Chemische Eigenschaften Strontium - Eigenschaften von Eigenschaften mit einem Foto, seine biologische Rolle im menschlichen Körper, Behandlung mit Medikamenten auf der Basis eines chemischen Elements

Strontium(lat. Strontium), Sr, ein chemisches Element der Gruppe II des Mendelejew-Periodensystems, Ordnungszahl 38, Atommasse 87,62, silberweißes Metall. Natürliches Strontium besteht aus einer Mischung von vier stabilen Isotopen: 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr und 88 Sr; am häufigsten ist 88 Sr (82,56 %).

Radioaktive Isotope mit Massenzahlen von 80 bis 97 wurden künstlich gewonnen, inkl. 90 Sr (T ½ = 27,7 Jahre), entstanden bei der Spaltung von Uran. 1790 untersuchte der schottische Arzt A. Crawford den Fund in der Nähe Lokalität Stronshian (in Schottland) Mineral, das eine zuvor unbekannte "Erde" enthält, die Strontian genannt wurde. Es stellte sich später als Strontiumoxid SrO heraus. 1808 erhielt G. Davy durch Elektrolyse mit einer Quecksilberkathode eine Mischung aus angefeuchtetem Sr(OH) 2 -Hydroxid mit Quecksilberoxid Strontiumamalgam.

Verbreitung von Strontium in der Natur. Der durchschnittliche Gehalt an Strontium in der Erdkruste (Clarke) beträgt 3,4·10 -2 Masse-%, bei geochemischen Prozessen ist es ein Satellit des Kalziums. Etwa 30 Strontiummineralien sind bekannt; die wichtigsten sind Coelestin SrSO 4 und Strontianit SrCO 3 . In magmatischen Gesteinen liegt Strontium überwiegend in dispergierter Form vor und geht als isomorphe Verunreinigung in das Kristallgitter der Calcium-, Kalium- und Bariumminerale ein. In der Biosphäre reichert sich Strontium in Karbonatgesteinen und insbesondere in den Sedimenten von Salzseen und Lagunen (Coelestin-Lagerstätten) an.

Physikalische Eigenschaften von Strontium. Bei Raumtemperatur ist das Gitter von Strontium kubisch flächenzentriert (α-Sr) mit einer Periode a = 6,0848 Å; bei Temperaturen über 248 °C wandelt es sich in eine hexagonale Modifikation (β-Sr) mit Gitterperioden a = 4,32 Å und c = 7,06 Å um; bei 614 °C wandelt es sich in eine kubisch raumzentrierte Modifikation (γ-Sr) mit einer Periode a = 4,85 Å um. Atomradius 2,15 Å, Ionenradius Sr 2+ 1,20 Å. Die Dichte der α-Form beträgt 2,63 g/cm 3 (20°C); t pl 770 °C, t kip 1383 °C; spezifische Wärmekapazität 737,4 kJ/(kg·K); spezifischer elektrischer Widerstand 22,76·10 –6 Ohm·cm –1 . Strontium ist paramagnetisch, die atomare magnetische Suszeptibilität bei Raumtemperatur beträgt 91,2·10 -6 . Strontium ist ein weiches, duktiles Metall, das sich leicht mit einem Messer schneiden lässt.

Chemische Eigenschaften. Die Konfiguration der äußeren Elektronenhülle des Atoms Sr 5s 2 ; in Verbindungen hat es normalerweise eine Oxidationsstufe von +2. Strontium ist ein Erdalkalimetall Chemische Eigenschaften m ist ähnlich wie Ca und Ba. Strontiummetall oxidiert schnell an der Luft und bildet einen gelblichen Oberflächenfilm, der SrO-Oxid, SrO 2 -Peroxid und Sr 3 N 2 -Nitrid enthält. Mit Sauerstoff bei normale Bedingungen bildet SrO-Oxid (gräulich-weißes Pulver), das sich an Luft leicht in Carbonat SrCO 3 umwandelt; interagiert heftig mit Wasser und bildet Hydroxid Sr (OH) 2 - eine Base, die stärker als Ca (OH) 2 ist. Wenn es an der Luft erhitzt wird, entzündet es sich leicht, und pulverisiertes Strontium entzündet sich spontan an der Luft, daher wird Strontium in hermetisch verschlossenen Gefäßen unter einer Kerosinschicht gelagert. Zersetzt Wasser schnell unter Freisetzung von Wasserstoff und Bildung von Hydroxid. Bei erhöhten Temperaturen reagiert es mit Wasserstoff (>200 °C), Stickstoff (>400 °C), Phosphor, Schwefel und Halogenen. Beim Erhitzen bildet es intermetallische Verbindungen mit Metallen wie SrPb 3 , SrAg 4 , SrHg 8 , SrHg 12 . Von den Strontiumsalzen sind die Halogenide (außer Fluorid), Nitrat, Acetat und Chlorat gut wasserlöslich; schwerlösliche Carbonate, Sulfate, Oxalate und Phosphate. Die Ausfällung von Strontium als Oxalat und Sulfat wird für seine analytische Bestimmung verwendet. Viele Strontiumsalze bilden kristalline Hydrate, die 1 bis 6 Moleküle Kristallwasser enthalten. SrS-Sulfid wird allmählich durch Wasser hydrolysiert; Sr 3 N 2 -Nitrid (schwarze Kristalle) wird leicht durch Wasser unter Freisetzung von NH 3 und Sr(OH) 2 zersetzt. Strontium löst sich gut in flüssigem Ammoniak und ergibt dunkelblaue Lösungen.

Strontium bekommen. Die Hauptrohstoffe für die Herstellung von Strontiumverbindungen sind Konzentrate aus der Anreicherung von Coelestin und Strontianit. Strontiummetall wird durch Reduktion von Strontiumoxid mit Aluminium bei 1100–1150 °C erhalten:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrOAl 2 O 3 .

Das Verfahren wird in Elektrovakuumapparaten [bei 1 N/m 2 (10 –2 mm Hg)] mit periodischer Einwirkung durchgeführt. Strontiumdämpfe kondensieren auf der gekühlten Oberfläche eines in die Apparatur eingesetzten Kondensators; Am Ende der Reduktion wird die Apparatur mit Argon gefüllt und das Kondensat geschmolzen, das in die Form fließt. Strontium wird auch durch Elektrolyse einer Schmelze gewonnen, die 85 % SrCl 2 und 15 % KCl enthält, jedoch ist bei diesem Verfahren die Stromausbeute gering und das Metall ist mit Salzen, Nitrid und Oxid verunreinigt. In der Industrie werden durch Elektrolyse mit Flüssigkathode Strontiumlegierungen beispielsweise mit Zinn hergestellt.

Anwendung von Strontium. Strontium dient zur Desoxidation von Kupfer und Bronze. 90 Sr ist eine Quelle von β-Strahlung in elektrischen Atombatterien. Strontium wird zur Herstellung von Leuchtstoffen und Solarzellen sowie hochgradig pyrophoren Legierungen verwendet. Strontiumoxid ist ein Bestandteil einiger optischer Gläser und Oxidkathoden von Vakuumröhren. Strontiumverbindungen verleihen Flammen eine intensive kirschrote Farbe, weshalb einige von ihnen in der Pyrotechnik verwendet werden. Strontianit wird in die Schlacke eingebracht, um Edelstähle von Schwefel und Phosphor zu reinigen; Strontiumcarbonat wird in nicht verdunstenden Gettern verwendet und wird auch witterungsbeständigen Glasuren und Emails zum Beschichten von Porzellan, Stählen und Hochtemperaturlegierungen zugesetzt. Chromat SrCrO 4 ist ein sehr stabiles Pigment zur Herstellung von Künstlerfarben, SrTiO 3 -Titanat wird als Ferroelektrikum verwendet, es ist Bestandteil von Piezokeramiken. Strontiumsalze von Speisefettsäuren ("Strontiumseifen") werden zur Herstellung von Spezialfetten verwendet.

Salze und Verbindungen von Strontium haben eine geringe Toxizität; Beim Umgang mit Salzen von Alkali- und Erdalkalimetallen sollte man sich an den Sicherheitsvorschriften orientieren.

Strontium im Körper. Strontium ist ein wesentlicher Bestandteil von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren. Bei marinen Radiolarien (Acantaria) besteht das Skelett aus Strontiumsulfat - Coelestin. Algen enthalten 26-140 mg Strontium pro 100 g Trockenmasse, Landpflanzen - 2,6, Meerestiere - 2-50, Landtiere - 1,4, Bakterien - 0,27-30. Die Akkumulation von Strontium durch verschiedene Organismen hängt nicht nur von ihrer Art und ihren Eigenschaften ab, sondern auch vom Verhältnis von Strontium zu anderen Elementen, hauptsächlich Ca und P, in der Umwelt sowie von der Anpassung von Organismen an eine bestimmte geochemische Umgebung.

Tiere erhalten Strontium mit Wasser und Futter. Strontium wird über den Dünndarm aufgenommen und hauptsächlich über den Dickdarm ausgeschieden. Eine Reihe von Substanzen (Algenpolysaccharide, Kationenaustauscherharze) verhindern die Aufnahme von Strontium. Das Hauptdepot von Strontium im Körper ist Knochengewebe, dessen Asche etwa 0,02 % Strontium (in anderen Geweben - etwa 0,0005 %) enthält. Ein Überschuss an Strontiumsalzen in der Ernährung von Ratten verursacht „Strontium“-Rachitis. Bei Tieren, die auf Böden mit erheblichen Mengen an Coelestin leben, kommt es im Körper zu einem erhöhten Strontiumgehalt, der zu brüchigen Knochen, Rachitis und anderen Krankheiten führt. In biogeochemischen Provinzen, die reich an Strontium sind (eine Reihe von Regionen in Zentral- und Ostasien, Nordeuropa und andere) ist die sogenannte Urov-Krankheit möglich.

Strontium-90. Unter den künstlichen Isotopen des Strontiums ist sein langlebiges Radionuklid 90 Sr einer der wichtigen Bestandteile der radioaktiven Kontamination der Biosphäre. 90 Sr zeichnet sich in der Umwelt dadurch aus, dass es (hauptsächlich zusammen mit Ca) in Stoffwechselprozesse von Pflanzen, Tieren und Menschen aufgenommen werden kann. Daher ist es üblich, bei der Bewertung der Belastung der Biosphäre mit 90 Sr das Verhältnis von 90 Sr/Ca in Strontiumeinheiten zu berechnen (1 s.u. = 1 Mikron μcurie 90 Sr pro 1 g Ca). Wenn sich 90 Sr und Ca entlang biologischer und Nahrungsketten bewegen, tritt eine Strontium-Diskriminierung auf, für deren quantitativen Ausdruck der „Diskriminierungskoeffizient“ gefunden wird, das Verhältnis von 90 Sr / Ca im nächsten Glied der biologischen oder Nahrungskette zu demselben Wert im vorherigen Link. Im letzten Glied der Nahrungskette ist die Konzentration von 90 Sr in der Regel deutlich geringer als im ersten.

Pflanzen können 90 Sr direkt durch direkte Kontamination der Blätter oder aus dem Boden über die Wurzeln erhalten (in diesem Fall haben die Art des Bodens, sein Feuchtigkeitsgehalt, pH-Wert, Gehalt an Ca und organischer Substanz usw. einen großen Einfluss). . Relativ mehr 90 Sr wird von Leguminosen, Wurzel- und Knollenfrüchten angereichert, weniger von Getreide, einschließlich Getreide und Flachs. In Samen und Früchten wird deutlich weniger 90 Sr angereichert als in anderen Organen (z. B. ist 90 Sr in Weizenblättern und -stielen 10-mal mehr als in Getreide). Bei Tieren (hauptsächlich mit pflanzlicher Nahrung) und Menschen (hauptsächlich mit Kuhmilch und Fisch) reichert sich 90 Sr hauptsächlich in den Knochen an. Die Menge an 90 Sr-Ablagerung im Körper von Tieren und Menschen hängt vom Alter des Individuums, der Menge des eintretenden Radionuklids, der Wachstumsrate von neuem Knochengewebe und anderen ab. 90 Sr stellt eine große Gefahr für Kinder dar, in deren Körper es mit der Milch gelangt und sich in schnell wachsendem Knochengewebe anreichert.

