STRONTIUM: HISTORIA, STRUKTUR, EGENSKAPER, REAKTIONER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2026

Den Strontium är en alkalisk jordartsmetall vars kemiska symbolen är Mr Freshly cut är vit med en fin patina, men när de utsätts för luft oxiderar och förvärvar en gulaktig färg. Av detta skäl måste det skyddas mot syre under lagring.

Strontium extraheras från dess vener i form av mineralerna celestite eller celestine (SrSO ₄ ) och strontianite (SrCO ₃ ). Emellertid är celestit den huvudsakliga formen där strontiumbrytning inträffar, varvid dess avlagringar är i sedimentär jord och i samband med svavel.

Metalliskt strontiumprov skyddat av en argonatmosfär. Källa: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivativt arbete: Materialvetenskap

Celestite förekommer i form av rombkristaller, den är vanligtvis färglös, glasaktig och transparent. Även om strontium extraheras på detta sätt måste det omvandlas till dess respektive karbonat, från vilket det slutligen reduceras.

1790 identifierades strontium som ett nytt element av Adair Crawford och William Cruickshank, i ett mineral från en blygruva nära staden Strontion i Argyll, Skottland. Strontium isolerades 1807 av Humphry Davy genom användning av elektrolys.

Strontium är en formbar, mjuk metall och en god ledare för elektricitet; men det har lite industriellt och kommersiellt bruk. En av dess tillämpningar är bildandet av legeringar med aluminium och magnesium, vilket förbättrar hanteringen och fluiditeten av dessa metaller.

I det periodiska systemet finns strontium i grupp 2, mellan kalcium och barium, och finner att några av dess fysiska egenskaper, såsom densitet, smältpunkt och hårdhet, har mellanvärden i förhållande till de som visas för kalcium och barium.

Strontium förekommer i naturen som fyra stabila isotoper: ⁸⁸ Sr med 0,86% överflöd; den ⁸⁶ Sr, med 9,9% överflöd; den ⁸⁷ Sr, med 7,0% överflöd; och ⁸⁴ Sr, med 0,56% överflöd.

⁹⁰ Sr är en radioaktiv isotop som utgör den mest skadliga komponenten i radioaktivt nedfall, en produkt av kärnkraftsexplosioner och läckor från kärnreaktorer, eftersom isotopen på grund av likheten mellan kalcium och strontium införlivas i ben , producerar bencancer och leukemi.

Historia

Ett mineral från en blygruva nära byn Strontian i Argyll, Skottland, studerades. Det identifierades ursprungligen som en typ av bariumkarbonat. Men Adair Crawford och William Cruickshank, 1789, noterade att det studerade ämnet var ett annat ifrågasatt.

Kemisten Thomas Charles Hope kallade den nya mineralen strontit och motsvarande "jorden" (strontiumoxid, SrO) kallade den strontia.

1790 brände Crawford och Cruickshank det studerade ämnet och observerade att lågan var röd i färgen, annorlunda än de lågor som observerades fram till den tiden i kända element. De drog slutsatsen att de låg framför ett nytt element.

1808 utsattes Sir William Humphry Davy för elektrolys för en fuktig blandning av hydroxid eller klorid av strontium med kvicksilveroxid med användning av en kvicksilverkodod. Därefter avdunstades kvicksilveret från det bildade amalgamet, vilket lämnade strontium fri.

Davy namngav det isolerade elementet strontium (strontium).

Strontiums struktur och elektronkonfiguration

Metalliskt strontium kristalliseras vid rumstemperatur i en ansiktscentrerad kubisk (fcc) struktur.

I denna struktur är Sr-atomerna belägna vid topparna och på kubytorna på enhetscellen. Det är relativt tätare än andra strukturer (som kubik eller bcc) för att ha totalt fyra atomer från Mr.

Sr-atomerna förblir förenade tack vare den metalliska bindningen, produkten av överlappningen av deras atomvalensbana i alla riktningar inom kristallen. Denna omloppsbana är 5: erna, som har två elektroner enligt den elektroniska konfigurationen:

5s ²

Och därmed kommer ett helt 5-talsband och ett 5p-ledningsband (bandteori).

När det gäller andra metallfaser finns det inte mycket bibliografisk information, även om det är säkert att deras kristaller genomgår transformationer när de utsätts för högt tryck.

