STRONTIUM: HISTORIE, STRUKTUR, EGENSKABER, REAKTIONER OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den Strontium er et jordalkalimetal, hvis kemiske symbol er Mr. Frisk cut er hvidt med en sølvskinnende skær, men når de udsættes for luft oxideres og erhverver en gullig farve. Af denne grund skal det beskyttes mod ilt under opbevaring.

Strontium ekstraheres fra dets vener i form af mineraler celestit eller celestin (SrSO ₄) og strontianit (SrCO ₃). Celestit er imidlertid den vigtigste form, hvor strontium-minedrift forekommer, idet dens aflejringer er i sedimentær jord og i forbindelse med svovl.

Metallisk strontiumprøve beskyttet af en argonatmosfære. Kilde: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivativt arbejde: Materialscientist

Celestit forekommer i form af rhombiske krystaller, det er normalt farveløs, glasagtig og gennemsigtig. Selvom strontium ekstraheres på denne måde, skal det omdannes til dets respektive carbonat, hvorfra det endeligt reduceres.

I 1790 blev strontium identificeret som et nyt element af Adair Crawford og William Cruickshank, i et mineral fra en blygruve nær byen Strontion i Argyll, Skotland. Strontium blev isoleret i 1807 af Humphry Davy ved hjælp af elektrolyse.

Strontium er et formbart, duktilt metal og en god leder af elektricitet; men det har lidt industriel og kommerciel brug. En af dens anvendelser er dannelsen af ​​legeringer med aluminium og magnesium, hvilket forbedrer håndteringen og fluiditeten af ​​disse metaller.

I den periodiske tabel er strontium placeret i gruppe 2 mellem calcium og barium, idet det konstateres, at nogle af dets fysiske egenskaber, såsom densitet, smeltepunkt og hårdhed, har mellemværdier i forhold til dem, der er vist for calcium og barium.

Strontium forekommer i naturen som fire stabile isotoper: ⁸⁸ Sr med 0,82,6% overflod; den ⁸⁶ Sr, med 9,9% overflod; den ⁸⁷ Sr, med 7,0% overflod; og ⁸⁴ Sr med 0,56% overflod.

⁹⁰ Sr er en radioaktiv isotop, der udgør den mest skadelige del af radioaktivt nedfald, et produkt af nukleare eksplosioner og lækager fra atomreaktorer, da isotopen på grund af ligheden mellem calcium og strontium er inkorporeret i knogler, der producerer knoglekræft og leukæmi.

Historie

Et mineral fra en blygruve nær Strontian landsby i Argyll, Skotland, blev undersøgt. Det blev oprindeligt identificeret som en type bariumcarbonat. Men Adair Crawford og William Cruickshank i 1789 bemærkede, at det undersøgte stof var et andet spørgsmål.

Kemiker Thomas Charles Hope navngav den nye mineralstrontit, og den tilsvarende "jord" (strontiumoxid, SrO) kaldte den strontia.

I 1790 brændte Crawford og Cruickshank det undersøgte stof og observerede, at flammen var rødrød i farve, forskellig fra de flammer, der blev observeret indtil den tid i kendte elementer. De konkluderede, at de var foran et nyt element.

I 1808 blev Sir William Humphry Davy udsat for elektrolyse for en fugtig blanding af hydroxid eller klorid af strontium med kviksølvoxid under anvendelse af en katode af kviksølv. Derefter blev kviksølvet fra det dannede amalgam fordampet, hvilket efterlod strontium fri.

Davy navngav det isolerede element strontium (strontium).

Strontiums struktur og elektronkonfiguration

Metallisk strontium krystalliserer ved stuetemperatur til en fladcentreret kubisk struktur.

I denne struktur er Sr-atomerne placeret ved vertikaterne og på enhedens cellefladeoverflader. Det er relativt mere tæt end andre strukturer (såsom kubik eller bcc) for at have i alt fire atomer af Mr.

Sr-atomerne forbliver forenede takket være den metalliske binding, et produkt af overlapningen af ​​deres atomvalence-orbitaler i alle retninger inden for krystallen. Denne orbital er 5'erne, der har to elektroner i henhold til den elektroniske konfiguration:

5s ²

Og således stammer et fuldt 5'ers bånd og et 5p ledningsbånd (båndteori).

Med hensyn til andre metalliske faser er der ikke meget bibliografisk information, selvom det er sikkert, at deres krystaller gennemgår transformationer, når de udsættes for højt tryk.