Die biologische Wirkung von 90 Sr hängt mit der Art seiner Verteilung im Körper (Anreicherung im Skelett) zusammen und hängt von der Dosis der β-Bestrahlung ab, die von ihm und seinem Tochterradioisotop 90 Y erzeugt wird. Bei längerer Einnahme von 90 Sr in die Körper, selbst in relativ geringen Mengen, als Folge einer kontinuierlichen Bestrahlung von Knochengewebe können Leukämie und Knochenkrebs entstehen. Signifikante Veränderungen im Knochengewebe werden beobachtet, wenn der Gehalt an 90 Sr in der Nahrung etwa 1 Mikrocurie pro 1 g Ca beträgt. Abschluss des Atomwaffensperrvertrags 1963 in Moskau Atomwaffen in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser führten zu einer fast vollständigen Freisetzung der Atmosphäre von 90 Sr und einer Abnahme seiner mobilen Formen im Boden.

Strontium im menschlichen Körper: Rolle, Quellen, Mangel und Überschuss

Strontium (Sr) ist ein chemisches Element, das D.I. Mendelejew 38. Platz. In seiner einfachsten Form ist es unter normalen Bedingungen ein silberweißes Erdalkalimetall, sehr duktil, weich und formbar (leicht mit einem Messer zu schneiden). An der Luft wird es durch Sauerstoff und Feuchtigkeit sehr schnell oxidiert und mit gelbem Oxid überzogen. Chemisch sehr aktiv.

Strontium wurde 1787 von den beiden Chemikern W. Cruikshank und A. Crawford entdeckt und erstmals 1808 von H. Davy in reiner Form isoliert. Es erhielt seinen Namen von dem schottischen Dorf Stronshian, wo 1764 ein bisher unbekanntes Mineral entdeckt wurde, das nach dem Dorf auch Strontium genannt wurde.

Aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität kommt Strontium in der Natur nicht in reiner Form vor. In der Natur ist es weit verbreitet, es ist Teil von etwa 40 Mineralien, von denen die häufigsten Coelestin (Strontiumsulfat) und Strontianit (Strontiumcarbonat) sind. Aus diesen Mineralien wird Strontium im industriellen Maßstab abgebaut. Die größten Vorkommen an Strontiumerzen befinden sich in den USA (Arizona und Kalifornien), Russland und einigen anderen Ländern.

Strontium und seine Verbindungen werden häufig in der Radioelektronikindustrie, Metallurgie, Lebensmittelindustrie und Pyrotechnik verwendet.

Strontium begleitet sehr oft Calcium in Mineralien und ist ein ziemlich verbreitetes chemisches Element. Sein Massenanteil in der Erdkruste beträgt etwa 0,014 %, seine Konzentration im Meerwasser beträgt etwa 8 mg/l.

Die Rolle von Strontium im menschlichen Körper

Sehr oft, wenn sie über die Wirkung von Strontium auf den menschlichen Körper sprechen, haben sie eine negative Konnotation. Dies ist ein weit verbreiteter Irrglaube, da sein radioaktives Isotop 90 Sr in der Tat äußerst gesundheitsgefährdend ist. Es entsteht bei nuklearen Reaktionen in Reaktoren und bei nuklearen Explosionen, und wenn es in den menschlichen Körper gelangt, lagert es sich im Knochenmark ab und führt sehr oft zu sehr tragischen Folgen, da es die Blutbildung buchstäblich blockiert. Aber gewöhnliches, nicht radioaktives Strontium in vernünftigen Dosen ist nicht nur ungefährlich, sondern für den menschlichen Körper einfach notwendig. Strontium wird sogar zur Behandlung von Osteoporose eingesetzt.

Im Allgemeinen kommt Strontium in fast allen lebenden Organismen vor, sowohl in Pflanzen als auch in Tieren. Es ist ein Analogon von Calcium und kann es im Knochengewebe ohne besondere gesundheitliche Auswirkungen leicht ersetzen. Übrigens ist es diese chemische Eigenschaft von Strontium, die sein erwähntes radioaktives Isotop extrem gefährlich macht. Fast das gesamte Strontium (99 %) wird im Knochengewebe abgelagert, und weniger als 1 % des Strontiums wird in anderen Geweben des Körpers zurückgehalten. Die Konzentration von Strontium im Blut beträgt etwa 0,02 µg/ml, in den Lymphknoten 0,30 µg/g, Lunge 0,2 µg/g, Eierstöcke 0,14 µg/g, Nieren und Leber 0,10 µg/g.

Bei kleinen Kindern (unter 4 Jahren) reichert sich Strontium im Körper an, da während dieser Zeit Knochengewebe aktiv gebildet wird. Der Körper eines Erwachsenen enthält etwa 300-400 mg Strontium, was im Vergleich zu anderen Spurenelementen ziemlich viel ist.

Strontium verhindert die Entstehung von Osteoporose und Zahnkaries.

Ein Synergist und gleichzeitig Antagonist von Strontium ist Calcium, das ihm in seinen chemischen Eigenschaften sehr nahe steht.

Quellen von Strontium im menschlichen Körper

Der genaue tägliche Bedarf des Menschen an Strontium ist nicht bekannt, nach einigen verfügbaren Informationen beträgt er bis zu 3-4 mg. Es wird geschätzt, dass eine Person durchschnittlich 0,8-3,0 mg Strontium pro Tag mit der Nahrung zu sich nimmt.

Mit der Nahrung zugeführtes Strontium wird nur zu 5-10% resorbiert. Seine Resorption erfolgt hauptsächlich im Duodenum und Ileum. Strontium wird hauptsächlich über die Nieren ausgeschieden, in viel geringerem Maße über die Galle. Im Kot findet sich nur unabsorbiertes Strontium.

Verbessert die Aufnahme von Strontium Vitamin D, Laktose, Aminosäuren Arginin und Lysin. Eine ballaststoffreiche pflanzliche Ernährung sowie Natrium- und Bariumsulfat wiederum reduzieren die Aufnahme von Strontium im Verdauungstrakt.

Strontiumhaltige Lebensmittel:

Hülsenfrüchte (Bohnen, Erbsen, Bohnen, Sojabohnen);
Getreide (Buchweizen, Hafer, Hirse, Weich- und Hartweizen, Wildreis, Roggen);
knollenbildende Pflanzen sowie Hackfrüchte (Kartoffeln, Rüben, Rüben, Karotten, Ingwer);
Früchte (Aprikose, Quitte, Ananas, Weintrauben, Birnen, Kiwi);
gemüse (Sellerie, Dill, Rucola);
Nüsse (Erdnüsse, Paranüsse, Cashewnüsse, Macadamia, Pistazien, Haselnüsse);
Fleischprodukte, insbesondere Knochen und Knorpel.

Mangel an Strontium im menschlichen Körper

In der Fachliteratur finden sich keine Informationen über einen Strontiummangel im menschlichen Körper. Tierexperimente zeigen, dass Strontiummangel zu Entwicklungsverzögerung, Wachstumshemmung, Karies (Karies) und Verkalkung von Knochen und Zähnen führt.

Überschüssiges Strontium im menschlichen Körper

Bei einem Überschuss an Strontium kann sich eine Krankheit entwickeln, die im Volksmund "Urov-Krankheit" und in der medizinischen Sprache "Strontium-Rachitis" oder Kaschin-Beck-Krankheit genannt wird. Diese Krankheit wurde erstmals bei der Bevölkerung festgestellt, die im Einzugsgebiet des Flusses lebte. Ural und Ostsibirien. Einwohner der Stadt Nerchensk I.M. Yurensky schrieb 1849 in der Zeitschrift "Proceedings of the Free Economic Society" einen Artikel "Über die Hässlichkeit der Bewohner der Ufer der Urova in Ostsibirien".

Lange Zeit konnten Ärzte die Natur dieser endemischen Krankheit nicht erklären. Spätere Studien erklärten die Natur dieses Phänomens. Es stellte sich heraus, dass diese Krankheit darauf zurückzuführen ist, dass Strontiumionen, wenn sie im Überschuss in den Körper gelangen, einen erheblichen Teil des Kalziums aus den Knochen verdrängen, was zu einem Mangel an letzterem führt. Als Ergebnis leidet der gesamte Organismus, aber die typischste Manifestation diese Krankheit Es entwickeln sich dystrophische Veränderungen in Knochen und Gelenken, insbesondere während einer Phase intensiven Wachstums (bei Kindern). Außerdem ist das Phosphor-Kalzium-Verhältnis im Blut gestört, Darmdysbakteriose, Lungenfibrose entwickeln sich.

Um überschüssiges Strontium aus dem Körper zu entfernen, werden Ballaststoffe, Magnesium- und Calciumverbindungen, Natrium- und Bariumsulfate verwendet.

Besonders gefährlich ist jedoch das oben erwähnte radioaktive Strontium-90. Es sammelt sich in den Knochen an, beeinträchtigt nicht nur das Knochenmark und verhindert, dass der Körper die hämatopoetische Funktion erfüllt, sondern verursacht auch Strahlenkrankheit, beeinträchtigt das Gehirn und die Leber und erhöht das Risiko, an Krebs, insbesondere Blutkrebs, zu erkranken, um das Tausendfache .

Erschwerend kommt hinzu, dass Strontium-90 eine mittellange Halbwertszeit (28,9 Jahre) hat – also nur die durchschnittliche Dauer der Menschengeneration. Daher ist es im Falle einer radioaktiven Kontamination des Bereichs nicht erforderlich, auf eine schnelle Dekontamination zu warten, aber gleichzeitig ist seine Radioaktivität sehr hoch. Andere radioaktive Elemente zerfallen entweder sehr schnell, z. B. haben viele Isotope von Jod eine Halbwertszeit von Stunden und Tagen, oder sehr langsam, sodass sie eine geringe Strahlungsaktivität aufweisen. Über Strontium-90 lässt sich weder das eine noch das andere sagen.

Aber das ist nicht alles. Tatsache ist, dass Strontium-90, wenn es in den Boden gelangt, Kalzium verdrängt und anschließend von Pflanzen, Tieren aufgenommen wird und über die Nahrungskette den Menschen mit allen daraus resultierenden Folgen erreicht. Besonders „reich“ an Strontium sind Hackfrüchte und grüne Pflanzenteile. Dadurch können landwirtschaftliche Flächen, die mit radioaktivem Strontium kontaminiert sind, für Hunderte von Jahren aus dem Verkehr gezogen werden.

Ordnungszahl - 38

Atommasse - 87,62

Dichte, kg/m³ - 2600

Schmelzpunkt, ° C - 768

Wärmekapazität, kJ / (kg ° С) - 0,737

Elektronegativität - 1,0

Kovalenter Radius, Å – 1,91

1. Ionisierung Potenzial, ev - 5,69

Die Geschichte der Entdeckung des Strontiums

1764 wurde in einer Bleimine in der Nähe des schottischen Dorfes Strontian ein Mineral gefunden, das sie Strontianit nannten. Lange Zeit galt es als Abart von Fluorit CaF 2 oder Witherit BaCO 3, aber 1790 analysierten die englischen Mineralogen Crawford und Cruikshank dieses Mineral und stellten fest, dass es eine neue „Erde“ und in der heutigen Sprache Oxid enthielt.

Unabhängig davon wurde dasselbe Mineral von einem anderen englischen Chemiker, Hope, untersucht. Nachdem er zu denselben Ergebnissen gekommen war, gab er bekannt, dass es in Strontianit ein neues Element gibt - das Metall Strontium.