Oxidationsnummer

Strontium har, liksom andra metaller, en hög tendens att förlora sina valenselektroner; Det här är de två elektronerna från 5-talsbanan. Sr-atomerna omvandlas sålunda till de tvåvärda Sr2 ⁺ -katjonerna (M2 ⁺ , liksom resten av jordalkalimetallerna), isoelektroniska till den ädelgas krypton. Strontium sägs då ha ett oxidationsnummer på +2.

När istället för att förlora två elektroner förlorar den bara en bildas Sr ⁺ -kationen ; och därför är dess oxidationsnummer +1. Sr ⁺ är sällsynt i föreningar härrörande från strontium.

Egenskaper

Utseende

Silvrig vit med metallisk glans, med en lätt gul färg.

Molmassa

87,62 g / mol.

Smältpunkt

777 ° C

Kokpunkt

1,377 ° C

Densitet

-Ambient Temperatur: 2,64 g / cm ³

-Liquid tillstånd (smältpunkt): 2,375 g / cm ³

löslighet

Lösligt i alkohol och syror. Det är inte lösligt i vatten, eftersom det reagerar starkt med det.

Smältvärme

7,43 kJ / mol.

Förångningsvärme

141 kJ / mol.

Termisk molkapacitet

26,4 J / (mol · K).

Elektronnegativitet

0,95 på Pauling-skalan.

Joniseringsenergi

Första joniseringsnivå: 549,5 kJ / mol.

Andra joniseringsnivån: 1 064,2 kJ / mol.

Tredje joniseringsnivå: 4 138 kJ / mol.

Atomradio

Empiriskt 215.

Kovalent radie

195 ± 22:00.

Termisk expansion

22,5 um / (m · K) vid 25 ° C.

Värmeledningsförmåga

35,4 W / (mK).

Elektrisk resistans

132 nm vid 20 ° C.

Hårdhet

1,5 på Mohs-skalan.

Brandpotential

Strontium brinner spontant i luft när den är finfördelad. Dessutom antänds det vid uppvärmning över smältpunkten och kan vara en explosionsrisk när den utsätts för en lågs värme.

Lagring

För att undvika oxidation av strontium rekommenderas det att förvara det nedsänkt i fotogen eller nafta. Strontium ska förvaras på en sval, väl ventilerad plats, borta från organiska och andra lätt oxiderade material.

Nomenklatur

Eftersom oxidationsnummer +1 inte är så vanligt antas det att endast +2 finns för att förenkla nomenklaturen kring strontiumföreningar. Det är därför som i lagernomenklaturen ignoreras (II) i slutet av namnen; och i traditionell nomenklatur slutar de alltid med suffixet -ico.

Till exempel är SrO strontiumoxid eller tennoxid, enligt lager respektive traditionella nomenklaturer.

former

På grund av dess stora reaktivitet verkar metalliskt strontium inte isolerat i naturen. Det kan emellertid återfinnas i sitt elementära tillstånd skyddat från syre, genom nedsänkning i fotogen eller i en atmosfär av inerta gaser (såsom ädla gaser).

Det finns också bildande legeringar med aluminium och magnesium, samt ett aggregat till en legering av tenn och bly. Strontium finns i jonisk form (Sr ²⁺ ) upplöst i jord eller havsvatten, etc.

Att tala om strontium är därför att hänvisa till Sr 2 ⁺ -katjonerna (och i mindre grad, Sr ⁺ ).

Det kan också interagera i jonform med andra element för att bilda salter eller andra kemiska föreningar; såsom strontiumklorid, karbonat, sulfat, sulfid, etc.

Strontium finns huvudsakligen i två mineraler: celestit eller celestine (SrSO ₄ ) och strontite (SrCO ₃ ). Celestite är den huvudsakliga källan till utvinning av strontiumbrytning.

Strontium har 4 naturliga isotoper, varav den som finns i större överflöd är ⁸⁸ Mr. Dessutom finns det många radioaktiva isotoper, som är konstgjorda producerade i kärnreaktorer.

Biologisk roll

Det finns ingen känd biologisk roll för strontium hos ryggradsdjur. På grund av dess likhet med kalcium kan den ersätta den i benvävnader; det vill säga att Sr ²⁺ förskjuter Ca ²⁺ . Men förhållandet som finns i ben mellan strontium och kalcium är mellan 1/1 000 och 1/2 000; det är extremt lågt.

Därför får strontium inte ha en naturlig biologisk funktion i benen.

