Стронций в чистом виде. Стронций - характеристика свойств с фото, его биологическая роль в организме человека, лечение препаратами на основе химического элемента

Номер атома 38 с массой 87,62. В природе встречается в стабильном состоянии в виде 4-х изотопов: 84, 86, 87, 88. Самый распространенный в природе 88. В связи с распадом природного рубидия 87 точное количество стронция с течением времени меняется. Человеком были получены радиоактивные атомы с номерами 80-97.

Причем из урана получен самый часто применяемый изотоп – Стронций 90 . История открытия элемента уходит в далекие 90-е годы восемнадцатого века. Еще в 1787 году стронций был впервые выделен из минерала стронцианита близ деревни Стронциана в Шотландии.

Первые изучения провели ученые-химики Адер Кроуфорд и Мартин Генрих Клапот. В России исследования стронциановой земли проводил Тобиаш Ловиц. Отличительной характеристикой стало горение ярко-красным пламенем.

Описание и свойства стронция

Стронций формула – Sr. Представляет собой полиморфный металл белой окраски с серебристым отливом. В связи с быстрой реакцией в чистом виде с кислородом воздуха приобретает оксидную пленку с желтым оттенком. Стронций металл очень мягкий и легко поддается ковке.

Представлен в трех модификациях: кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка – до 231 °С, гексагональная – от 231 до 623 °С, кубическая объемоцентрированная – при температуре выше 623 °С. Атом стронция имеет строение внешней электронной оболочки 5s2. В реакциях окисляется и принимает форму +2, иногда + 1. Строение атома стронция : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2

Основные физические показатели:

Атомный объем – 34 см 3 /г×атом;

Радиус атома – 2,15 А;

Плотность – 2,63 г/см 3 при 20 °С;

Тпл. = 770 °С;

Ткип. = 1380 °С;

Уд. тепл-сть 0,176 кал/г×град при 20 °С;

Давление пара 10-3 мм ртутного столба при 462 °С, 1 мм ртутного столба 733 °С и 100 мм ртутного столба при 1092 °С;

Поверхностное натяжение 165 дин/см;

Твердость по Бринеллю 13 кГ/мм2;

Химическая характеристика стронция . По реакционной способности стронций близок к своим братьям о группе барию и кальцию. При обычных условиях быстро взаимодействует с кислородом атмосферного воздуха. Образуется оксид стронция SrO и SrO 2 с желтоватым оттенком.

Как и все щелочноземельные металлы реагирует с водой – образуется гидроксид стронция . Очень активно проходит взаимодействие с галогенами — образуются галогениды. Порошкообразная форма металла очень быстро воспламеняется даже при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Особо важными при этом являются йодид и хлорид стронция . При нагревании активно соединяется с углекислым газом, образуется карбонат и гидрокарбонат. В газовой фазе при добавлении водорода образуется гидрид SrH 2 . Наиболее распространены также следующие соединения: карбид – соединения на основе углерода (SrC 2), амид – с аммиаком в газообразном состоянии (Sr(NH 2) 2), сульфид – с серой (SrS), селенид – с селеном (SrSe) и некоторые другие.

Стронций в расплавленном состоянии легко смешивается с такими металлами, как алюминий, железо, барий, и другие. Происходит гомогенезация расплава с получением интерметаллидов. Стронций легко реагирует с разбавленными кислотами. Огромное количество разнообразных солей получается в реакциях с органическими и минеральными кислотами.

Однако проявляя высокую реакционную способность со слабыми кислотами, с концентрированными, напротив, активности не проявляет. Поэтому сульфаты, нитраты, нитриты и другие соли стронция получают в реакции с разбавленными кислотами. Основная масса солей окрашены в белый цвет с различной степенью растворимости в воде (на основе минеральных кислот, как правило, растворяются лучше).

Характеристика стронция как радиоактивного элемента. Радиоактивный изотоп получают в ядерных реакторах в течение β — -распада рубидия 90, после чего стронций проходит стадию β — -распада с получением нуклида иттрия 90. Период полураспада стронция равен 28,79 лет.

Месторождения и добыча стронция

Стронций широко распространен в природе. Элемент в виде руд залегает в земной коре. В мировом океане находится более 24% общего запаса элемента. Природные запасы существует только в связанном состоянии и представляют собой минералы, общее количество которых насчитывает не менее 40. В земле стран СНГ, Западной Европы, Северной Америке, преимущественно в Канаде, найдены самые большие залежи руды: стронцианита — стронция карбонат и — стронция сульфат .

Промышленные способы получения металла основаны на обработке минеральных руд различными соединениями. После чего осуществляют термическое разложение соединений, либо электролитическое воздействие. Однако в результате подобных реакций образуется порошкообразная форма металла, которая очень легко воспламеняется, либо выход элемента очень низок и получают с примесями. Поэтому в настоящее время вышеописанные методы не используются.

Наиболее популярным остается восстановление оксида стронция с добавлением металлического алюминия и кремневого песка. Реакция проходит в вакуумной трубке, выполненной из стали при очень высоких температурах выше 1 000 °С. Очистку элемента осуществляют перегонкой также под вакуумом. Для атомной энергетики чрезвычайно важно получение радиоактивных изотопов.