Offenbar lag die Entdeckung bereits „in der Luft“, denn fast zeitgleich verkündete der prominente deutsche Chemiker Klaproth die Entdeckung einer neuen „Erde“.

In denselben Jahren stieß auch der bekannte russische Chemiker, Akademiker Toviy Egorovich Lovitz, auf Spuren von „Strontiumerde“. Er interessierte sich schon lange für das als Schwerspat bekannte Mineral. In diesem Mineral (Zusammensetzung: BaSO 4) entdeckte Karl Scheele 1774 das Oxid des neuen Elements Barium. Wir wissen nicht, warum Lovitz schwerem Holm nicht gleichgültig war; Es ist nur bekannt, dass der Wissenschaftler, der die Adsorptionseigenschaften von Kohle entdeckte und viel mehr auf dem Gebiet der allgemeinen und organischen Chemie tat, Proben dieses Minerals sammelte. Aber Lovitz war nicht nur ein Sammler, er begann bald, Schwerspat systematisch zu untersuchen und kam 1792 zu dem Schluss, dass dieses Mineral eine unbekannte Verunreinigung enthielt. Es gelang ihm, ziemlich viel aus seiner Sammlung zu extrahieren - mehr als 100 g neue "Erde" und seine Eigenschaften weiter zu erforschen. Die Ergebnisse der Studie wurden 1795 veröffentlicht.

So kamen fast gleichzeitig mehrere Forscher in verschiedenen Ländern der Entdeckung von Strontium nahe. Aber in seiner elementaren Form wurde es erst 1808 herausgegriffen.

Schon der herausragende Wissenschaftler seiner Zeit, Humphry Davy, verstand, dass das Erdelement Strontium offenbar ein Erdalkalimetall sein muss, und er gewann es durch Elektrolyse, d.h. ebenso wie Calcium, Magnesium, Barium. Genauer gesagt wurde das weltweit erste metallische Strontium durch Elektrolyse seines angefeuchteten Hydroxids gewonnen. Das an der Kathode freigesetzte Strontium verbindet sich sofort mit Quecksilber und bildet ein Amalgam. Davy zersetzte das Amalgam durch Erhitzen und isolierte das reine Metall.

Das Vorkommen von Strontium in der Natur

Strontium kommt im Meerwasser (0,1 mg/l), im Boden (0,035 Gew.-%) vor. Massenmäßig ist es in geochemischen Prozessen ein Kalziumsatellit. In magmatischen Gesteinen liegt Strontium überwiegend in dispergierter Form vor und geht als isomorphe Verunreinigung in das Kristallgitter der Calcium-, Kalium- und Bariumminerale ein. In der Biosphäre reichert sich Strontium in Karbonatgesteinen und insbesondere in den Sedimenten von Salzseen und Lagunen an.

Strontium ist ein wesentlicher Bestandteil von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren. Bei marinen Radiolarien (Acantaria) besteht das Skelett aus Strontiumsulfat - Coelestin. Algen enthalten 26-140 mg Strontium pro 100 g Trockenmasse, Landpflanzen - 2,6, Meerestiere - 2-50, Landtiere - 1,4, Bakterien - 0,27-30. Die Akkumulation von Strontium durch verschiedene Organismen hängt nicht nur von ihrer Art und ihren Eigenschaften ab, sondern auch vom Verhältnis von Strontium zu anderen Elementen, hauptsächlich Ca und P, in der Umwelt sowie von der Anpassung von Organismen an eine bestimmte geochemische Umgebung.

Strontium kommt in der Natur als Mischung der 4 stabilen Isotope 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87Sr (7,02%), 88Sr (82,56%) vor. Radioaktive Isotope mit Massenzahlen von 80 bis 97 wurden künstlich gewonnen, inkl. 90 Sr (T ½ = 27,7 Jahre), entstanden bei der Spaltung von Uran.

Strontium erhalten

Es gibt 3 Möglichkeiten, metallisches Strontium zu erhalten:

thermische Zersetzung einiger Verbindungen
Elektrolyse einer Schmelze mit 85 % SrCl 2 und 15 % KCl, jedoch ist bei diesem Verfahren die Stromausbeute gering und das Metall mit Salzen, Nitriden und Oxiden verunreinigt. In der Industrie werden durch Elektrolyse mit Flüssigkathode Strontiumlegierungen beispielsweise mit Zinn hergestellt.
Oxid- oder Chloridreduktion

Die Hauptrohstoffe für die Herstellung von Strontiumverbindungen sind Konzentrate aus der Anreicherung von Coelestin und Strontianit. Strontiummetall wird durch Reduktion von Strontiumoxid mit Aluminium bei 1100–1150 °C erhalten:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrOAl 2 O 3 .

Die elektrolytische Herstellung von Strontium durch Elektrolyse einer Schmelze eines Gemisches aus SrCl 2 und NaCl ist aufgrund der geringen Stromausbeute und der Kontamination von Strontium mit Verunreinigungen nicht weit verbreitet.

Physikalische Eigenschaften von Strontium

Bei Raumtemperatur ist das Gitter von Strontium kubisch flächenzentriert (α-Sr) mit einer Periode a = 6,0848 Å; bei Temperaturen über 248 °C wandelt es sich in eine hexagonale Modifikation (β-Sr) mit Gitterperioden a = 4,32 Å und c = 7,06 Å um; bei 614 °C wandelt es sich in eine kubisch raumzentrierte Modifikation (γ-Sr) mit einer Periode a = 4,85 Å um. Atomradius 2,15 Å, Ionenradius Sr 2+ 1,20 Å. Die Dichte der α-Form beträgt 2,63 g/cm 3 (20°C); t pl 770 °C, t kip 1383 °C; spezifische Wärmekapazität 737,4 kJ/(kg·K); spezifischer elektrischer Widerstand 22,76·10 –6 Ohm·cm –1 . Strontium ist paramagnetisch, die atomare magnetische Suszeptibilität bei Raumtemperatur beträgt 91,2·10 -6 . Strontium ist ein weiches, duktiles Metall, das sich leicht mit einem Messer schneiden lässt.

Polymorphen - drei seiner Modifikationen sind bekannt. Bis 215 o C ist die kubisch flächenzentrierte Modifikation (α-Sr) stabil, zwischen 215 und 605 o C - hexagonal (β-Sr), über 605 o C - kubisch raumzentrierte Modifikation (γ-Sr).

Schmelzpunkt - 768 o C, Siedepunkt - 1390 o C.

Chemische Eigenschaften von Strontium

In der elektrochemischen Spannungsreihe gehört Strontium zu den aktivsten Metallen (sein normales Elektrodenpotential beträgt –2,89 V). Es reagiert heftig mit Wasser und bildet Hydroxid:

Sr + 2 H 2 O \u003d Sr (OH) 2 + H 2

Reagiert mit Säuren Schwermetalle aus ihren Salzen. Mit konzentrierten Säuren (H 2 SO 4 , HNO 3 ) reagiert schwach.

Strontiummetall oxidiert schnell an der Luft und bildet einen gelblichen Film, in dem neben SrO-Oxid immer SrO 2 -Peroxid und Sr 3 N 2 -Nitrid vorhanden sind. Beim Erhitzen an der Luft entzündet es sich; pulverisiertes Strontium an der Luft neigt zur Selbstentzündung.

Reagiert heftig mit Nichtmetallen - Schwefel, Phosphor, Halogene. Interagiert mit Wasserstoff (über 200 o C), Stickstoff (über 400 o C). Reagiert praktisch nicht mit Alkalien.

Bei hohen Temperaturen reagiert es mit CO 2 und bildet ein Karbid:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Leicht lösliche Salze des Strontiums mit den Anionen Cl – , I – , NO 3 – . Salze mit den Anionen F -, SO 4 2-, CO 3 2-, PO 4 3- sind schwerlöslich.

Anwendung von Strontium

Die Hauptanwendungsgebiete von Strontium und seinen chemischen Verbindungen sind die radioelektronische Industrie, die Pyrotechnik, die Metallurgie und die Lebensmittelindustrie.

Strontium wird zum Legieren von Kupfer und einigen seiner Legierungen, zum Einbringen in Batteriebleilegierungen, zum Entschwefeln von Gusseisen, Kupfer und Stählen verwendet.

Zur Uranreduktion wird Strontium mit einer Reinheit von 99,99-99,999 % verwendet.

Magnetisch harte Strontiumferrite werden in großem Umfang als Materialien zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet.

Lange vor der Entdeckung von Strontium wurden seine nicht entschlüsselten Verbindungen in der Pyrotechnik zur Erzeugung roter Lichter verwendet. Bis Mitte der 40er Jahre des 20. Jahrhunderts war Strontium vor allem das Metall der Feuerwerke, Spaß und Salut. Die Magnesium-Strontium-Legierung hat die stärksten pyrophoren Eigenschaften und wird in der Pyrotechnik für Brand- und Signalsätze verwendet.

Radioaktives 90 Sr (Halbwertszeit 28,9 Jahre) wird in Form von Strontiumtitanat (Dichte 4,8 g/cm³, Energiefreisetzung ca. 0,54 W/cm³) zur Herstellung von Radioisotopenstromquellen verwendet.

Strontiumuranat spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Wasserstoff (Strontium-Uranat-Kreislauf, Los Alamos, USA) auf thermochemischem Weg (atomare Wasserstoffenergie), insbesondere werden Verfahren zur direkten Spaltung von Urankernen in der Zusammensetzung entwickelt Strontiumuranat zur Wärmeerzeugung bei der Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.

Strontiumoxid wird als Bestandteil von supraleitenden Keramiken verwendet.

Strontiumfluorid wird als Bestandteil von Festkörper-Fluorbatterien mit enormer Energiekapazität und Energiedichte verwendet.

Legierungen von Strontium mit Zinn und Blei werden zum Vergießen von Batterieableitern verwendet. Strontium-Cadmium-Legierungen für Anoden galvanischer Zellen.

Das Metall wird in Glasuren und Emails zum Beschichten von Geschirr verwendet. Strontiumglasuren sind nicht nur unbedenklich, sondern auch erschwinglich (Strontiumcarbonat SrCO 3 ist 3,5 mal billiger als Mennige). Alles positive Eigenschaften Bleiglasuren sind ebenfalls charakteristisch für sie. Darüber hinaus erhalten mit solchen Glasuren beschichtete Produkte zusätzliche Härte, Hitzebeständigkeit und chemische Beständigkeit.

Strontium ist ein aktives Metall. Dies verhindert eine breite Anwendung in der Technik. Andererseits ermöglicht die hohe chemische Aktivität von Strontium seinen Einsatz in bestimmten Bereichen der Volkswirtschaft. Insbesondere wird es beim Schmelzen von Kupfer und Bronze eingesetzt – Strontium bindet Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und erhöht die Fließfähigkeit der Schlacke. Somit trägt Strontium zur Reinigung des Metalls von zahlreichen Verunreinigungen bei. Außerdem erhöht der Zusatz von Strontium die Härte von Kupfer, fast ohne seine elektrische Leitfähigkeit zu verringern. Strontium wird in elektrische Vakuumröhren eingeführt, um den verbleibenden Sauerstoff und Stickstoff zu absorbieren und das Vakuum zu vertiefen.

Die Wirkung von Strontium auf den menschlichen Körper

Salze und Verbindungen von Strontium haben eine geringe Toxizität; Beim Umgang mit Salzen von Alkali- und Erdalkalimetallen sollte man sich an den Sicherheitsvorschriften orientieren.

Man sollte die Wirkung auf den menschlichen Körper von natürlichen (nicht radioaktiv, wenig toxisch und darüber hinaus weit verbreitet zur Behandlung von Osteoporose) und radioaktiven Isotopen von Strontium verwechseln. Das Strontiumisotop 90 Sr ist radioaktiv mit einer Halbwertszeit von 28,9 Jahren. 90 Sr zerfällt durch β-Zerfall in radioaktives 90 Y (Halbwertszeit 64 Std.) Der vollständige Zerfall von in die Umwelt gelangtem Strontium-90 erfolgt erst nach einigen hundert Jahren. 90 Sr entsteht bei nuklearen Explosionen und Emissionen aus Kernkraftwerken.