Strontiumranelat har använts vid behandling av osteoporos, eftersom det orsakar en härdning av benen; men i alla fall är detta en terapeutisk handling.

Ett av de få exemplen på en biologisk funktion av strontium förekommer i Acantharea, en radiolarisk protosoan som har ett skelett med närvaro av strontium.

Var man hittar och producerar

Celestite crystal, en mineralogisk källa till strontium. Källa: Aram Dulyan (Användare: Aramgutang)

Strontium finns i ungefär 0,034% av alla stollar. Emellertid finns det bara två mineraler: celestit eller celestine, i avsättningar med betydande strontiuminnehåll.

Av de två viktiga strontiummineralerna finns endast celestit i tillräcklig mängd i sedimentära avlagringar för att möjliggöra skapandet av anläggningar för att utvinna strontium.

Strationit är mer användbar än celestit, eftersom det mesta av strontium produceras i form av strontiumkarbonat; men knappast har några fyndigheter hittats som möjliggör hållbar gruvdrift.

Strontiuminnehållet i havsvatten varierar mellan 82 och 90 μmol / L, en koncentration som är mycket lägre än för kalcium, mellan 9,6 och 11 mmol / L.

Nästan all gruvdrift är baserad på celestitavlagringar, eftersom strontianite-vener är knappa och inte särskilt lönsamma för utvinning av strontium från dem. Trots detta produceras mest strontium i form av strontiumkarbonat.

Pidgeon-metoden

Celestite förbränns i närvaro av kol för att förvandla strontiumsulfat till strontiumsulfid. I det andra steget löses det mörka materialet som innehåller strontiumsulfid i vatten och filtreras.

Därefter behandlas strontiumsulfidlösningen med koldioxid för att ge utfällning av strontiumkarbonatet.

Strontium kan isoleras med en variant av Pidgeon-metoden. Reaktionen av strontiumoxid och aluminium sker i ett vakuum, där strontiumet omvandlas till gas och transporteras genom produktionsretorten till kondensatorerna, där det fälls ut som ett fast ämne.

Elektrolys

Strontium kan erhållas i form av stavar med metoden för kontaktkatodelektrolys. I denna procedur kommer en kyld järnstång som fungerar som en katod i kontakt med ytan av en smält blandning av kaliumklorid och strontiumklorid.

När strontiumet stelnar på katoden (järnstång) stiger stången.

reaktioner

Med kalkogener och halogener

Strontium är en aktiv reducerande metall och reagerar med halogener, syre och svavel för att producera halogenider, oxider respektive svavel. Strontium är en silvrig metall, men den oxiderar till strontiumoxid när den utsätts för luft:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Oxiden bildar ett mörkt lager på ytan av metallen. Medan dess reaktion med klor och svavel är följande:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Strontium reagerar med smält svavel.

Med luften

Det kan kombineras med syre för att bilda strontiumperoxid; men det kräver ett högt syre-tryck för dess bildning. Det kan också reagera med kväve för att producera strontiumnitrid:

3SR (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Temperaturen måste emellertid vara över 380 ° C för att reaktionen ska ske.

Med vattnet

Strontium kan reagera våldsamt med vatten för att bilda strontiumhydroxid, Sr (OH) ₂ och vätgas. Reaktionen mellan strontium och vatten har inte det våld som observerats i reaktionen mellan alkalimetaller och vatten, liksom den som observeras i fallet med barium.

Med syror och väte

Strontium kan reagera med svavelsyra och salpetersyra för att bilda strontiumsulfat respektive nitrat. Den kombinerar också varmt med väte för att bilda strontiumhydrid.

Strontium har, liksom andra tunga element i blocket i det periodiska systemet, ett brett spektrum av koordinationsnummer; såsom 2, 3, 4, 22 och 24, exempelvis i föreningar som SrCd ₁₁ och SrZn ₁₃ .

tillämpningar

- Elementärt strontium

Alloys

Det används som en eutektisk modifierare för att förbättra Al-Ag-legeringens styrka och smidighet. Det används som ympmedel i duktilt järngjuteri för att kontrollera bildandet av grafit. Det läggs också till tenn och blylegeringar för att ge seghet och duktilitet.

Dessutom används det som en deoxidizer för koppar och brons. Liten mängd strontium tillsätts till smält aluminium för att optimera metallens smältbarhet, vilket gör den mer lämplig för att göra föremål som traditionellt är gjorda av stål.