Их получают в реакторах в течение полураспада Урана 235. Изотоп Sr 89 (полураспад стронция 50,5 суток) образуется после распада с выделением огромного количества энергии из стабильного изотопа. Стронций является незаменимой частью животного и растительного мира. Многие организмы накапливают элемент в себе совместно с кальцием и фосфором.

Применение стронция

В виде металла используют в качестве легирующего агента. Добавляет ковкость и пластичность. В смеси с барием и кальцием взрывоопасен. Является частью термитных смесей.

Использование соединений стронция:

SrO — часть оксидных катодов, пиротехнических смесей.

SrCO 3 — получают специальные покрытия – химическистабильные и термическистойкие глазури.

Sr(NO 3) 2 – компонент пиротехнических веществ для сигнальных ракет.

SrSO 4 – наполнитель для красок и резины.

SrCrO 4 — компонент лаков и грунтовок в авиастроении.

SrTiO 3 – материал производства диэлектрических антенн, проводников и датчиков.

SrF 2 — используют при производстве специализированных .

SrCl 2 – компонент пиротехнических составов, косметических средств и медицинских препаратов.

SrS используют в производстве добавок при изготовлении кожи.

90 Стронций 137 цезий используют как компонент радиоактивного топлива.

Самое полезное вещество на основе органических соединений — стронция ранелат — стимулятор роста костной ткани. Данным препаратом проводят лечение остеопороза.

Цена стронция

Металлический стронций чаще всего продают в виде соединений. Цены на соединения стронция варьируется в широких пределах: Нитрат – 3,8 USD, Хлорид – 500-800 рублей, Ранелат в виде препаратов от 1500 до 2500 рублей.

Стронций в организме человека: роль, источники, дефицит и избыток

Стронций (Sr) - химический элемент, занимающий в Периодической системе Д.И. Менделеева 38-е место. В простом виде при нормальных условиях представляет собой щелочноземельный серебристо-белый металл, очень пластичный, мягкий и ковкий (легко режется ножом). На воздухе очень быстро окисляется кислородом и влагой, покрываясь окисью желтого цвета. Химически очень активен.

Стронций был открыт ы 1787 году двумя химиками У. Крюйкшенком и А. Кроуфордом, впервые в чистом виде выделен Х. Дэви в 1808 году. Свое название получил благодаря шотландской деревне Строншиан, где в 1764 году был обнаружен не известный ранее минерал, также в честь деревни названный стронциатом.

Из-за высокой химической активности в чистом виде в природе стронций не встречается. В природе довольно распространен, входит в состав около 40 минералов, из которых самыми распространенными являются целестин (сульфат стронция) и стронцианит (карбонат стронция). Именно из этих минералов стронций добывают в промышленных масштабах. Самые крупные месторождения стронциевых руд обнаружены в США (Аризона и Калифорния), России и некоторых других странах.

Стронций и его соединения нашли широкое применение в радиоэлектронной промышленности, металлургии, пищевой промышленности и пиротехнике.

Стронцию очень часто в минералах сопутствует кальцию и он является довольно распространенным химическим элементом. Его массовая доля в земной коре около 0,014%, концентрация в морской воде около 8 мг/л.

Роль стронция в организме человека

Очень часто, когда говорят о влиянии стронция на организм человека, имеют негативный подтекст. Это весьма распространенное заблуждение связано с тем, что его радиоактивный изотоп 90 Sr действительно крайне опасен для здоровья. Он образуется при ядерных реакциях в реакторах и во время ядерных взрывов, а при попадании в организм человека откладывается в костном мозге и очень часто приводит к весьма трагическим последствиям, поскольку буквально блокирует кроветворение. Но обычный, нерадиоактивный, стронций в разумных дозах не только не опасен, а просто необходим человеческому организму. Стронций даже применяется в лечении остеопороза.

Вообще, стронций обнаруживается почти во всех живых организмах, как в растениях, так и в животных. Он является аналогом кальция и может легко его замещать в костной ткани без особых последствий для здоровья. Кстати, именно это химическое свойство стронция делает крайне опасным его упомянутый радиоактивный изотоп. Почти весь (99%) стронций откладывается в костной ткани, и менее 1% стронция задерживается в остальных тканях организма. Концентрация стронция в крови составляет около 0,02 мкг/мл, в лимфатических узлах 0,30 мкг/г, легких 0,2 мкг/г, яичниках 0,14 мкг/г, почках и печени 0,10 мкг/г.

У маленьких детей (в возрасте до 4-х лет) стронций накапливается в организме, поскольку в этот период активно формируется костная ткань. В организме взрослого человека содержится около 300-400 мг стронция, что довольно много по сравнению с другими микроэлементами.

Стронций предотвращает развитие остеопороза и кариеса зубов.

Синергистом и одновременно антагонистом стронция является кальций, который по своим химическим свойствам весьма близок к нему.

Источники стронция в организме человека

Точно суточная потребность человека в стронции не установлена, по некоторым из имеющихся сведений она составляет до 3-4 мг. Подсчитано, что в среднем в сутки человек с пищей потребляет 0,8-3,0 мг стронция.

Поступающий с пищей стронций усваивается только на 5-10%. Его всасывание происходит преимущественно в двенадцатиперстной и подвздошной кишках. Выводится стронций в основном через почки, значительно в меньшей степени с желчью. В кале обнаруживается только неабсорбированный стронций.