Radioaktives Strontium wirkt sich fast immer negativ auf den menschlichen Körper aus:

1. Es lagert sich im Skelett (Knochen) ab, wirkt sich auf das Knochengewebe und das Knochenmark aus, was zur Entwicklung von Strahlenkrankheit, Tumoren des blutbildenden Gewebes und der Knochen führt.

2. Verursacht Leukämie und bösartige Tumore (Krebs) der Knochen sowie Schäden an Leber und Gehirn.

Strontium reichert sich im Körper von Kindern bis zum Alter von vier Jahren in hohem Maße an, wenn eine aktive Bildung von Knochengewebe stattfindet. Der Austausch von Strontium verändert sich bei einigen Erkrankungen des Verdauungssystems und des Herz-Kreislauf-Systems. Einstiegswege:

Wasser (die maximal zulässige Konzentration von Strontium in Wasser in der Russischen Föderation beträgt 8 mg / l und in den USA - 4 mg / l)
Lebensmittel (Tomaten, Rüben, Dill, Petersilie, Rettich, Rettich, Zwiebel, Kohl, Gerste, Roggen, Weizen)
intratracheale Einnahme
durch die Haut (kutan)
Einatmen (durch die Luft)
Von Pflanzen oder durch Tiere kann Strontium-90 direkt in den menschlichen Körper gelangen.

Der Einfluss von nicht radioaktivem Strontium ist äußerst selten und nur bei Exposition gegenüber anderen Faktoren (Kalzium- und Vitamin-D-Mangel, Mangelernährung, Verletzungen des Verhältnisses von Spurenelementen wie Barium, Molybdän, Selen usw.). Dann kann es bei Kindern zu „Strontium-Rachitis“ und „Uro-Krankheit“ kommen – Schäden und Missbildungen der Gelenke, Wachstumsverzögerung und andere Störungen.

Strontium-90.

90 Sr zeichnet sich in der Umwelt dadurch aus, dass es (hauptsächlich zusammen mit Ca) in die Stoffwechselprozesse von Pflanzen, Tieren und Menschen aufgenommen werden kann. Daher ist es üblich, bei der Bewertung der Belastung der Biosphäre mit 90 Sr das Verhältnis von 90 Sr/Ca in Strontiumeinheiten zu berechnen (1 s.u. = 1 Mikrometer μCurie 90 Sr pro 1 g Ca). Wenn sich 90 Sr und Ca entlang biologischer und Nahrungsketten bewegen, tritt eine Strontium-Diskriminierung auf, für deren quantitativen Ausdruck der „Diskriminierungskoeffizient“ gefunden wird, das Verhältnis von 90 Sr / Ca im nächsten Glied der biologischen oder Nahrungskette zu demselben Wert im vorherigen Link. Im letzten Glied der Nahrungskette ist die Konzentration von 90 Sr in der Regel deutlich geringer als im ersten.

Pflanzen können 90 Sr direkt durch direkte Kontamination der Blätter oder aus dem Boden über die Wurzeln erhalten. Relativ mehr 90 Sr wird von Leguminosen, Wurzel- und Knollenfrüchten angereichert, weniger von Getreide, einschließlich Getreide und Flachs. In Samen und Früchten wird deutlich weniger 90 Sr angereichert als in anderen Organen (z. B. ist 90 Sr in Weizenblättern und -stielen 10-mal mehr als in Getreide). Bei Tieren (hauptsächlich mit pflanzlicher Nahrung) und Menschen (hauptsächlich mit Kuhmilch und Fisch) reichert sich 90 Sr hauptsächlich in den Knochen an. Die Menge an 90 Sr-Ablagerung im Körper von Tieren und Menschen hängt vom Alter des Individuums, der Menge des eintretenden Radionuklids, der Wachstumsrate von neuem Knochengewebe und anderen ab. 90 Sr stellt eine große Gefahr für Kinder dar, in deren Körper es mit der Milch gelangt und sich in schnell wachsendem Knochengewebe anreichert.

Beim Menschen beträgt die Halbwertszeit von Strontium-90 90-154 Tage.

Der Abschluss des Vertrags über das Verbot von Kernwaffentests in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser im Jahr 1963 in Moskau führte zur fast vollständigen Freisetzung der Atmosphäre aus 90 Sr und einer Abnahme ihrer beweglichen Formen im Boden.

Nach dem Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl befand sich das gesamte Gebiet mit erheblicher Kontamination mit Strontium-90 innerhalb einer 30-Kilometer-Zone. Eine große Menge Strontium-90 gelangte in Gewässer, aber seine Konzentration im Flusswasser überstieg nie die für Trinkwasser zulässige Höchstmenge (mit Ausnahme des Pripyat-Flusses Anfang Mai 1986 in seinem Unterlauf).

Beim Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl gelangte relativ wenig davon in die Umwelt – die Gesamtfreisetzung wird auf 0,22 MKi geschätzt. In der Strahlenhygiene wurde diesem Radionuklid in der Vergangenheit viel Aufmerksamkeit geschenkt. Dafür gibt es mehrere Gründe. Erstens macht Strontium-90 einen erheblichen Teil der Aktivität im Produktgemisch einer nuklearen Explosion aus: 35% der Gesamtaktivität unmittelbar nach der Explosion und 25% nach 15-20 Jahren, und zweitens nukleare Unfälle im Mayak Produktionsverband im Südural in den Jahren 1957 und 1967, als eine erhebliche Menge Strontium-90 in die Umwelt freigesetzt wurde.

Strontium- ein Element der Hauptuntergruppe der zweiten Gruppe, der fünften Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, mit der Ordnungszahl 38. Es wird mit dem Symbol Sr (lat. Strontium) bezeichnet. Die einfache Substanz Strontium ist ein weiches, formbares und duktiles Erdalkalimetall von silbrig-weißer Farbe. Es hat eine hohe chemische Aktivität, an der Luft reagiert es schnell mit Feuchtigkeit und Sauerstoff und wird mit einem gelben Oxidfilm bedeckt.

38	← Strontium→ Yttrium

Atomeigenschaften

Name, Symbol, Nummer

Strontium / Strontium (Sr), 38

Atommasse
(Molmasse)

87.62(1) a. EM (g/mol)

Elektronische Konfiguration

Atomradius

Chemische Eigenschaften

kovalenter Radius

Ionenradius

Elektronegativität

0,95 (Pauling-Skala)

Elektrodenpotential

Oxidationszustände

Ionisationsenergie
(erstes Elektron)

549,0 (5,69) kJ/mol (eV)

Thermodynamische Eigenschaften eines einfachen Stoffes

Dichte (bei n.a.)

Schmelztemperatur

Siedetemperatur

Oud. Schmelzwärme

9,20 kJ/mol

Oud. Verdampfungswärme

144 kJ/mol

Molare Wärmekapazität

26,79 J/(Kmol)

Molares Volumen

33,7 cm³/Mol

Das Kristallgitter einer einfachen Substanz

Gitterstruktur

kubisch flächenzentriert

Gitterparameter

Debye-Temperatur

Andere Eigenschaften

Wärmeleitfähigkeit

(300 K) (35,4) W/(mK)

1764 wurde in einer Bleimine in der Nähe des schottischen Dorfes Strontian ein Mineral gefunden, das sie Strontianit nannten. Lange Zeit galt es als eine Variante von Fluorit CaF2 oder Witherit BaCO3, aber 1790 analysierten die englischen Mineralogen Crawford und Cruickshank dieses Mineral und stellten fest, dass es eine neue „Erde“ und in der heutigen Sprache Oxid enthielt.

Offenbar lag die Entdeckung bereits „in der Luft“, denn fast zeitgleich verkündete der prominente deutsche Chemiker Klaproth die Entdeckung einer neuen „Erde“.

In denselben Jahren stieß auch der bekannte russische Chemiker, Akademiker Toviy Egorovich Lovitz, auf Spuren von „Strontiumerde“. Er interessierte sich schon lange für das als Schwerspat bekannte Mineral. In diesem Mineral (Zusammensetzung: BaSO4) entdeckte Karl Scheele 1774 das Oxid des neuen Elements Barium. Wir wissen nicht, warum Lovitz schwerem Holm nicht gleichgültig war; Es ist nur bekannt, dass der Wissenschaftler, der die Adsorptionseigenschaften von Kohle entdeckte und viel mehr auf dem Gebiet der allgemeinen und organischen Chemie tat, Proben dieses Minerals sammelte. Aber Lovitz war nicht nur ein Sammler, er begann bald, Schwerspat systematisch zu untersuchen und kam 1792 zu dem Schluss, dass dieses Mineral eine unbekannte Verunreinigung enthielt. Es gelang ihm, ziemlich viel aus seiner Sammlung zu extrahieren - mehr als 100 g neue "Erde" und seine Eigenschaften weiter zu erforschen. Die Ergebnisse der Studie wurden 1795 veröffentlicht.

So kamen fast gleichzeitig mehrere Forscher in verschiedenen Ländern der Entdeckung von Strontium nahe. Aber in seiner elementaren Form wurde es erst 1808 herausgegriffen.

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Einführung

5. Stichprobenansätze

Bietet an

Einführung

Sehr gefährlicher Anblick Auswirkungen auf die Biosphäre ist Strahlung. Diese Art der Umweltverschmutzung trat erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf, seit der Entdeckung des Phänomens der Radioaktivität und den Versuchen, radioaktive Elemente in Wissenschaft und Technik zu nutzen. Bekannte Arten radioaktiver Umwandlungen werden von verschiedenen Strahlungen begleitet. Dies sind a-Strahlen, die aus Heliumkernen bestehen, b-Strahlen, die ein Strom schneller Elektronen sind, und y-Strahlen, die eine hohe Durchdringungskraft haben. Fragmente der Kernspaltung von Uran, Plutonium, Cäsium, Barium, Strontium, Jod und anderen radioaktiven Elementen haben eine starke biologische Wirkung.

Die Kombination der Eigenschaften von Strontium-90 führt es zusammen mit Cäsium-137 und radioaktiven Isotopen von Jod in die Kategorie der gefährlichsten und schrecklichsten radioaktiven Schadstoffe. Stabile Isotope von Strontium sind an sich wenig gefährlich, aber radioaktive Isotope von Strontium stellen eine große Gefahr für alle Lebewesen dar. Das radioaktive Strontium-Isotop Strontium-90 gilt als einer der schrecklichsten und gefährlichsten anthropogenen radioaktiven Schadstoffe. Dies liegt zum einen daran, dass es eine sehr kurze Halbwertszeit hat - 29 Jahre, was zu einem sehr hohen Aktivitätsniveau und einer starken Strahlung führt, und zum anderen an seiner Fähigkeit, effizient verstoffwechselt zu werden in das Leben des Körpers eingeschlossen. Strontium ist ein fast vollständiges chemisches Analogon von Kalzium. Wenn es in den Körper gelangt, lagert es sich daher in allen kalziumhaltigen Geweben und Flüssigkeiten ab - in Knochen und Zähnen, wodurch das Körpergewebe von innen wirksam durch Strahlung geschädigt wird.

