radioizotopu 90Sr izmanto arī vēža terapijā. Tā beta starojums un ilgs pussabrukšanas periods ir ideāli piemēroti virsmas staru terapijai.
Eksperimentālas zāles, kas iegūtas, kombinējot stronciju ar ranelskābi, veicina kaulu augšanu, palielina kaulu blīvumu un samazina lūzumu skaitu. Stronija ranelāts Eiropā ir reģistrēts kā līdzeklis osteoporozes ārstēšanai.
Stroncija hlorīdu dažkārt izmanto zobu pastās jutīgiem zobiem. Tā saturs sasniedz 10%.
Piesardzības pasākumi
Tīram stroncijam ir augsta ķīmiskā aktivitāte, un sasmalcinātā stāvoklī metāls spontāni aizdegas. Tāpēc šis ķīmiskais elements tiek uzskatīts par ugunsbīstamu.
Ietekme uz cilvēka ķermeni
Cilvēka ķermenis uzņem stronciju tāpat kā kalciju. Šie diviElementi ķīmiski ir tik līdzīgi, ka stabilās Sr formas nerada būtisku risku veselībai. Turpretim radioaktīvais izotops 90Sr var izraisīt dažādus kaulu traucējumus un slimības, tostarp kaulu vēzi. Stroncija mērvienību izmanto, lai izmērītu absorbētās 90Sr. starojumu.