Улучшает усвоение стронция витамин D, лактоза, аминокислоты аргинин и лизин. В свою очередь растительный рацион с высоким содержанием клетчатки, а также сульфаты натрия и бария, уменьшают абсорбцию стронция в пищеварительном тракте.

Продукты питания, содержащие стронций:

• бобовые культуры (бобы, горох, фасоль, соя);
• зерновые (греча, овес, пшено, пшеница мягких и твердых сортов, дикий рис, рожь);
• растения, образующие клубни, а также корнеплоды (картофель, свекла , репа, морковь, имбирь);
• фрукты (абрикос , айва, ананас, виноград, груша, киви);
• зелень (сельдерей, укроп, руккола);
• орехи (арахис, бразильский орех, кешью, макадамия, фисташки, фундук);
• мясные продукты, в особенности кости и хрящи.

Нехватка стронция в организме человека

Сведения о дефиците стронция в организме человека в специальной литературе отсутствуют. Проведенные на животных эксперименты показывают, что недостаток стронция приводит к отсталости в развитии, угнетению роста, разрушению зубов (кариес), кальцификации костей и зубов.

Избыток стронция в организме человека

При избытке стронция может развиться заболевание, которое в народе называется как "уровская болезнь", а на медицинском языке - "стронциевый рахит" или болезнь Кашина-Бека. Данное заболевание впервые было выявлено среди населения, которое проживало в бассейне р. Урал и в Восточной Сибири. Житель г. Нерченска И.М. Юренский в 1849 году в журнале "Труды вольного экономического общества" написал статью "Об уродливости жителей берегов Урова в Восточной Сибири".

Долгое время лекари не могли объяснить природу этого эндемического заболевания. Проведенные позже исследования объяснили природу данного феномена. Оказалось, что это заболевание возникает из-за того, что ионы стронция при поступлении в организм в избыточном количестве вытесняют из костей существенную долю кальция, что приводит к дефициту последнего. В результате страдает весь организм, но наиболее типичным проявлением данного заболевания оказывается развитие дистрофических изменений костей и суставов, в особенности в период интенсивного роста (у детей). Помимо этого нарушается фосфорно-кальциевое соотношение в крови, развивается дисбактериоз кишечника, фиброз легких.

Чтобы вывести избыток стронция из организма, используют пищевые волокна, соединения магния и кальция, сульфаты натрия и бария.

Однако особую опасность представляет упоминавшийся выше радиоактивный стронций-90. Накапливаясь в костях он не только поражает костный мозг, препятствуя выполнению организмом кроветворной функции, но и вызывает лучевую болезнь, поражает мозг и печень, в тысячи раз увеличивает риск развития онкологических заболеваний, в особенности рака крови.

Усугубляет ситуацию еще то обстоятельство, что стронций-90 имеет среднедлительный период полураспада (28,9 лет) - как раз средняя продолжительность генерации людей. Поэтому при радиоактивном заражении местности ждать его быстрой дезактивации не приходится, но в то же время его радиоактивность очень высока. Другие радиоактивные элементы распадаются либо очень быстро, например многие изотопы йода имеют период полураспада, исчисляемый часами и сутками, либо очень медленно, поэтому имеют низкую лучевую активность. Ни того, ни другого не сказать о стронции-90.

Но и это еще не все. Дело в том, что стронций-90 при попадании в почву вытесняет кальций и в последующем усваивается растениями, животными и, по пищевой цепи, доходит до человека со всеми вытекающими из этого последствиями. Особенно "богаты" стронцием оказываются корнеплоды и зеленые части растений. В итоге зараженные радиоактивным стронцием сельскохозяйственные угодья могут быть выведены из оборота на сотни лет.

Стронций

СТРО́НЦИЙ -я; м. [лат. strontium] Химический элемент (Sr), лёгкий серебристо-белый металл, радиоактивные изотопы которого применяются в ядерных испытаниях и в технике.

◁ Стро́нциевый, -ая, -ое.

(лат. Strontium), химический элемент II группы периодической системы, относится к щёлочноземельным металлам. Назван по минералу стронцианиту, найденному около деревни Строншиан (Strontian) в Шотландии. Серебристо-белый металл; плотность 2,63 г/см 3 , t пл 768°C. Химически очень активен, поэтому сам металл применяют мало (при выплавке меди и бронз для их очистки, в электровакуумной технике как геттер), соли - в производстве красок, светящихся составов, глазурей и эмалей. SrTiO 3 - сегнетоэлектрик. При ядерных взрывах, в ядерных реакторах образуется радиоактивный изотоп 90 Sr (период полураспада 29,1 года), представляющий большую опасность для человека при попадании его в природную среду.