1. Allgemeine Eigenschaften von Strontium

Strontium ist ein Element der Hauptuntergruppe der zweiten Gruppe, der fünften Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, mit der Ordnungszahl 38. Es wird mit dem Symbol Sr (lat. Strontium) bezeichnet. Die einfache Substanz Strontium ist ein weiches, formbares und duktiles Erdalkalimetall von silbrig-weißer Farbe. Es hat eine hohe chemische Aktivität, an der Luft reagiert es schnell mit Feuchtigkeit und Sauerstoff und wird mit einem gelben Oxidfilm bedeckt. Strontium erhielt seinen Namen von dem Mineral Strontianit, das 1787 in einer Bleimine in der Nähe von Strontian (Schottland) gefunden wurde. 1790 zeigte der englische Chemiker Crawford Ader (1748-1795), dass Strontianit eine neue, noch unbekannte „Erde“ enthält. Diese Eigenschaft von Strontianit wurde auch von dem deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth (Klaproth Martin Heinrich) (1743-1817) festgestellt. Der englische Chemiker T. Hope (Hope T.) bewies 1791, dass Strontianit ein neues Element enthält. Er unterschied die Verbindungen von Barium, Strontium und Calcium eindeutig, unter anderem anhand der charakteristischen Farbe der Flamme: Gelbgrün für Barium, Hellrot für Strontium und Orangerot für Calcium.

Unabhängig von westlichen Wissenschaftlern kam der St. Petersburger Akademiker Tobiash (Toviy Egorovich) Lovitz (1757-1804) 1792 bei der Untersuchung des Minerals Baryt zu dem Schluss, dass darin neben Bariumoxid auch „Strontiumerde“ enthalten sei als Verunreinigung. Es gelang ihm, mehr als 100 g neue „Erde“ aus schwerem Spat zu extrahieren und seine Eigenschaften zu untersuchen. Strontium wurde erstmals 1808 von dem englischen Chemiker und Physiker Humphry Davy in freier Form isoliert. Strontiummetall wurde durch Elektrolyse seines angefeuchteten Hydroxids gewonnen. Das an der Kathode freigesetzte Strontium verbindet sich mit Quecksilber und bildet ein Amalgam. Davy zersetzte das Amalgam durch Erhitzen und isolierte das reine Metall.

Strontium ist ein weiches silbrig-weißes Metall, form- und formbar und lässt sich leicht mit einem Messer schneiden. Polymorphin - drei seiner Modifikationen sind bekannt. Bis 215 °C ist die kubisch flächenzentrierte Modifikation (b-Sr) stabil, zwischen 215 und 605 °C – hexagonal (v-Sr), über 605 °C – kubisch raumzentrierte Modifikation (g-Sr). Schmelzpunkt - 768 o C, Siedepunkt - 1390 o C.

Strontium weist in seinen Verbindungen immer eine Wertigkeit von +2 auf. Aufgrund seiner Eigenschaften liegt Strontium in der Nähe von Calcium und Barium und nimmt eine Zwischenposition zwischen ihnen ein. In der elektrochemischen Spannungsreihe gehört Strontium zu den aktivsten Metallen (sein normales Elektrodenpotential beträgt ? 2,89 V. Es reagiert heftig mit Wasser und bildet Hydroxid:

Sr + 2 H 2 O \u003d Sr (OH) 2 + H 2 ^

Interagiert mit Säuren, verdrängt Schwermetalle aus ihren Salzen. Mit konzentrierten Säuren (H 2 SO 4 , HNO 3 ) reagiert schwach.

Reagiert heftig mit Nichtmetallen - Schwefel, Phosphor, Halogenen. Interagiert mit Wasserstoff (über 200 o C), Stickstoff (über 400 o C). Reagiert praktisch nicht mit Alkalien.

Bei hohen Temperaturen reagiert es mit CO2 zu Karbid:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Leicht lösliche Strontiumsalze mit Anionen Cl?, I?, NO 3?. Salze mit Anionen F?, SO42?, CO32?, PO43? schwer löslich (Poluektov, 1978).

Strontium radioaktive Kontamination

2. Hauptquellen von Strontium in natürlichen Umgebungen und lebenden Organismen

Strontium ist ein wesentlicher Bestandteil von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren. Bei marinen Radiolariern besteht das Skelett aus Strontiumsulfat - Coelestin. Algen enthalten 26-140 mg Strontium pro 100 g Trockenmasse, Landpflanzen - etwa 2,6, Meerestiere - 2-50, Landtiere - etwa 1,4, Bakterien - 0,27-30. Die Akkumulation von Strontium durch verschiedene Organismen hängt nicht nur von ihrer Art und ihren Eigenschaften ab, sondern auch vom Verhältnis des Gehalts an Strontium und anderen Elementen, hauptsächlich Calcium und Phosphor, in der Umwelt.

Tiere erhalten Strontium mit Wasser und Futter. Einige Substanzen, wie Polysaccharide aus Algen, stören die Aufnahme von Strontium. Strontium reichert sich im Knochengewebe an, dessen Asche etwa 0,02 % Strontium enthält (in anderen Geweben etwa 0,0005 %).

Als Folge von Atomtests und Unfällen in Kernkraftwerken, große Menge radioaktives Strontium-90, das eine Halbwertszeit von 29,12 Jahren hat. Bis das Testen von Atom- und Wasserstoffwaffen in drei Umgebungen nicht verboten wurde, wuchs die Zahl der Opfer von radioaktivem Strontium von Jahr zu Jahr.

Innerhalb eines Jahres nach Abschluss der atmosphärischen Atomexplosionen fielen infolge der Selbstreinigung der Atmosphäre die meisten radioaktiven Produkte, einschließlich Strontium-90, aus der Atmosphäre auf die Erdoberfläche. Die Verschmutzung der natürlichen Umwelt durch die Entfernung radioaktiver Produkte nuklearer Explosionen aus der Stratosphäre, die 1954-1980 an den Teststandorten des Planeten durchgeführt wurde, spielt heute eine untergeordnete Rolle, der Beitrag dieses Prozesses zur Verschmutzung atmosphärische Luft 90Sr ist zwei Größenordnungen weniger als durch windgetriebenen Staubaufstieg aus Böden kontaminiert nuklearer Test und infolge von Strahlenunfällen.

Strontium-90, zusammen mit Cäsium-137, sind die wichtigsten umweltschädlichen Radionuklide in Russland. Die Strahlungssituation wird erheblich durch das Vorhandensein kontaminierter Zonen beeinflusst, die infolge von Unfällen im Kernkraftwerk Tschernobyl im Jahr 1986 und im Produktionsverband Mayak im Jahr 1986 entstanden sind. Oblast Tscheljabinsk 1957 ("Kyshtym-Unfall") sowie in der Nähe einiger Unternehmen des Kernbrennstoffkreislaufs.

Jetzt hat die durchschnittliche Konzentration von 90Sr in der Luft außerhalb der durch die Unfälle von Tschernobyl und Kyschtym kontaminierten Gebiete die Werte erreicht, die vor dem Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl beobachtet wurden. Die mit den bei diesen Unfällen kontaminierten Gebieten verbundenen hydrologischen Systeme werden durch die Auswaschung von Strontium-90 aus der Bodenoberfläche erheblich beeinträchtigt.

In den Boden gelangt Strontium zusammen mit löslichen Calciumverbindungen in die Pflanzen. Mehr als andere akkumulieren 90Sr-Hülsenfrüchte, Wurzeln und Knollen, weniger - Getreide, einschließlich Getreide und Flachs. In Samen und Früchten reichert sich deutlich weniger 90Sr an als in anderen Organen (zum Beispiel ist 90Sr in Blättern und Stängeln von Weizen 10-mal mehr als in Getreide).

Von Pflanzen kann Strontium-90 direkt oder über Tiere in den menschlichen Körper gelangen. Bei Männern reichert sich Strontium-90 stärker an als bei Frauen. In den ersten Lebensmonaten eines Kindes ist die Ablagerung von Strontium-90 um eine Größenordnung höher als bei einem Erwachsenen, es gelangt mit der Milch in den Körper und reichert sich in schnell wachsendem Knochengewebe an.

In Bezug auf die physische Häufigkeit in der Erdkruste belegt Strontium den 23. Platz - sein Massenanteil beträgt 0,014% (in der Lithosphäre - 0,045%). Der Stoffmengenanteil von Metall in der Erdkruste beträgt 0,0029 %. Strontium kommt im Meerwasser vor (8 mg/l) In der Natur kommt Strontium als Mischung aus 4 stabilen Isotopen vor 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87Sr (7,02%), 88Sr (82,56%) (Orlow, 2002).

3. Hygieneparameter für die Verwendung von Strontium

Strontium wird im Darmtrakt schlecht resorbiert und das meiste Metall, das in den Körper gelangt, wird daraus ausgeschieden. Im Körper verbleibendes Strontium ersetzt Calcium und reichert sich in geringen Mengen in den Knochen an. Bei einer signifikanten Anhäufung von Strontium besteht die Möglichkeit, den Prozess der Verkalkung wachsender Knochen zu unterdrücken und das Wachstum zu stoppen. Nicht radioaktives Strontium stellt ein Risiko für die menschliche Gesundheit dar, und seine Menge in Produkten unterliegt der Kontrolle der FAO/WHO (Kaplin, 2006).

Radionuklide, die in die Biosphäre gelangen, verursachen zahlreiche Umweltfolgen. Durch Oberflächenabfluss können sich Radionuklide in Senken, Mulden und anderen akkumulierenden Reliefelementen anreichern. Nuklide dringen in Pflanzen ein und wandern kräftig durch Nahrungsketten. Bodenmikroorganismen reichern radioaktive Elemente an, was durch Autoradiographie gut nachgewiesen werden kann. Basierend auf diesem Prinzip werden Methoden zur Identifizierung mikrobieller Populationen entwickelt, um geochemische Provinzen mit einem hohen Gehalt an Radionukliden zu diagnostizieren.

Der Untersuchung des Verhaltens von Radionukliden kommt im Zusammenhang mit ihrem Eintrag in die Kette „Boden – Pflanze – Tier – Mensch“ eine besondere Bedeutung zu. Artenunterschiede im Gehalt an Nukliden in Pflanzen sind auf die Art der Verteilung von Wurzelsystemen zurückzuführen.

Hinsichtlich des Ausmaßes des Eintrags von Radionukliden in die Phytomasse werden die Pflanzengemeinschaften in der folgenden Reihenfolge angeordnet: Federgrassteppe > Rispengras-Hafermehlwiese > Staudengraswiese. Die maximale Akkumulation von Radionukliden wird in Pflanzen der Getreidefamilie beobachtet, gefolgt von Kräutern, und Leguminosen akkumulieren die geringste Menge an Nukliden.

Strontium-90 wird aufgrund des Kationenaustauschs leicht vom Boden adsorbiert oder durch organische Bodensubstanz fixiert, um unlösliche Verbindungen zu bilden. Bewässerung und intensive Bodenbearbeitung können den Prozess des Abspülens des Profils beschleunigen. Auch die Entfernung von Strontium-90 ist möglich Oberflächengewässer mit anschließender Akkumulation in Vertiefungen (Vertiefungen) des Reliefs.

In landwirtschaftlichen Kulturen wird in der Regel die maximale Akkumulation von Strontium-90 in den Wurzeln beobachtet, weniger - in den Blättern und unbedeutende Mengen - in den Früchten und Körnern. Durch die trophischen Ketten wird Strontium-90 leicht auf Tiere und Menschen übertragen, reichert sich gerne in den Knochen an und verursacht große gesundheitliche Schäden.

Die maximal zulässige Konzentration (MAK) von Strontium-90 in der Luft von Arbeitsstätten beträgt 0,185 (Bq/l), im Wasser offener Becken 18,5 (Bq/l). Zulässige Gehalte von 90Sr in Lebensmitteln gemäß den Anforderungen von SanPiN 2.3.2.1078-01 sind in Getreide, Käse, Fisch, Getreide, Mehl, Zucker, Salz 100-140 (Bq / kg), Fleisch, Gemüse, Obst, Butter, Brot, Nudeln - 50-80 (Bq / kg), Pflanzenöl 50-80 (Bq / l), Milch - 25, Wasser trinken- 8 (Bq/l) (Orlov, 2002).