Oxidationsnumre

Strontium har som andre metaller en høj tendens til at miste sine valenselektroner; Dette er de to elektroner i 5'erne orbital. Således omdannes Sr-atomerne til de divalente Sr2 ⁺ -kationer (M2 ⁺, ligesom resten af ​​de jordalkalimetaller), isoelektronisk til krystal af ædelgas. Strontium siges derefter at have et oxidationsnummer på +2.

Når det i stedet for at miste to elektroner kun mister en, dannes Sr ⁺ -kationen; og derfor er dens oxidationsnummer +1. Sr ⁺ er sjældent i forbindelser, der stammer fra strontium.

Ejendomme

Udseende

Sølv hvid med metallisk glans, med en let gul farvetone.

Molar masse

87,62 g / mol.

Smeltepunkt

777 ° C

Kogepunkt

1,377 ° C

Massefylde

-Omgivende temperatur: 2,64 g / cm ³

-Liquid tilstand (smeltepunkt): 2.375 g / cm ³

Opløselighed

Opløselig i alkohol og syrer. Det er ikke opløseligt i vand, da det reagerer kraftigt med det.

Fusionsvarme

7,43 kJ / mol.

Fordampningsvarme

141 kJ / mol.

Termisk molekapacitet

26,4 J / (mol · K).

elektronegativitet

0,95 på Pauling-skalaen.

Ioniseringsenergi

Første niveau af ionisering: 549,5 kJ / mol.

Andet ioniseringsniveau: 1.064,2 kJ / mol.

Tredje ioniseringsniveau: 4.138 kJ / mol.

Atomradio

Empirisk 215 pm.

Kovalent radius

195 ± 22:00.

Varmeudvidelse

22,5 um / (m · K) ved 25 ° C.

Varmeledningsevne

35,4 W / (mK).

Elektrisk modstand

132 nΩ · m ved 20 ° C

Hårdhed

1.5 på Mohs-skalaen.

Brandpotentiale

Strontium forbrændes spontant i luft, når det er fint opdelt. Derudover antændes det, når det opvarmes over smeltepunktet, og det kan være en eksplosionsfare, når det udsættes for en flamme.

Opbevaring

For at undgå oxidation af strontiumet anbefales det at opbevare det nedsænket i parafin eller nafta. Strontium skal opbevares på et køligt, godt ventileret sted væk fra organiske og andre let oxiderede materialer.

nomenklatur

Da oxidationsnummer +1 ikke er så almindeligt, antages det, at der kun findes +2 til forenkling af nomenklaturen omkring strontiumforbindelser. Derfor ignoreres (II) i slutningen af ​​navnene i bestandsnomenklaturen; og i traditionel nomenklatur slutter de altid med suffikset -ico.

For eksempel er SrO strontiumoxid eller tinoxid ifølge henholdsvis stamophold og traditionelle nomenklaturer.

Former

På grund af dens store reaktivitet forekommer metallisk strontium ikke isoleret i naturen. Imidlertid kan det findes i dens elementære tilstand beskyttet mod ilt, ved nedsænkning i parafin eller i en atmosfære af inerte gasser (såsom ædelgasser).

Det findes også, der danner legeringer med aluminium og magnesium, samt et aggregat til en legering af tin og bly. Strontium findes i ionisk form (Sr ²⁺) opløst i jord eller havvand osv.

At tale om strontium er derfor at henvise til Sr ²⁺ -kationerne (og i mindre grad, Sr ⁺).

Det kan også interagere i ionform med andre elementer for at danne salte eller andre kemiske forbindelser; såsom strontiumchlorid, carbonat, sulfat, sulfid osv.

Strontium findes hovedsageligt i to mineraler: celestit eller celestine (SrSO ₄) og strontit (SrCO ₃). Celestite er den vigtigste kilde til ekstraktion af strontiumminedrift.

Strontium har 4 naturlige isotoper, hvoraf den, der findes i større overflod, er ⁸⁸ Mr. Ligeledes er der adskillige radioaktive isotoper, kunstigt produceret i atomreaktorer.

Biologisk rolle

Der er ingen kendt biologisk rolle for strontium i hvirveldyr. På grund af dets lighed med calcium, kan det erstatte det i knoglevæv; det vil sige, at Sr ²⁺ fortrænger Ca ²⁺. Men forholdet fundet i knogler mellem strontium og calcium er mellem 1 / 1.000 og 1 / 2.000; det er ekstremt lavt.

Strontium må derfor ikke have en naturlig biologisk funktion i knoglerne.

Strontiumranelat er blevet brugt til behandling af osteoporose, da det medfører en hærdning af knoglerne; men under alle omstændigheder er dette en terapeutisk handling.