СТРО́НЦИЙ (лат. Strontium, от деревни Srtrontian в Шотландии, близ которой был найден), химический элемент с атомным номером 38, атомная масса 87,62. Химический символ Sr, читается «стронций». Расположен в 5 периоде в группе IIА периодической системы элементов. Щелочноземельный металл. Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 84 (0,56% по массе), 86 (9,86%), 87 (7,02%) и 88 (82,56%).
Конфигурация внешнего электронного слоя 5s 2 . Степень окисления +2 (валентность II). Радиус атома 0,215 нм, радиус иона Sr 2+ 0,132 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации 5,6941 и 11,0302 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,0.
Стронций - мягкий серебристо-белый сравнительно легкий металл.
История открытия
В 1764 в свинцовом руднике был обнаружен новый минерал - стронцианит. В 1890 англичанин А. Кроуфорд и, одновременно с ним, англичанин Т. Хоп, немецкий химик М. Клапрот (см. КЛАПРОТ Мартин Генрих) и российский академик Т. Е. Ловиц (см. ЛОВИЦ Товий Егорович) выделили из стронцианита оксид нового элемента. В 1808 амальгаму стронция получил английский химик Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) .
Распространенность в природе
Содержание в земной коре 0,034% по массе. В свободном виде не встречается. Важнейшие минералы: стронцианит (см. СТРОНЦИАНИТ) и целестин (см. ЦЕЛЕСТИН) SrSO 4 . Как примесь, содержится в минералах кальция, например, во фторапатите 3Са 3 (РО 4) 2 · СаF 2 .
Получение
Основной источник сырья при получении стронция и его соединений - целестин SrSO 4 - сначала восстанавливают углем при сильном нагревании:
SrSO 4 + 4С = SrS + 4СО
Затем сульфид стронция SrS соляной кислотой (см. СОЛЯНАЯ КИСЛОТА) переводят в SrCl 2 и обезвоживают его. Для получения Sr его хлорид восстанавливают магнием (см. МАГНИЙ) в атмосфере водорода:
SrCl 2 + Mg = MgCl 2 + Sr
Стронций получают также восстановлением SrO алюминием (см. АЛЮМИНИЙ) , кремнием (см. КРЕМНИЙ) или ферросилицием:
4SrO + 2Al = 3Sr + SrAl 2 O 4
Физические и химические свойства
Стронций - мягкий серебристо-белый металл, существующий в трех модификациях. До 231°C устойчива a-модификация с кубической гранецентрированной решеткой типа Cu, а = 0,6085 нм. При 231-623°C - b-модификация с гексагональной решеткой, при 623°C до температуры плавления (768°C) - g-модификация с кубической объемно центрированной решеткой. Температура кипения 1390°C, плотность 2,63 кг/дм 3 . Стронций ковкий, пластичный металл.
Стронций химически высокоактивен. Стандартный электродный потенциал Sr 2+ /Sr - 2,89 В.
При комнатной температуре на воздухе стронций покрывается пленкой из оксида SrO и пероксида SrO 2 . При нагревании на воздухе воспламеняется. Взаимодействуя с галогенами, (см. ГАЛОГЕНЫ) образует галогениды SrCl 2 и SrBr 2 . При нагревании до 300-400°C реагирует с водородом (см. ВОДОРОД) , образуя гидрид SrH 2 . Нагревая стронций в атмосфере CO 2 , получают:
5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO
Стронций активно реагирует с водой:
Sr + 2Н 2 О = Sr(ОН) 2 + Н 2
При нагревании стронций взаимодействует с азотом, серой, селеном и другими неметаллами с образованием нитрида Sr 3 N 2 , сульфида SrS, селенида SrSe и так далее.
Оксид стронция - основной, взаимодействует с водой, образуя гидроксид:
SrО + Н 2 О = Sr(ОН) 2
При взаимодействии с кислотными оксидами SrO образует соли:
SrО +СО 2 = SrСО 3
Ионы Sr 2+ бесцветны. Хлорид SrCl 2 , бромид SrBr 2 , иодид SrI 2 , нитрат Sr(NO 3) 2 хорошо растворимы в воде и окрашивают пламя в карминово-красный цвет. Нерастворимы карбонат SrCO 3 , сульфат SrSO 4 , средний ортофосфат Sr 3 (PO 4) 2 .
Применение
Стронций используется, как легирующая добавка к сплавам на основе магния, алюминия, свинца, никеля и меди. Cтронций входит в состав геттеров. Соединения стронция используются в пиротехнике, входят в состав люминесцентных материалов, эмиссионных покрытий радиоламп, используются при изготовлении стекол.
Титанат стронция SrTiO 3 используется при изготовлении диэлектрических антенн, пьезоэлементов, малогабаритных нелинейных конденсаторов, в качестве датчиков инфракрасного излучения. Препараты 90 Sr используются при лучевой терапии кожных и некоторых глазных болезней.
Физиологическое действие
Соединения стронция токсичны. При попадании в организм возможно поражение костной ткани и печени. ПДК стронция в воде 8 мг/л, в воздухе для гидроксида, нитрата и оксида 1 мг/м 3 , для сульфата и фосфата 6 мг/м 3 .
Проблемы 90 Sr
При взрывах ядерных зарядов или из-за утечки радиоактивных отходов в окружающую среду поступает радиоактивный изотоп 90 Sr. Образуя хорошо растворимый в воде гидрокарбонат Sr(HCO 3) 2 , 90 Sr мигрирует в воду, почву, растения и организмы животных.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "стронций" в других словарях:

- (ново лат.). Легкий металл желтого цвета, названный так по имени деревни в Шотландии, в окрестностях которой открыт впервые; в соединении с углекислотою образует минерал стронцианит. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.… … Словарь иностранных слов русского языка

Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Стронций 90, 90Sr Альтернативные названия Радиостронций Нейтронов 52 Протонов 38 Свойства нуклида Атомная масса 8 … Википедия