4. Toxikologische Eigenschaften von Strontium

Salze und Verbindungen des Strontiums sind wenig toxische Substanzen, jedoch werden bei einem Überschuss an Strontium Knochengewebe, Leber und Gehirn in Mitleidenschaft gezogen. Strontium ist in seinen chemischen Eigenschaften dem Kalzium ähnlich und unterscheidet sich in seiner biologischen Wirkung stark davon. Ein übermäßiger Gehalt dieses Elements in Böden, Gewässern und Lebensmitteln verursacht bei Menschen und Tieren die "Urov-Krankheit" (benannt nach dem Urov-Fluss in Ost-Transbaikalien) - Schäden und Missbildungen der Gelenke, Wachstumsverzögerung und andere Störungen.

Besonders gefährlich sind die radioaktiven Isotope des Strontiums. Radioaktives Strontium reichert sich im Skelett an und setzt so den Körper langfristig radioaktiven Einwirkungen aus. Die biologische Wirkung von 90Sr hängt mit der Art seiner Verteilung im Körper zusammen und hängt von der Dosis der b-Strahlung ab, die von ihm und seinem Tochter-Radioisotop 90Y erzeugt wird. Bei längerer Aufnahme von 90Sr in den Körper, selbst in relativ geringen Mengen, kann es infolge kontinuierlicher Bestrahlung von Knochengewebe zu Leukämie und Knochenkrebs kommen. Der vollständige Zerfall von Strontium-90, das in die Umwelt gelangt ist, erfolgt erst nach einigen hundert Jahren.

Es gibt nur wenige Informationen über die Toxizität von Sr für Pflanzen, und die Toleranz der Pflanzen gegenüber diesem Element ist sehr unterschiedlich. Laut Shaklett et al. beträgt die toxische Konzentration von Sr für Pflanzen 30 mg/kg Asche (Kaplin, 2006; Kabata-Pendias, 1989).

5. Stichprobenansätze

Die Probenahme ist die erste und recht einfache, aber gleichzeitig eine verantwortungsvolle Phase der Analyse. Für die Probenahme gelten mehrere Anforderungen:

1. Die Probenahme muss aseptisch und mit einem sterilen Probennehmer in einem sterilen Behälter erfolgen, der für den Transport der Probe zum Labor hermetisch verschlossen sein muss.

2. Die Probe muss repräsentativ sein, d. h. ein ausreichendes Volumen haben, dessen Wert von den Anforderungen an den Gehalt eines bestimmten Mikroorganismus bestimmt wird, und an einem Ort hergestellt werden, der die Angemessenheit der Probe für das gesamte Volumen des zu analysierenden Objekts gewährleistet.

3. Die entnommene Probe ist sofort zu verarbeiten, falls eine sofortige Verarbeitung nicht möglich ist, im Kühlschrank zu lagern.

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, erfordert das Experiment genaue Aufmerksamkeit für alle Details. Eine der Fehlerquellen bei der Bestimmung von Sr ist die Heterogenität der Probe und die Repräsentativität der Oberfläche. Wenn das Mahlen einer festen Probe (Pulver von Erzen, Felsen, Anreicherungsprodukte, Rohmischungen, Salze usw.) 100 Mesh oder weniger erreicht, dann können solche Proben aufgrund der hohen Durchdringungskraft harter Strahlung als ziemlich homogen angesehen werden. Um die Auswirkungen von Absorption und Anregung zu reduzieren, die die Kalibrierkurven verfälschen, wird die analysierte Probe mit einer für Röntgenstrahlen transparenten Substanz (Polystyrol, Borsäure, Stärke, Aluminiumhydroxid, Wasser usw.). Der Verdünnungsgrad wird experimentell bestimmt. Eine Pulverprobe mit einem gleichmäßig verteilten Verdünnungsmittel und einem internen Standard wird brikettiert oder gelöst. Die Dicke des Briketts (Tablette) sollte groß genug sein (ca. 1-2 mm), damit die Strahlungsintensität der Probe nicht von der Größe der Probe abhängt. Vorbereitete Briketts (Tabletten) sind für Mehrfachmessungen geeignet. Die Prüfsubstanz kann in Pulverform direkt in die Küvetten des Gerätes gegeben werden. Das Probenpulver kann in einen Plexiglashalter gegeben und unter eine Polymerfolie gepresst oder auf eine Klebefolie aufgebracht werden (Orlov, 2002; Poluektov, 1978).

6. Analytische Methoden zur Bestimmung von Strontium in Proben

Bei der Bestimmung von Sr in natürlichen und industriellen Objekten sind die am häufigsten verwendeten spektralen Methoden - emissionsspektrographisch und flammenphotometrisch. In letzter Zeit wurde das Atomabsorptionsverfahren weithin verwendet. Die photometrische Methode, die eine vorherige Trennung von Strontium von anderen Elementen erfordert, wird relativ selten angewendet. Aus dem gleichen Grund, aber auch aufgrund der Analysendauer, werden gravimetrische und titrimetrische Methoden derzeit kaum eingesetzt.

1. Gravimetrische Methoden

Gravimetrische Methoden werden verwendet, um Strontium in den meisten Fällen nach seiner Trennung von anderen Erdalkalielementen zu bestimmen.

2. Titrimetrische Methoden

Die titrimetrische Bestimmung von Strontium kann erfolgen, nachdem es von allen oder den meisten störenden Elementen getrennt wurde. Die komplexometrische Methode hat die größte Verbreitung gefunden.

3. Spektralphotometrische Bestimmungsmethoden

Diese Methoden können in direkte und indirekte unterteilt werden. Direkte Verfahren beruhen auf der Bildung farbiger Verbindungen durch Einwirkung von Reagenzien auf Strontiumionen. Bei indirekten Verfahren fällt Strontium in Form einer schwerlöslichen Verbindung mit einem im Überschuss vorhandenen farbigen Reagenz aus, der Niederschlag wird abgetrennt und die Strontiumkonzentration in der Probe durch die Menge an ungebundenem Reagenz bestimmt.

Beispiele für direkte Bestimmungsmethoden:

Bestimmung von Strontium mit Nitroortanil C (Nitrochromazo) oder Ortanil C. Stört die Bestimmung von Barium, Blei (2), führt zu einer Farbreaktion mit dem Reagenz; Zirkonium, Titan, Thallium und einige andere Elemente führen zu einer starken Unterschätzung der Ergebnisse. Empfindlichkeit: 0,05 mcg/ml.

Bestimmung von Strontium mit Dimethylsulfanazo III und Dimethylsulfanazo

Die Elemente III-VI ihrer Gruppen sollten entfernt werden. Die Menge an Ammoniumsalzen und Alkalimetallen sollte nicht mehr als 10 mg betragen. Sulfate und Phosphate stören, wenn sie mehr als 0,03 mmol betragen. Viele Metalle stören die Bestimmung, einschließlich Ca und Mg, wenn ihr Gehalt in der Probe? 0,3 umol und Cu(II) 0,25 umol. Es gibt auch viele andere Einschränkungen.

Bestimmung von Strontium mit Carboxynitrase

Die Reaktion von Strontium mit Carboxynitrase ist eine der empfindlichsten. Mit dieser Reaktion werden 0,08–0,6 μg/ml bestimmt.

Indirekte Methoden zur Bestimmung von Strontium

Aufgrund ihrer geringen Selektivität werden indirekte Methoden derzeit nicht verwendet, daher werden nur die folgenden erwähnt: 8-Oxychinolin-Methode; Verfahren unter Verwendung von Picrolonsäure; Bestimmung von Strontium mit Chromat.

4. Elektrochemische Methoden

Polarographische Methode

Bariumionen stören die Bestimmung von Strontium (dies kann jedoch durch die Wahl eines geeigneten Hintergrunds, nämlich (C2H5) 4NBr in absolutem Ethanol, eliminiert werden). Bei etwa gleichen Konzentrationen von Mg und Ca ist die Bestimmung von Sr nicht möglich. Es ist notwendig, Ba, Ca, Na, K zuerst abzutrennen, wenn ihre Konzentrationen die Konzentration von Sr deutlich überschreiten.

Differentielle polarographische Methode

Es ermöglicht die Bestimmung kleiner Strontiummengen in Gegenwart großer Mengen Na und K. Empfindlichkeit - 0,0001 mol Sr / mol Salz.

Inversionspolarographie

Ermöglicht die Bestimmung von Strontium in sehr niedrigen Konzentrationen (10-5 - 10-9 M), wenn es zunächst in einem Quecksilbertropfen durch Elektrolyse konzentriert und dann einer anodischen Auflösung unterzogen wird. Es wird die Oszilloskop-Technik verwendet. Der durchschnittliche Fehler beträgt 3-5%.

Konduktometrische Methode

Die Bestimmungen erfolgen nach der Vortrennung der Elementgruppe Li, K, Na, Ca und Ba, die in den löslichen Salzen der Baustoffe enthalten sind.

5. Spektrale Methoden

Spektrografische (Funke und Lichtbogen) Methode

Die intensivsten Sr-Linien liegen im sichtbaren Bereich des Spektrums: 4607,33; 4077.71 und 4215.52 A, wobei letztere 2 im Bereich der Cyanbänder liegen. Daher sind diese Linien für die Analyse eines Lichtbogens mit Kohleelektroden weniger geeignet. Die Linie 4607.33 A zeichnet sich durch eine starke Eigenabsorption aus, daher wird empfohlen, sie bei der Bestimmung von nur geringen Sr-Konzentrationen (unter 0,1 %) zu verwenden. Bei hohen Konzentrationen werden die Sr-Linien 4811,88 und 4832,08 ? sowie 3464,46 A verwendet Hintergrund. Puffermischungen werden verwendet, um die Brenntemperatur des Lichtbogens zu stabilisieren, den Einfluss von Ca, Mg, Na zu eliminieren und eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung von Sr zu erreichen. Zur Eliminierung der Cyanidbanden wird die Sr-Bestimmung in Argon durchgeführt oder die Proben in Fluorverbindungen überführt. Die Empfindlichkeit der Sr-Bestimmung im Lichtbogen beträgt 5*10-5 - 1*10-4%, relativer Fehler Bestimmung von ±4-15% Die Verwendung einer gepulsten Bogenentladung mit hohem Strom in Argon kann die Empfindlichkeit der Bestimmung von Sr (3 * 10-12 g) erheblich erhöhen. Die Empfindlichkeit der Bestimmung von Sr in einem Funken beträgt (1-5) * 10-4 %. Bestimmungsfehler ±4-6%. Um die Genauigkeit und absolute Empfindlichkeit der Analyse zu erhöhen sowie den Einfluss von Störlinien von Fremdelementen zu eliminieren, wird vorgeschlagen, ein mit einem Spektrographen gekreuztes Interferometer zu verwenden.

Flammenemissionsphotometrie

Aufgrund ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit findet die flammenphotometrische Methode zur Bestimmung von Strontium breite Anwendung, insbesondere bei der Analyse von Gesteinen und Mineralien, Natur- und Abwasser, biologischen und anderen Materialien. Es eignet sich zur Bestimmung sowohl kleiner als auch großer Gehalte des Elements mit ausreichend hoher Genauigkeit (1-2 rel.%) und Empfindlichkeit, wobei die Bestimmung von Strontium in den meisten Fällen ohne Trennung von anderen Elementen durchgeführt werden kann. Die höchste Empfindlichkeit wird bei der Verwendung von Geräten mit automatischer Spektrenaufzeichnung und Hochtemperaturflammen erreicht. Die höchste Empfindlichkeit wird mit RF-Plasma 0,00002 µg Sr/mL erreicht.

Bei der Impulsverdampfungsmethode liegt die absolute Nachweisgrenze von Sr bei 1*10-13-2*10-12 g (Acetylen-Lachgas-Mischflamme). Bei ausreichend großen Probenmengen (~10 mg) sinkt die relative Grenze des ermittelten Strontiumgehalts auf 1*10-7 %, beim Einbringen der Probenlösung in die Flamme mit Hilfe eines Zerstäubers ist sie gleich bis 3*10-5%.