Det är ett legeringsmedel för aluminium eller magnesium som används vid gjutning av motorblock och hjul. Strontium förbättrar hanteringen och fluiditeten hos metallen till vilken den legeras.

isotoper

Trots sin skadliga verkan används ⁹⁰ Sr som en termoelektrisk generator, som använder värmeenergin från dess strålning för att producera långvarig elektricitet, med användning i rymdfordon, fjärrforskningsstationer och navigationsbojar.

Den ⁸⁹ Sr har använts vid behandling av bencancer, med hjälp av radioaktiv emission β typ för destruktion av tumörceller.

Strontiumatomen har använts för att upprätta ett system för att mäta tid, som knappt släpar en sekund var 200 miljon år. Vilket gör det till den mest exakta klockan.

- Föreningar

Karbonat

Ferriter och magneter

Strontiumkarbonat (SrCO ₃ ) reagerar med järnoxid (Fe ₂ O ₃ ) vid en temperatur mellan 1000 och 1300 ° C, för att bilda en strontium ferrit. Denna familj av ferriter har en allmän formel SRFE _x O ₄ .

Keramiska magneter är gjorda av ferriter och används i olika applikationer. Bland dem: tillverkning av högtalare, motorer för bil vindrutetorkare och leksaker för barn.

Strontiumkarbonat används också vid tillverkning av glas för tv-skärmar och displayenheter.

Glasögon

Förutom att förbättra glasegenskaperna för LCD-skärmar (LCD) används det också i glasglas keramikartiklar, vilket förstärker dess motståndskraft mot repor och bubbelbildning under bränningen.

Det används för produktion av glas som kan användas i optik, glas och belysning. Det är också en del av glasfiber- och laboratorie- och läkemedelsglasögon, eftersom det ökar hårdheten och motståndskraften mot repor, liksom dess ljusstyrka.

Produktion av metaller och salter

Det används för att erhålla zink med hög renhet, eftersom det bidrar till eliminering av blyföroreningar. Det hjälper till vid produktion av strontiumkromat, en förening som används som korrosionshämmare vid tryckfärger.

Avloppsvatten och fosforescerande lampor

Det används för behandling av avloppsvatten för avlägsnande av sulfat. Dessutom används den för produktion av ortofosforsyra, som används vid tillverkning av lysrör.

Pyroteknik

Strontiumkarbonat, liksom andra strontiumsalter, används i fyrverkerier för att ge det en röd färg. En fläck som också används vid strontiumtestning.

Hydroxid

Det används för extraktion av socker från rödbetor, eftersom strontiumhydroxid kombineras med socker för att producera en komplex sackarid. Komplexet kan dissocieras genom verkan av koldioxid, vilket lämnar sockerfritt. Det används också för stabilisering av plast.

Oxid

Det finns i det glas som användes vid tillverkningen av ett tv-bildrör, som började denna applikation 1970. Färgtelevisioner, liksom andra enheter som innehåller katodstrålar, måste använda strontium i frontplattan för att stoppa röntgen.

Dessa tv-apparater används inte längre, eftersom katodrör har ersatts av andra enheter, och därför krävs inte användning av strontiumföreningar.

Å andra sidan används strontiumoxid för att förbättra kvaliteten på keramiska glasyr.

Klorid

Strontiumklorid används i vissa tandkrämer för känsliga tänder och vid tillverkning av fyrverkerier. Dessutom används det på ett begränsat sätt för avlägsnande av oönskade gaser i vakuumkärl.

Ranelate

Det används vid behandling av osteoporos, eftersom det ökar bentätheten och minskar förekomsten av frakturer. Används topiskt, det hämmar sensorisk irritation. Dock har användningen minskat på grund av bevisen på att det ökar förekomsten av hjärt-kärlsjukdomar.

aluminat

Det används som dopmedel inom elektronikindustrin. Det används också ofta för att få vissa leksaker att lysa i mörkret, eftersom det är en kemiskt och biologiskt inert förening.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Strontium. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Strontium. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
4. National Center for Biotechnology Information. (2019). Strontium. PubChem-databas. CID = 5359327. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20 maj 2013). Fakta om strontium. Återställs från: livescience.com
6. Dr Doug Stewart. (2019). Strontium element fakta. Återställd från: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 juli 2019). Strontium Facts (Atomic Number 38 eller Sr). Återställd från: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Strontium. Återställd från: lenntech.com