СТРОНЦИЙ - хим. элемент, символ Sr (лат. Strontium), ат. н. 38, ат. м. 87,62; относится к щёлочноземельным металлам, имеет серебристо белый цвет, плотность 2630 кг/м3, tпл = 768 °С. Химически очень активен, поэтому в чистом виде применяется мало. Используют … Большая политехническая энциклопедия

Хим. элемент II гр. периодической системы, порядковый номер 38, ат. в. 87, 63; состоит из 4 стабильных изотопов. Средний изотопный состав обычного С. следующий: Sr84 0,56%, Si86 9,86%, Sr87 7,02%, Sr88 82,56%. Один из изотопов С. Sr87… … Геологическая энциклопедия

Целестин Словарь русских синонимов. стронций сущ., кол во синонимов: 5 иностранец (23) метал … Словарь синонимов

- (Strontium), Sr, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 38, атомная масса 87,62; мягкий щелочноземельный металл. В результате ядерных испытаний, аварий на АЭС и с радиоактивными отходами в окружающую среду попадает… … Современная энциклопедия

- (лат. Strontium) Sr, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 38, атомная масса 87,62, относится к щелочноземельным металлам. Назван по минералу стронцианиту, найденному около д. Строншиан (Strontian) в Шотландии.… … Большой Энциклопедический словарь - (Strontium), Sr, хим. элемент II группы периодич. системы элементов, ат. номер 38, ат. масса 87,62, щёлочно земельный металл. Природный С. смесь стабильных 84Sr, 86Sr 88Sr, в к рой преобладает 88Sr (82,58%), а меньше всего 84Sr (0,56%).… … Физическая энциклопедия

Еще задолго до открытия стронция его нерасшифрованные соединения применяли в пиротехнике для получения красных огней. И до середины 40-х годов прошлого века стронций был прежде всего металлом фейерверков, потех и салютов. Атомный век заставил взглянуть на него по-иному. Во-первых, как на серьезную угрозу всему живому на Земле; во-вторых, как на материал, могущий быть очень полезным при решении серьезных проблем медицины и техники. Но об этом позже, а начнем с истории «потешного» металла, с истории, в которой встречаются имена многих больших ученых.

Четырежды открытая «земля»

В 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом . Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF 2 или витерита BaCO 3 , но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел.

Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик - Хоп. Придя к таким же результатам, он объявил, что в стронцианите есть новый элемент - металл стронций .

Видимо, открытие уже «витало в воздухе», потому что почти одновременно сообщил об обнаружении новой «земли» и видный немецкий химик Клапрот.

В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик - академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. В этом минерале (его состав BaSO 4) Карл Шееле открыл в 1774 г. окись нового элемента бария . Не знаем, отчего Ловиц был неравнодушен именно к тяжелому шпату; известно только, что ученый, открывший адсорбционные свойства угля и сделавший еще много в области общей и органической химии, коллекционировал образцы этого минерала. Но Ловиц не был просто собирателем, вскоре он начал систематически исследовать тяжелый шпат и в 1792 г. пришел к выводу, что в этом минерале содержится неизвестная примесь. Он сумел извлечь из своей коллекции довольно много - больше 100 г новой «земли» и продолжал исследовать ее свойства. Результаты исследования были опубликованы в 1795 г. Ловиц писал тогда: «Я был приятно поражен, когда прочел... прекрасную статью г-на профессора Клапрота о стронциановой земле, о которой до этого имелось очень неясное представление. Все указанные им свойства солекислых и селитрокислых средних солей во всех пунктах совершеннейшим образом совпадают со свойствами моих таких же солей. Мне оставалось только проверить. замечательное свойство стронциановой земли - окрашивать спиртовое пламя в карминовокрасный цвет, и, действительно, моя соль. обладала в полной мере этим свойством».

Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементном виде его выделили лишь в 1808 г.

Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т. е. тем же способом, что и кальций , магний , барий. Л если говорить конкретнее, то первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси . Выделявшийся на катоде стронций мгновенно соединялся с , образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.

Металл этот белого цвета, не тяжелый (плотность 2,6 г/см 3), довольно мягкий, плавящийся при 770°C. По химическим свойствам он типичный представитель семейства щелочноземельных металлов. Сходство с кальцием, магнием, барием настолько велико, что в монографиях и учебниках индивидуальные свойства стронция, как правило, не рассматриваются - их разбирают на примере кальция или магния.

И в области практических применений эти металлы не раз заступали дорогу стронцию, потому что они более доступны и дешевы. Так произошло, например, в сахарном производстве. Когда-то один химик обнаружил, что с помощью дисахарата стронция (C 12 H 22 O 4 *2SrO), нерастворимого в воде, можно выделять сахар из мелассы. Внимание к стронцию сразу же возросло, получать его стали больше, особенно в Германии и Англии. Но скоро другой химик нашел, что аналогичный сахарат кальция тоже нерастворим. И интерес к стронцию тут же пропал. Выгоднее ведь использовать дешевый, чаще встречающийся кальций.

Это не значит, конечно, что стронций совсем «потерял свое лицо». Есть качества, которые отличают и выделяют его среди других щелочноземельных металлов. О них-то мы и расскажем подробнее.

Стронций металл красных огней

Так называл стронций академик А. Е. Ферсман. Действительно, стоит бросить в пламя щепотку одной из летучих солей стронция, как пламя тотчас окрасится в яркий карминово-красный цвет. В спектре пламени появятся линии стронция.