Atomabsorptionsspektrophotometrie

Sr wird durch Messung der Lichtabsorption durch seine Atome bestimmt. Die am häufigsten verwendete Linie ist Strontium 460,7 nm, mit einer geringeren Empfindlichkeit kann Strontium aus den Linien 242,8 bestimmt werden; 256,9; 293,2; 689,3 Nanometer. Bei Verwendung von Hochtemperaturflammen kann Strontium auch aus der Ionenlinie 407,8 bestimmt werden (Ionenabsorptionsspektroskopie) Bei dieser Analysemethode gibt es zwei Arten von Interferenzen. Die erste Art von Störungen ist mit der Bildung nichtflüchtiger Verbindungen verbunden und manifestiert sich in der Flamme eines Acetylen-Luft-Gemischs. Am häufigsten wird der Einfluss von Al-, Ti-, Zr-Kationen und anderen PO4- und SiO3-Anionen beobachtet.Eine andere Art von Interferenz ist auf die Ionisation von Strontiumatomen zurückzuführen,beispielsweise aufgrund des Einflusses von Ca und Ba, einer Erhöhung der atomaren Absorption durch die Anwesenheit von Na und K usw. Nachweisempfindlichkeit von Strontium 1 *10-4-4*10-12 g.

6. Aktivierungsmethode

Die Methode zur Aktivitätsbestimmung von 87mSr hat die größte Verbreitung gefunden. In den meisten Fällen erfolgt die Bestimmung durch Aktivitätsmessung nach radiochemischer Abtrennung von Sr, die mit Fällungs-, Extraktions- und Ionenaustauschverfahren durchgeführt wird.

Die Verwendung eines hochauflösenden r-Spektrometers ermöglicht es, die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen und die Anzahl der Trennoperationen zu reduzieren, da es möglich ist, Sr in Gegenwart mehrerer Fremdelemente zu bestimmen. Die Nachweisempfindlichkeit von Strontium beträgt etwa 6*10-5 g/g.

7. Massenspektrometrische Methode

Die Massenspektroskopie dient zur Bestimmung der Isotopenzusammensetzung von Strontium, deren Kenntnis bei der Berechnung des geologischen Alters von Proben nach der Rubidium-Strontium-Methode und bei der Bestimmung von Strontiumspuren in verschiedenen Objekten nach der Isotopenverdünnungsmethode erforderlich ist. Die absolute Grenzempfindlichkeit der Bestimmung von Sr durch das Vakuum-Funken-Massenspektralverfahren beträgt 9*10-11.

8. Röntgenfluoreszenzverfahren

Die Röntgenfluoreszenzmethode zur Bestimmung von Strontium hat in letzter Zeit zunehmend Anwendung gefunden. Sein Vorteil ist die Möglichkeit, die Analyse durchzuführen, ohne die Probe zu zerstören, und die Geschwindigkeit der Ausführung (die Analyse dauert 2–5 Minuten). Das Verfahren eliminiert den Einfluss der Base, seine Reproduzierbarkeit beträgt ± 2--5%. Die Empfindlichkeit der Methode (1-1SG4 -- 1-10~3 % Sr) ist für die meisten Zwecke ausreichend.

Die XRF-Methode basiert auf der Sammlung und anschließenden Analyse des Spektrums, das erhalten wird, indem das untersuchte Material Röntgenstrahlen ausgesetzt wird. Bei Bestrahlung geht das Atom in einen angeregten Zustand über, begleitet von einer Ionisierung auf einem bestimmten Niveau. Ein Atom verweilt für eine extrem kurze Zeit in einem angeregten Zustand, etwa 1 10-7 Sekunden, danach kehrt es in eine Ruhelage (Grundzustand) zurück. Dabei füllen Elektronen aus den äußeren Schalen entweder die entstandenen Leerstellen auf und die überschüssige Energie wird in Form eines Photons abgegeben, oder die Energie wird auf ein anderes Elektron aus den äußeren Schalen (Auger-Elektron) übertragen. Dabei sendet jedes Atom ein Photoelektron mit einer Energie eines genau definierten Wertes aus. Dann wird die Struktur der Materie jeweils anhand der Energie und der Anzahl der Quanten beurteilt (Orlov, 2002; Poluektov, 1978).

7. Auswahl des Indikatortyps. Bevölkerungsmerkmale zur Beurteilung des Zustands der Bevölkerung unter Strontiumeinfluss

Bioindikation (Bioindikation) ist die Erfassung und Bestimmung umweltrelevanter natürlicher und anthropogener Belastungen anhand der Reaktionen lebender Organismen auf diese direkt in ihrem Lebensraum. Lebende Objekte (oder Systeme) sind Zellen, Organismen, Populationen, Gemeinschaften. Sie können verwendet werden, um sowohl abiotische Faktoren (Temperatur, Feuchtigkeit, Säuregehalt, Salzgehalt, Schadstoffgehalt usw.) als auch biotische Faktoren (Wohlbefinden von Organismen, ihren Populationen und Gemeinschaften) zu bewerten.

Es gibt verschiedene Formen der Bioindikation. Wenn zwei identische Reaktionen durch unterschiedliche anthropogene Faktoren verursacht werden, handelt es sich um eine unspezifische Bioindikation. Wenn bestimmte Veränderungen mit dem Einfluss eines Faktors in Verbindung gebracht werden können, wird diese Art der Bioindikation als spezifisch bezeichnet.

Die Verwendung biologischer Methoden zur Bewertung der Umwelt impliziert die Identifizierung von Tier- oder Pflanzenarten, die für die eine oder andere Art von Einwirkung empfindlich sind. Als Bioindikatoren werden Organismen oder Organismengemeinschaften bezeichnet, deren Lebensfunktionen so eng mit bestimmten Umweltfaktoren korrelieren, dass sie zu deren Bewertung herangezogen werden können.

Arten von Bioindikatoren:

1. Sensibel. Reagiert schnell mit einer signifikanten Abweichung der Indikatoren von der Norm. Beispielsweise können Abweichungen im Verhalten von Tieren, in den physiologischen Reaktionen von Zellen fast unmittelbar nach dem Einsetzen des Störfaktors festgestellt werden.

2. Kumulativ. Akkumuliert Effekte, ohne Störungen zu manifestieren. Zum Beispiel wird ein Wald in den Anfangsstadien seiner Verschmutzung oder Trampling in Bezug auf seine Hauptmerkmale (Artenzusammensetzung, Vielfalt, Häufigkeit usw.) gleich sein. Erst nach einer Weile beginnen sie zu verschwinden. seltene Spezies, es wird eine Änderung der vorherrschenden Formen geben, die Gesamtzahl der Organismen wird sich ändern usw. Daher wird die Waldgesellschaft als Bioindikator Umweltstörungen nicht sofort erkennen.

Ein idealer biologischer Indikator muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen:

für gegebene Bedingungen charakteristisch sein, in einem gegebenen Ökotop häufig vorkommen;

Mehrere Jahre an diesem Ort leben, was es ermöglicht, die Dynamik der Verschmutzung zu verfolgen;

Unter Bedingungen sein, die für die Probenahme geeignet sind;

gekennzeichnet sein durch eine positive Korrelation zwischen der Schadstoffkonzentration im Indikatororganismus und dem Untersuchungsobjekt;

Besitzen eine hohe Toleranz gegenüber einer Vielzahl von toxischen Substanzen;

Die Reaktion eines Bioindikators auf eine bestimmte physikalische oder chemische Wirkung sollte klar zum Ausdruck kommen, das heißt spezifisch, visuell oder mit Hilfe von Instrumenten leicht zu erfassen sein;

Der Bioindikator sollte unter den natürlichen Bedingungen seiner Existenz verwendet werden;

Der Bioindikator sollte eine kurze Ontogenesezeit haben, um den Einfluss des Faktors auf nachfolgende Generationen nachvollziehen zu können.

Um eine radioaktive Kontamination von Böden bioindizieren zu können, eignen sich am besten sesshafte Bodenbewohner mit langer Entwicklungszeit (Regenwürmer, Tausendfüßler, Käferlarven).

Von großer Bedeutung für die Anzeige selbst relativ geringer Bodenkontaminationen mit Radionukliden ist die Untersuchung von Veränderungen charakteristischer morphologischer Merkmale bei Bodenarthropodenarten. Solche Störungen werden häufiger durch Genmutationen verursacht, die durch Strahlenbelastung verursacht werden. In den nicht kontaminierten Teilen des Verbreitungsgebiets ändern sich diese Merkmale bei diesen Arten nur unwesentlich. Zu den bemerkenswertesten Abweichungen unter verschmutzten Bedingungen gehören Änderungen in der Verteilung der Setae auf dem Körper von Springschwänzen, Benthen, Zweischwänzen, Borstenschwänzen und Tausendfüßlern.

Ein guter Indikator für Gewässerbelastungen durch Radionuklide sind Seeteich-Muscheln und Daphnien-Krebstiere, die als Testobjekte für diese Belastungsart empfohlen werden können. Die Reaktion von Mollusken auf einen erhöhten Gehalt an Radionukliden im Reservoir äußerte sich in einer Veränderung der Körper- und Schalenfarbe, morphometrischen Parametern, einer Hemmung des generativen und plastischen Stoffwechsels und einer Verletzung der Reaktion von Embryonen auf die klimatischen Bedingungen von die Saison. Bei Daphnien in verschmutzten Stauseen wurden der Tod einiger Individuen in der Bevölkerung, eine Zunahme der Fruchtbarkeit und der Körpergröße beobachtet.

Auch in aquatischen Ökosystemen sind Wasserpflanzen ein zuverlässiger Bioindikator für die Strahlensituation. Insbesondere die kanadische Elodea oder Wasserpest, die sich gut in Süß- und Brackwasser entwickelt, akkumuliert intensiv die Radionuklide 90Sr, 137Cs, die durch die standardmäßige Strahlungsüberwachung von Gewässern nicht erfasst werden. Dieser Typ kann in großem Umfang in Absetzbecken für die Abwasserbehandlung von Radionukliden verwendet werden.

Gute Indikatoren für die Akkumulation von Radionukliden, insbesondere 90Sr, in terrestrischen Ökosystemen sind Torfmoose, Kiefern- und Fichtennadeln, Dioica-Brennnessel, Huflattich, Gemeiner Wermut, Rosa Klee, Kriechklee, Lieschgraswiese, Labkraut, Mauserbse, Vogelmiere Maiglöckchen, Flussgravilat, Knaulgras, Quecke usw. Da diese Pflanzen Radionuklide anreichern, nimmt der Gehalt an Mangan in ihrer Asche um das 3- bis 10-fache ab (Turovtsev, 2004).

8. Toxikologische Methoden zur Bewertung der Auswirkungen der vorliegenden Strontiumdosis auf Biota-Bestandteile

Biotesting ist eine der Forschungsmethoden im biologischen Monitoring, mit der der Grad der schädigenden Wirkung bestimmt wird. Chemikalien potenziell gefährlich für lebende Organismen unter kontrollierten experimentellen Labor- oder Feldbedingungen durch Registrierung von Änderungen biologisch signifikanter Indikatoren (Testfunktionen) der untersuchten Testobjekte, gefolgt von einer Bewertung ihres Zustands gemäß dem ausgewählten Toxizitätskriterium.

Der Zweck von Biotests besteht darin, den Grad und die Art der Toxizität von Wasser, das mit biologisch gefährlichen Stoffen kontaminiert ist, für Hydrobionten zu ermitteln und die mögliche Gefahr dieses Wassers für Wasser- und andere Organismen abzuschätzen.

Als Objekte für Biotests werden verschiedene Testorganismen verwendet - experimentelle biologische Objekte, die bestimmten Dosen oder Konzentrationen von Giften ausgesetzt werden, die bei ihnen die eine oder andere toxische Wirkung hervorrufen, die im Experiment erfasst und bewertet wird. Dies können Bakterien, Algen, Wirbellose und auch Wirbeltiere sein.