Et af de få eksempler på en biologisk funktion af strontium forekommer i Acantharea, en radiolarisk prototoks, der har et skelet med tilstedeværelsen af ​​strontium.

Hvor man finder og producerer

Celestite krystal, en mineralogisk kilde til strontium. Kilde: Aram Dulyan (Bruger: Aramgutang)

Strontium findes i ca. 0,034% af alle tarmarter. Imidlertid findes kun to mineraler: celestit eller celestine i aflejringer med betydeligt strontiumindhold.

Af de to vigtige mineraler strontium findes kun celestit i tilstrækkelig mængde i sedimentære aflejringer til at tillade oprettelse af faciliteter til at udvinde strontium.

Strationit er mere nyttigt end celestit, da det meste af strontium produceres i form af strontiumcarbonat; men der er næppe fundet nogen indskud, der tillader bæredygtig minedrift.

Strontiumindholdet i havvand varierer mellem 82 og 90 µmol / L, en meget lavere koncentration end koncentrationen af ​​calcium, mellem 9,6 og 11 mmol / L.

Næsten al minedrift er baseret på celestitaflejringer, da strontianitvener er knappe og ikke særlig rentable til ekstraktion af strontium fra dem. På trods af dette produceres det meste strontium i form af strontiumcarbonat.

Pidgeon-metode

Celestite forbrændes i nærvær af kul til omdannelse af strontiumsulfat til strontiumsulfid. I det andet trin opløses det mørke materiale indeholdende strontiumsulfid i vand og filtreres.

Derefter behandles strontiumsulfidopløsningen med carbondioxid til frembringelse af udfældning af strontiumcarbonatet.

Strontium kan isoleres ved en variant af Pidgeon-metoden. Reaktionen af ​​strontiumoxid og aluminium finder sted i et vakuum, hvor strontiumet omdannes til gas og transporteres gennem produktionsretorten til kondensatorerne, hvor det udfældes som et fast stof.

Elektrolyse

Strontium kan opnås i form af stænger ved hjælp af metoden til kontakt-katodeelektrolyse. Ved denne procedure kommer en afkølet jernstang, der fungerer som en katode, i kontakt med overfladen af ​​en smeltet blanding af kaliumchlorid og strontiumchlorid.

Når strontiumet størkner på katoden (jernstang), stiger stangen.

Reaktioner

Med chalcogener og halogener

Strontium er et aktivt reducerende metal og reagerer med henholdsvis halogener, ilt og svovl til dannelse af henholdsvis halogenider, oxider og svovl. Strontium er et sølvfarvet metal, men det oxiderer til strontiumoxid, når det udsættes for luft:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Oxidet danner et mørkt lag på overfladen af ​​metallet. Mens dens reaktion med klor og svovl er som følger:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Strontium reagerer med smeltet svovl.

Med luften

Det kan kombineres med ilt til dannelse af strontiumperoxid; men det kræver et højt ilttryk for dens dannelse. Det kan også reagere med nitrogen for at producere strontiumnitrid:

3SR (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Temperaturen skal dog være over 380 ° C for at reaktionen skal finde sted.

Med vandet

Strontium kan reagere voldsomt med vand til dannelse af strontiumhydroxid, Sr (OH) ₂ og hydrogengas. Reaktionen mellem strontium og vand har ikke den vold, der observeres i reaktionen mellem alkalimetaller og vand, såvel som den, der observeres i tilfælde af barium.

Med syrer og brint

Strontium kan reagere med svovlsyre og salpetersyre til dannelse af henholdsvis strontiumsulfat og nitrat. Det kombinerer også varmt med brint til dannelse af strontiumhydrid.

Strontium har ligesom andre tunge elementer i s-blokken i den periodiske tabel en lang række koordinationsnumre; såsom 2, 3, 4, 22 og 24, for eksempel set i forbindelser som SrCd ₁₁ og SrZn ₁₃.

Applikationer

- Elementært strontium

Legeringer

Det bruges som en eutektisk modifikator for at forbedre styrken og duktiliteten af ​​Al-Ag-legering. Det bruges som et inokuleringsmiddel i duktilt jernstøberi til at kontrollere dannelsen af ​​grafit. Det tilføjes også tin og blylegeringer for at tilføje sejhed og duktilitet.

Derudover bruges det som en deoxidizer til kobber og bronze. Der tilsættes en lille mængde strontium til smeltet aluminium for at optimere metallets smelteevne, hvilket gør det mere egnet til fremstilling af genstande, der traditionelt er fremstillet af stål.