Попробуем разобраться в сущности этого простейшего опыта. На пяти электронных оболочках атома стронция 38 электронов. Заполнены целиком три ближайшие к ядру оболочки, а на двух последних есть «вакансии». В пламени горелки электроны термически возбуждаются и, приобретая более высокую энергию, переходят с нижних энергетических уровней на верхние. Но такое возбужденное состояние неустойчиво, и электроны возвращаются на более выгодные нижние уровни, выделяя при этом энергию в виде световых квантов. Атом (или ион) стронция излучает преимущественно кванты с такими частотами, которые соответствуют длине красных и оранжевых световых волн. Отсюда карминово-красный цвет пламени.

Это свойство летучих солей стронция сделало их незаменимыми компонентами различных пиротехнических составов. Красные фигуры фейерверков, красные огни сигнальных и осветительных ракет - «дело рук» стронция.

Чаще всего в пиротехнике используют нитрат Sr(NO 3) 2 , оксалат SrC 2 O 4 и карбонат SrCO 3 стронция. Нитрату стронция отдают предпочтение: он не только окрашивает пламя, но и одновременно служит окислителем. Разлагаясь в пламени, он выделяет свободный кислород:

Sr(NO 3) 2 → SrO + N2 + 2,502

Окись стронция SrO окрашивает пламя лишь в розовый цвет. Поэтому в пиротехнические составы вводят хлор в том или ином виде (обычно в виде хлорорганических соединений), чтобы его избыток сдвинул равновесие реакции вправо:

2SrO + CI 2 → 2SrCl + O 2 .

Излучение монохлорида стронция SrCl интенсивнее и ярче излучения SrO. Кроме этих компонентов, в пиротехнические составы входят органические и неорганические горючие вещества, назначение которых - давать большое неокрашенное пламя.

Рецептов красных огней довольно много. Приведем для примера два из них. Первый: Sr(NO 3) 2 - 30%, Mg - 40%, смолы - 5%,

гексахлорбензола - 5%, перхлората калия KClO 4 - 20%. Второй: хлората калия KClO 3 - 60%, SrC2O 4 - 25%, смолы - 15%. Такие составы приготовить несложно, но следует помнить, что любые, даже самые проверенные, пиротехнические составы требуют «обращения на вы». Самодеятельная пиротехника опасна...

Стронций, глазурь и эмаль

Первые глазури появились чуть ли не на заре гончарного производства. Известно, что еще в IV тысячелетии до н.э. ими покрывали изделия из глины . Заметили, что если покрыть гончарные изделия взвесью тонкоизмельченных песка, поташа и мела в воде, а затем высушить их и отжечь в печи, то грубый глиняный порошок покроется тонкой пленкой стекловидного вещества и станет гладким, блестящим. Стекловидное покрытие закрывает поры и делает сосуд непроницаемым для воздуха и влаги. Это стекловидное вещество и есть глазурь. Позже изделия из глины стали сначала покрывать красками, а затем глазурью. Оказалось, что глазурь довольно долго не дает краскам тускнеть и блекнуть. Еще позже глазури пришли в фаянсовое и фарфоровое производство. В наши дни глазурью покрывают керамику и металл, фарфор и фаянс, различные строительные изделия.

Какова же здесь роль стронция?

Чтобы ответить на этот вопрос, придется еще раз обратиться к истории. Основу глазурей составляют различные окислы. Издавна известны щелочные (поташные) и свинцовые глазури. Основу первых составляют окислы кремния , щелочных металлов (К и Na) и кальция . Во вторых присутствует еще и окись свинца . Позже стали широко использовать глазури, содержащие бор . Добавки свинца и бора придают глазурям зеркальный блеск, лучше сохраняют подглазурные краски. Однако соединения свинца ядовиты, а бор дефицитен.

В 1920 г. американец Хилл впервые применил матовую глазурь, в состав который входили окислы стронция (система Sr-Ca-Zn). Однако этот факт остался незамеченным, и только в годы второй мировой войны, когда свинец стал особо дефицитным, вспомнили об открытии Хилла. И хлынула лавина исследований: в разных странах появились десятки (!) рецептур стронциевых глазурей. Предпринимались попытки и здесь заменить стронций кальцием, но кальциевые глазури оказались неконкуренто способными.

Стронциевые глазури не только безвредны, но и доступны (карбонат стронция SrCO 3 в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). Все положительные качества свинцовых глазурей свойственны и им. Более того, изделия, покрытые такими глазурями, приобретают дополнительную твердость, термостойкость, химическую стойкость.

На основе окислов кремния и стронция готовят также эмали - непрозрачные глазури. Непрозрачными их делают добавки окислов титана и цинка . Изделия из фарфора, особенно вазы, часто украшают глазурью «кракле». Такая ваза словно покрыта сеткой окрашенных трещин. Основа технологии «кракле» - разные коэффициенты термического расширения глазури и фарфора. Фарфор, покрытый глазурью, обжигают при температуре 1280-1300°C, затем температуру снижают до 150-220°C и еще не до конца остывшее изделие опускают в раствор красящих солей (например, солей кобальта , если нужно получить черную сетку). Эти соли заполняют возникающие трещины. После этого изделие сушат и вновь нагревают до 800-850°C - соли плавятся в трещинах и герметизируют их. Глазурь «кракле» популярна и широко распространена во многих странах мира. Произведения декоративно-прикладного искусства, выполненные в этой манере, ценят любители. Остается добавить, что использование стронциевых безборных глазурей дает большой экономический эффект.