Für einen garantierten Nachweis des Vorhandenseins eines toxischen Stoffs unbekannter chemischer Zusammensetzung sollte eine Reihe von Objekten verwendet werden, die verschiedene Gruppen von Gemeinschaften repräsentieren, deren Zustand anhand von Parametern bewertet wird, die sich auf unterschiedliche Integritätsgrade beziehen.

Unter einem Biotest versteht man eine Beurteilung (Prüfung) der Einwirkung eines Stoffes oder eines Stoffkomplexes auf lebende Organismen unter genau definierten Bedingungen durch Registrierung von Veränderungen des einen oder anderen biologischen (oder physiologisch-biochemischen) Indikators des Untersuchungsobjekts im Vergleich dazu die Kontrolle. Die Hauptanforderung an Biotests ist Empfindlichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit, eine klare Reaktion auf äußere Einflüsse. Es gibt akute und chronische Biotests. Erstere dienen dazu, ausdrückliche Informationen über die Toxizität der Testsubstanz für einen bestimmten Testorganismus zu erhalten, letztere, um die Langzeitwirkung von Giftstoffen, insbesondere niedrigen und ultraniedrigen Konzentrationen, zu identifizieren (Turovtsev, 2004).

Eigene Erfahrung

Thema: Bestimmung des ökologischen Zustands des Territoriums für den Gehalt an Strontium

Zweck: Identifizierung ungünstiger Gebiete der Untersuchungsregion und Differenzierung von Einschätzungen zu deren Kontamination mit Strontium

Methodik: Die Methode wird durch Biotests durchgeführt und umfasst die Probenahme von Bioindikatoren, deren Trocknung auf ein konstantes Gewicht, die Isolierung der Durchschnittsprobe, die Bestimmung des Gesamtgehalts an Strontium darin, den Vergleich der erhaltenen Werte mit den festgelegten Daten, darüber hinaus die ökologischen Status des Territoriums wird bestimmt, während als Bioindikatoren Stecklinge von Wildpflanzen der Wiesensteppenvegetation oder Monokulturen einjähriger und mehrjähriger landwirtschaftlicher Pflanzen verwendet werden, die Probenahme während der Blütephänophase durch vollständiges Mähen der Vegetation von 1 m 2 erfolgt Letzteres in einer Menge von 1 Probe pro 1000-5000 ha für das Gebiet einer großen Region und für lokale Agrozönose in einer Menge von 1 Probe pro 100 ha, während die Isolierung von Strontium aus der Durchschnittsprobe mit konzentriertem Stickstoff durchgeführt wird Säure, gefolgt von ihrer Bestimmung im Extrakt durch Atomadsorption, und der Vergleich der erhaltenen Werte mit dem Hintergrundgehalt von Strontium in lufttrockenem Zustand oh Masse von mittelgroßen Stecklingen wilder Vegetation. Zum Vergleich der erhaltenen Daten werden die Werte des Hintergrundgehalts von Strontium in der Lufttrockenmasse von durchschnittlichen Schnitten wilder Vegetation im Bereich von 20 bis 500 mg/kg verwendet.

Arbeitsfortschritt: Für den Biotest des Vargashinsky-Distrikts der Region Kurgan mit einer Fläche von 10.000 Hektar wählen wir 10 Proben mittlerer Schnitte wilder Arten der Wiesensteppenvegetation aus. Dazu wählen wir während der Phänophase der Vegetationsblüte 10 Probenahmestellen gleichmäßig über das Gebiet des Bezirks aus. Wir legen der Vegetation einen Rahmen von 1 x 1 m auf und fixieren den Standort je nach Dichte der Kräuter, aber so, dass das Volumen der Pflanzenmasse von jedem Standort mindestens 1 kg beträgt. Der Bodenteil der Grasdecke innerhalb des Rahmens wird mit einem Messer oder einem anderen geeigneten Werkzeug vollständig abgeschnitten. Die Schnitthöhe der Pflanzen beträgt mindestens 3 cm von der Bodenoberfläche. Pflanzenproben werden in einem Ofen 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 105°C bis zu einem lufttrockenen Zustand getrocknet, dann in einem Exsikkator gekühlt und gewogen. Wiederholen Sie das Trocknen für 1 Stunde und das anschließende Wiegen, bis ein konstantes Gewicht erreicht ist (die Gewichtsdifferenz bei zwei aufeinanderfolgenden Wägungen sollte nicht mehr als 0,1 % des ursprünglichen Probengewichts betragen). Die getrocknete Probe wird vorzerkleinert und durch Vierteln wird eine durchschnittliche Probe mit einem Gewicht von mindestens 200 g entnommen Strontium wird wie folgt isoliert. Aus einer getrockneten geviertelten Probe entnehmen wir eine Einwaage von 1 g und mahlen diese in einer IKA All basic Labormühle bei einer Drehzahl von 25.000 U/min auf eine Korngröße von 0,001–0,1 mm. Aus der zerkleinerten Masse auf einer Analysenwaage entnehmen wir eine Probe von 100 mg, die in ein konisches 50-ml-Polyethylen-Reagenzglas (Rustech-Typ) gegeben und mit 1 ml konzentrierter Salpetersäure gefüllt wird. In dieser Form wird die analysierte Probe mindestens 1 Stunde aufbewahrt. Dann wird das Volumen mit destilliertem Wasser auf 50 ml gebracht; der Niederschlag wird abfiltriert und der Extrakt auf den Gehalt an grobem Strontium nach der Methode der Atomadsorption auf einem Atomspektrophotometer "AAS Kvant Z.ETA" analysiert. Bei 10 analysierten Proben werden die Messergebnisse gemittelt.

Nach den Ergebnissen der Studie kann gesagt werden, dass die Hauptquellen für Strontium (hauptsächlich sein Oxid) Industrieabwässer aus verschiedenen Industrien, in der landwirtschaftlichen Produktion - Phosphor und phosphorhaltige Düngemittel und Verbesserungsmittel sind. natürliche Quelle ist der Prozess der Verwitterung von Gesteinen und Mineralien.

Verteilung, Verhalten und Konzentration des Giftstoffes in natürliche Umgebungen hängt vom Relief (der Neigung des Gebiets im Bereich des Industriegebiets, der Kompatibilität des Substrats für den Abbau usw.), den klimatischen Bedingungen (dem Temperaturregime von Luft und Boden, der Niederschlagsmenge pro Flächeneinheit) ab , Windgeschwindigkeit), der physikalisch-chemische, biologische und ernährungsphysiologische Zustand der Böden (Anwesenheit und Verhältnis von Mikroorganismen und Pilzen, Redox- und Säure-Basen-Bedingungen, Anwesenheit mineralischer Nahrungselemente usw.) sowie die Eintragswege (bei konstanten und temporären Wasserflüssen, bei Niederschlägen aus der Atmosphäre, Verdunstung von mineralisiertem Grundwasser) und anderen Faktoren.

Als Element der aktiven Bioabsorption und Akkumulation sowie als Analogon von Calcium dringt Strontium leicht in Nahrungsketten aus dem Boden in Pflanzen und Tiere ein und reichert sich in bestimmten Organen und Geweben an. In Pflanzen - in mechanischen Geweben vegetativer Organe, in Tieren - in Knochengewebe, Nieren und Leber. Aber je nachdem biologische Merkmale Organismus und den Eigenschaften der Umwelt wird das Element in unterschiedlichen Mengen angereichert und mit unterschiedlichen Raten ausgeschieden.

Strontium hemmt die Entwicklung von Mikroorganismen, bringt die meisten von ihnen in die Resistenzzone, stört das Wachstum und die Lebenstätigkeit von Pilzen, Wirbellosen und Krebstieren. Das Radionuklid Strontium verursacht Mutationen auf genetischer Ebene, die sich anschließend in morphologischen Veränderungen manifestieren.

Der Giftstoff hat eine hohe Migrationsfähigkeit, insbesondere in einem flüssigen Medium (Reservoire, Bodenlösung, leitfähiges Pflanzengewebe, Galle und Kreislaufsystem von Mensch und Tier). Unter bestimmten bodenökologischen Bedingungen fällt es aber aus und reichert sich an.

Strontium hemmt den Eintrag von Calcium und teilweise Phosphor in lebende Organismen. Gleichzeitig sind die Struktur von Membranen und des Bewegungsapparates, die Zusammensetzung von Blut, Gehirnflüssigkeit usw.

Bei der Untersuchung der analytischen Methoden zur Bestimmung des Giftstoffes in Proben können wir feststellen, dass viele Methoden mit der Röntgenfluoreszenzanalyse konkurrieren können und diese sogar in der Empfindlichkeit übertreffen, aber auch einige Nachteile haben. Zum Beispiel: die Notwendigkeit einer Vortrennung, die Ausfällung des zu bestimmenden Elements, der störende Einfluss von Fremdelementen, der signifikante Einfluss der Matrixzusammensetzung, die Überlagerung von Spektrallinien, lange Probenvorbereitung und schlechte Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, die hoch sind Kosten der Ausrüstung und ihres Betriebs.

Ebenfalls biologische Methoden Tests sind eine Gruppe von hochempfindlichen Analysemethoden und zeichnen sich durch ihre Einfachheit, Vergleichbarkeit mit Laborbedingungen, geringen Kosten und Vielseitigkeit aus.

Bietet an

Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung sollten in radioaktiv verseuchten Gebieten auf Folgendes abzielen:

Reduzierung des Gehalts an Radionukliden in pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln mit Hilfe von Agrorekultivierung und veterinärmedizinischen Maßnahmen. Bei mit Strontiumsorbentien (Bariumsulfat, Bentonit und darauf basierenden modifizierten Präparaten) behandelten Tieren konnte während des Unfalls von Tschernobyl mit diesen Maßnahmen eine 3-5-fache Verringerung der Ablagerung von Radionukliden im Knochengewebe erreicht werden Tiere;

Zur technologischen Verarbeitung kontaminierter Rohstoffe;

Für die kulinarische Verarbeitung von Lebensmitteln das Ersetzen kontaminierter Lebensmittel durch saubere.

Bei der Arbeit mit radioaktivem Strontium müssen die Hygienevorschriften und radioaktiven Sicherheitsstandards unter Verwendung besonderer Schutzmaßnahmen gemäß der Arbeitsklasse eingehalten werden.

Bei der Prävention der Expositionsfolgen sollte der Erhöhung der Widerstandskraft des Körpers der Opfer viel Aufmerksamkeit geschenkt werden (rationelle Ernährung, gesunder Lebensstil Leben, Sport usw.).

Die Untersuchung und Regulierung des Eintrags und der Anreicherung von Strontium in den Elementen von Ökosystemen ist ein Komplex komplexer arbeitsintensiver und energieaufwändiger Maßnahmen der Labor- und Feldforschung. Daher ist der beste Weg, den Eintrag eines Giftstoffs in Landschaften und Organismen zu verhindern, die Überwachung im Bereich umweltgefährdender Objekte - Verschmutzungsquellen.

Verzeichnis der verwendeten Literatur

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3. Kabata-Pendias A., Pendias X. Spurenelemente in Böden und Pflanzen: Per. aus dem Englischen. - M.: Mir, 1989. - 439 S.: mit Abb.

4. Orlov D.S., Ökologie und Schutz der Biosphäre bei chemischer Verschmutzung: Lehrbuch für chemische, chemisch-technologische. und biol. Spezialist. Universitäten / D.S. Orlow, L. K. Sadovnikova, I.N. Lozanovskaya.- M.: Höher. Schule, - 2002. - 334 S.: mit Abb.

5. Poluektov N.S., Mishchenko V.T., Analytical chemistry of strontium: Lehrbuch. - M.: Nauka, 1978.- 223 S.

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