Det er et legeringsmiddel til aluminium eller magnesium, der bruges til støbning af motorblokke og hjul. Strontium forbedrer håndteringen og fluiditeten af ​​det metal, hvortil det er legeret.

isotoper

På trods af sin skadelige virkning bruges ⁹⁰ Sr som en termoelektrisk generator, der bruger varmeenergien i dens stråling til at producere langvarig elektricitet, med anvendelse i rumkøretøjer, fjernundersøgelsesstationer og navigationsbøjer.

Den ⁸⁹ Sr er blevet anvendt i behandlingen af knoglekræft, under anvendelse af radioaktive emission β type til destruktion af tumorceller.

Strontiumatomet er blevet brugt til at etablere et system til måling af tid, som næppe halter et sekund hvert 200 millioner år. Hvilket gør det til det mest præcise ur.

- Forbindelser

Carbonat

Ferrites og magneter

Strontiumcarbonat (SrCO ₃) reagerer med ferrioxid (Fe ₂ O ₃) ved en temperatur mellem 1000 og 1300 * C, til dannelse af en strontium ferrit. Denne familie af ferritter har en almen formel SrFe _x O ₄.

Keramiske magneter er lavet af ferriter og bruges til forskellige anvendelser. Blandt dem: fremstilling af højttalere, motorer til bilens forrudeviskere og i legetøj til børn.

Strontiumcarbonat bruges også til produktion af glas til tv-skærme og displayenheder.

Briller

Ud over at forbedre egenskaberne ved glas til skærme med flydende krystaller (LCD) bruges det også til glaskeramikartikler, hvilket forstærker dens modstand mod ridser og bobledannelse under fyring.

Det bruges til produktion af glas, der kan bruges i optik, glasvarer og belysning. Det er også en del af glasfiber- og laboratorie- og farmaceutiske briller, da det øger hårdheden og modstandsdygtigheden mod ridser såvel som dens lysstyrke.

Produktion af metaller og salte

Det bruges til at opnå zink med høj renhed, da det bidrager til eliminering af blyforurening. Det hjælper med produktionen af ​​strontiumchromat, en forbindelse, der bruges som en korrosionshæmmer i trykfarver.

Spildevand og phosphorescerende lamper

Det bruges til behandling af spildevand til fjernelse af sulfat. Derudover bruges det til fremstilling af orthophosphorsyre, der bruges til fremstilling af lysstofrør.

pyroteknik

Strontiumcarbonat, som andre strontiumsalte, bruges i fyrværkeri for at give det en rød rød farve. En plet, der også bruges til strontiumtest.

hydroxid

Det bruges til ekstraktion af sukker fra roer, da strontiumhydroxid kombineres med sukker for at producere et komplekst sakkarid. Komplekset kan dissocieres ved virkning af kuldioxid, hvilket efterlader sukkerfrit. Det bruges også til stabilisering af plast.

Oxide

Det er til stede i det glas, der blev brugt til fremstilling af et tv-billedrør, begyndende denne anvendelse i 1970. Farve-tv såvel som andre enheder, der indeholder katodestråler, er påkrævet at bruge strontium i frontpladen for at stoppe røntgenstråler.

Disse fjernsyn er ikke længere i brug, fordi katodrør er blevet erstattet af andre enheder, og derfor er brug af strontiumforbindelser ikke påkrævet.

På den anden side bruges strontiumoxid til at forbedre kvaliteten af ​​keramiske glasurer.

chloride

Strontiumchlorid bruges i nogle tandpastaer til følsomme tænder og til fremstilling af fyrværkeri. Derudover bruges det på en begrænset måde til fjernelse af uønskede gasser i vakuumbeholdere.

ranelat

Det bruges til behandling af osteoporose, da det øger knogletætheden og reducerer forekomsten af ​​brud. Anvendt topisk hæmmer det sensorisk irritation. Brugen af ​​den er imidlertid faldet på grund af beviset på, at det øger forekomsten af ​​hjerte-kar-sygdomme.

aluminat

Det bruges som et dopingmiddel i elektronikindustrien. Det bruges også ofte til at få visse legetøj til at gløde i mørke, da det er en kemisk og biologisk inert forbindelse.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Strontium. Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Strontium. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
4. National Center for Biotechnology Information. (2019). Strontium. PubChem-database. CID = 5359327. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20. maj 2013). Fakta om strontium. Gendannes fra: livescience.com
6. Dr. Doug Stewart. (2019). Strontium element fakta. Gendannes fra: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (3. juli 2019). Strontium-fakta (atomnummer 38 eller Sr). Gendannes fra: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Strontium. Gendannes fra: lenntech.com