Стронций радиоактивный

Еще одна особенность стронция, резко выделяющая его среди щелочноземельных металлов, - существование радиоактивного изотопа стронция-90, который волнует биофизиков, физиологов, радиобиологов, биохимиков и просто химиков уже давно.

В результате цепной ядерной реакции из атомов плутония и урана образуются около 200 радиоактивных изотопов. Большинство из них короткоживущие. Но в тех же процессах рождаются и ядра стронция-90, период полураспада которого 27,7 года. Стронций-90 - чистый бета-излучатель. Это значит, что он испускает потоки энергичных электронов, которые действуют на все живое на сравнительно небольших расстояниях, но очень активно. Стронций как аналог кальция активно участвует в обмене веществ и вместе с кальцием откладывается в костной ткани.

Стронций-90, а также образующийся при его распаде дочерний изотоп иттрий-90 (с периодом полураспада 64 часа, излучает бета-частицы) поражают костную ткань и, самое главное, особо чувствительный к действию радиации костный мозг. Под действием облучения в живом веществе происходят химические изменения. Нарушаются нормальная структура и функции клеток. Это приводит к серьезным нарушениям обмена веществ в тканях. А в итоге развитие смертельно опасных болезней - рака крови (лейкемия) и костей. Кроме того, излучение действует на молекулы ДНК и, следовательно, влияет на наследственность. Влияет пагубно.

Содержание стронция-90 в человеческом организме находится в прямой зависимости от общей мощности взорванного атомного оружия. Он попадает в организм при вдыхании радиоактивной пыли, образующейся в процессе взрыва и разносимой ветром на большие расстояния. Другим источником заражения служат питьевая вода, растительная и молочная пища. Но и в том и в другом случаях природа ставит естественные препоны на пути стронция-90 в организм. В тончайшие структуры дыхательных органов могут попасть лишь частицы величиной до 5 мкм, а таких частиц при взрыве образуется немного. Во-вторых, стронций при взрыве выделяется в виде окиси SrO, растворимость которой в жидкостях организма весьма ограничена. Проникновению стронция через пищевую систему препятствует фактор, который называют «дискриминацией стронция в пользу кальция». Он выражается в том, что при одновременном присутствии кальция и стронция организм предпочитает кальций. Соотношение Ca: Sr в растениях вдвое больше, чем в почвах. Далее, в молоке и сыре содержание стронция в 5-10 раз меньше, чем в траве, идущей на корм скоту.

Однако целиком полагаться на эти благоприятные факторы не приходится - они способны лишь в какой-то степени предохранить от стронция-90. Не случайно до тех пор, пока не были запрещены испытания атомного и водородного оружия в трех средах, число пострадавших от стронция росло из года в год. Но те же страшные свойства стронция-90 - и мощную ионизацию, и большой период полураспада - удалось обратить на благо человека.

Радиоактивный стронций нашел применение в качестве изотопного индикатора при исследовании кинетики различных процессов. Именно этим методом в опытах с животными установили, как ведет себя стронций в живом организме: где преимущественно он локализуется, каким образом участвует в обмене веществ и так далее. Тот же изотоп применяют в качестве источника излучения при лучевой терапии. Аппликаторами со стронцием-90 пользуются при лечении глазных и кожных болезней. Препараты стронция-90 применяют также в дефектоскопах, в устройствах для борьбы со статическим электричеством, в некоторых исследовательских приборах, в атомных батареях. Нет открытий принципиально вредных - все дело в том, в чьих руках окажется открытие. История радиоактивного стронция - тому подтверждение.

Общие сведения и методы получения

Стронций (Sr) - металл серебристо-белого цвета. Минерал, содержа­щий стронций, был обнаружен в 1787 г. в Шотландии в свинцовом руд­нике недалеко от деревни Стронциан и назван стронцианитом. В 1790 г. шотландские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк подробно исследовали этот минерал и обнаружили в нем новую «землю» (ок­сид). Независимо от них их соотечественник химик Хоп установил, что в этом минерале содержится новый элемент - стронций. К такому же выводу пришел немецкий химик Клапрот. В те же годы известный рус­ский химик акад. Т. Е. Ловиц обнаружил следы стронция в тяжелом шпате. Результаты его исследований опубликованы в 1795 г. Однако чистый металл был выделен лишь в 1808 г. Дэви. В 1924 г. Даннер (США) получил чистый стронций восстановлением его из оксида ме­таллическим алюминием (или магнием).

Металлический стронций в настоящее время получают преимущест­венно алюминотермическим методом. Оксид стронция смешивают с по­рошком алюминия, брикетируют и помещают в электровакуумную печь (вакуум 1,333 Па), где при 1100-1150 "С происходит восстановление металла.

Стронций выпускают в соответствии с ЦМТУ 4764-56 трех марок (Ч, ЧДА и ХЧ) в виде штабиков и кристаллов (друзы).

Соли и соединения стронция токсичны (вызывают паралич, влияют на зрение). При работе с ними следует соблюдать правила техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 38, атомная масса 87,62 а. е. м, атомный объем 33,7*10 -6 м 3 /моль, атомный радиус 0,215 нм, ионный радиус 0,127 нм. Потенциалы ионизации J (эВ): 5,692; 11,026; 43,6. Электроотрицательность 1,0. Стронций имеет г. ц. к. решетку (a - Sr) с периодом а = 0,6085 нм, энергия кристаллической решетки 164,3 мкДж/кмоль, координационное число 12, межатомное расстояние 4,30 нм. При температуре 488 К происходит a -6-превращение. 6-строн-ций имеет гексагональную решетку с периодами а=0,432 нм, с - = 0,706 им, с/а= 1,64. При 605 °С имеет место полиморфное превраще­ние 6->-у- Образующая кубическая объемноцептрированная модифика­ция имеет период а=0,485 нм. Электронная конфигурация внешнего слоя 5 s 2 . Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов: 84 Sr (0,58 %), 86 Sr (9,88%), 87 Sr (7,2 %). 88 Sr (82,58 %). Получено так­же 14 искусственных неустойчивых изотопов Радиоактивный изотоп 90 Sr с периодом полураспада 27,7 лет образуется при ядерных реак­циях (делении урана). Эффективное поперечное сечение захвата теп­ловых нейтронов 1,21*10 -28 м 2 . Работа выхода электронов ф=2,35 эВ, для монокристалла (100) ф=2,43 эВ.

Плотность р при 273 К равна 2,630 Мг/м 3 .

Магнитная восприимчивость при температуре 293 К х= +1,05-Ю^ 9 .

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Sr -2 e =?* Sr 2 + cp 0 = 2,89 B . Степень окисления +2.

Стронций - очень активный элемент, быстро окисляется на возду­хе с выделением большого количества тепла, энергично разлагает воду. С водородом взаимодействует при повышенной температуре 300- 400°С, образуя гидрид SrH 2 с температурой плавления 650°С. С кис­лородом образует оксид (II) SrO с температурой плавления 2430 °С, при 500 °С и давлении 15 МПа - оксид (IV) Sr 0 2 . С азотом взаимо­действует при 380-400 °С и дает соединение Sr 3 N 2 .

При нагревании стронций легко взаимодействует с галогенами, об­разуя соответствующие соли: хлорид SrCl 2 с температурой плавления 872 °С, бромид SrBr 2 с температурой плавления 643 °С, фторид SrF 2 с температурой плавления 1190°С, иодид Srl 2 . С углеродом образует карбид стронция SrC 2 , с фосфором - фосфид стронция SrP 2 , с серой при нагревании - сульфиды.

С концентрированными азотной и серной кислотами взаимодейству­ет слабо, с разбавленными энергично; со щелочами - NaOH , КОН (концентрированными и разбавленными) также вступает в реакции.

С металлами образует твердые растворы и металлические соедине-

ния В жидком состоянии смешивается с элементами ПА, ПВ - VB подгрупп (Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, TI, Sn, Pb, Sb, Bi, As). Co многими из них образует металлические соединения (Al , Mg , Zn , Sn , РЬ и др.). С некоторыми переходными и благородными металлами дает несмешивающиеся системы. Для большинства металлов платиновой группы характерно образование со стронцием фаз типа Лавеса. С эле­ментами П1В подгруппы образует фазы типа АВ 4 . Электрохимический эквивалент 0,45404 мг/Кл.

Технологические свойства

Стронций - ковкий и пластичный металл. Ковкой из него можно по­лучить тонкий лист, а прессованием при 230 °С - проволоку.

Области применения

В промышленности используют металлический стронций и его соедине­ния. Введение этого элемента и его соединений в сталь и чугун спо­собствует повышению их качества. Имеются сведения об использова­нии стронция для раскисления и рафинирования меди; при этом также повышается твердость. Введение 0,1 % Sr в титан и его сплавы повы­шает ударную вязкость; стронций увеличивает пластичность магния и его сплавов, положительно влияет на свойства алюминиевых сплавов.

Соединения стронция используют в пиротехнике, в электровакуумной технике (газопоглотитель), в радиоэлектронике (для изготовления фо­тоэлементов). Стронций входит в состав оксидных катодов, применяе­мых в электронно-лучевых трубках, лампах СВЧ и др.

В стекловарении стронций используют для получения специальных оптических стекол; он повышает химическую и термическую устойчи­вость стекла и показатели преломления. Так, стекло, содержащее 9 °," 0 SrO , обладает высоким сопротивлением истиранию и большой эластич­ностью, легко поддастся механической обработке (кручению, перера­ботке в пряжу и ткани). В нашей стране разработана технология полу­чения стронцийсодержащего стекла без бора. Такое стекло обладает высокой химической стойкостью, прочностью и электрофизическими свойствами. Установлена способность стронциевых стекол поглощать рентгеновское излучение трубок цветных телевизоров, а также улуч­шать радиационную стойкость. Фторид стронция используют для про­изводства лазеров и оптической керамики. Гидроксид стронция приме­няют в нефтяной промышленности для производства смазочных масел с повышенным сопротивлением окислению, а в пищевой- для обработ­ки отходов сахарного производства с целью дополнительного извлече­ния сахара. Соединения стронция входят также в состав эмалей, глазу­рей и керамики Их широко используют в химической промышленноеги в качестве наполнителей резииы, стабилизаторов пластмасс, а также для очистки каустической соды от железа и марганца, в качестве ката­лизаторов в органическом синтезе и при крекинге нефти и т. д.