Strontium (Sr) is een scheikundig element, een aardalkalimetaal van de 2e groep van het periodiek systeem. Gebruikt in rode signaallampen en fosforen, vormt een groot gevaar voor de gezondheid bij radioactieve besmetting.
Ontdekkingsgeschiedenis
Mineraal uit een loodmijn in de buurt van het dorp Strontian in Schotland. Het werd oorspronkelijk erkend als een variëteit van bariumcarbonaat, maar Adair Crawford en William Cruikshank suggereerden in 1789 dat het een andere stof was. Chemicus Thomas Charles Hope noemde het nieuwe mineraal strontiet naar het dorp, en het bijbehorende strontiumoxide SrO, strontium. Het metaal werd in 1808 geïsoleerd door Sir Humphry Davy, die een mengsel van nat hydroxide of chloride met kwikoxide elektrolyseerde met behulp van een kwikkathode en vervolgens het kwik uit het resulterende amalgaam verdampte. Hij noemde het nieuwe element met behulp van de wortel van het woord "strontium".
In de natuur zijn
De relatieve hoeveelheid strontium, het achtendertigste element van het periodiek systeem, in de ruimte wordt geschat op 18,9 atomen voor elke 106 siliciumatomen. Het gaat over0,04% van de massa van de aardkorst. De gemiddelde concentratie van het element in zeewater is 8 mg/L.
Het chemische element strontium wordt veel in de natuur aangetroffen en wordt geschat op de 15e meest voorkomende stof op aarde, met concentraties van 360 delen per miljoen. Gezien zijn extreme reactiviteit bestaat het alleen in de vorm van verbindingen. De belangrijkste mineralen zijn celestine (sulfaat SrSO4) en strontianiet (carbonaat SrCO3). Hiervan komt celestiet in voldoende hoeveelheden voor voor winstgevende mijnbouw, waarvan meer dan 2/3 van de wereldvoorraad afkomstig is uit China, en Spanje en Mexico leveren het grootste deel van de rest. Het is echter winstgevender om strontianiet te winnen, omdat strontium vaker in carbonaatvorm wordt gebruikt, maar er zijn relatief weinig bekende afzettingen.
Eigenschappen
Strontium is een zacht metaal, vergelijkbaar met lood, dat schittert als zilver wanneer het wordt gesneden. In lucht reageert het snel met zuurstof en vocht in de atmosfeer, waardoor het een geelachtige tint krijgt. Daarom moet het geïsoleerd van luchtmassa's worden opgeslagen. Meestal wordt het opgeslagen in kerosine. Het komt niet voor in de vrije staat in de natuur. Samen met calcium wordt strontium in slechts 2 hoofdertsen opgenomen: celestiet (SrSO4) en strontianiet (SrCO3).
In de reeks van chemische elementen staat magnesium-calcium-strontium (aardalkalimetalen) Sr in groep 2 (voormalig 2A) van het periodiek systeem tussen Ca en Ba. Bovendien bevindt het zich in de 5e periode tussen rubidium en yttrium. Omdat de atomaire straal van strontiumvergelijkbaar met de straal van calcium, vervangt het de laatste gemakkelijk in mineralen. Maar het is zachter en reactiever in water. Vormt bij contact hydroxide en waterstofgas. Er zijn 3 allotropen van strontium bekend met overgangspunten van 235°C en 540°C.
Aardalkalimetaal reageert in het algemeen niet met stikstof beneden 380°C en vormt alleen een oxide bij kamertemperatuur. In poedervorm ontbrandt strontium echter spontaan om oxide en nitride te vormen.
Chemische en fysische eigenschappen
Karakterisering van het scheikundige element strontium volgens het plan:
- Naam, symbool, atoomnummer: strontium, Sr, 38.
- Groep, periode, blok: 2, 5, s.
- Atoommassa: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Verdeling van elektronen in schillen: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensiteit: 2.64g/cm3.
- Smelt- en kookpunten: 777 °C, 1382 °C.
- Oxidatietoestand: 2.
Isotopen
Natuurlijk strontium is een mengsel van 4 stabiele isotopen: 88Sr (82.6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) en 84Sr (0,56%). Hiervan is alleen 87Sr radiogeen - het wordt gevormd door het verval van de radioactieve isotoop van rubidium 87Rb met een halfwaardetijd van 4,88 × 10 10 jaar. Er wordt aangenomen dat 87Sr werd geproduceerd tijdens "primordiale nucleosynthese" (een vroeg stadium van de oerknal) samen met isotopen 84Sr,86 Sr en 88Sr. Afhankelijk vanlocaties, kan de verhouding van 87Sr en 86Sr meer dan 5 keer verschillen. Dit wordt gebruikt bij het dateren van geologische monsters en bij het bepalen van de oorsprong van skeletten en kleiartefacten.
Als resultaat van kernreacties werden ongeveer 16 synthetische radioactieve isotopen van strontium verkregen, waarvan 90Sr de meest duurzame is (halfwaardetijd 28,9 jaar). Deze isotoop, geproduceerd bij een nucleaire explosie, wordt beschouwd als het gevaarlijkste vervalproduct. Vanwege zijn chemische gelijkenis met calcium, wordt het opgenomen in de botten en tanden, waar het elektronen blijft verdrijven, wat stralingsschade en beenmergschade veroorzaakt, de vorming van nieuwe bloedcellen verstoort en kanker veroorzaakt.
Onder medisch gecontroleerde omstandigheden wordt strontium echter gebruikt om bepaalde oppervlakkige maligniteiten en botkankers te behandelen. Het wordt ook gebruikt in de vorm van strontiumfluoride in chemische stroombronnen en in radio-isotoop thermo-elektrische generatoren, die de warmte van het radioactieve verval omzetten in elektriciteit, en dienen als duurzame, lichtgewicht stroombronnen in navigatieboeien, afgelegen weerstations en ruimtevaartuigen.
89Sr wordt gebruikt om kanker te behandelen omdat het botweefsel aanv alt, bètastraling produceert en na een paar maanden verv alt (halfwaardetijd 51 dagen).
Het chemische element strontium is niet essentieel voor hogere levensvormen, de zouten ervan zijn meestal niet giftig. Wat maakt90Sr gevaarlijk, gebruikt om de botdichtheid en groei te verhogen.
Verbindingen
De eigenschappen van het chemische element strontium lijken erg op die van calcium. In verbindingen heeft Sr de exclusieve oxidatietoestand +2 als het Sr2+ ion. Het metaal is een actief reductiemiddel en reageert gemakkelijk met halogenen, zuurstof en zwavel om halogeniden, oxide en sulfide te produceren.
Strontiumverbindingen hebben een vrij beperkte commerciële waarde, aangezien de overeenkomstige calcium- en bariumverbindingen over het algemeen hetzelfde doen, maar goedkoper zijn. Sommigen van hen hebben echter toepassing gevonden in de industrie. Met welke stoffen je een karmozijnrode kleur krijgt in vuurwerk en signaallampen is nog niet uitgezocht. Momenteel worden alleen strontiumzouten zoals Sr(NO3)2 en Sr(ClO)chloraat gebruikt om deze kleur te verkrijgen. 3)2 . Ongeveer 5-10% van de totale productie van dit chemische element wordt verbruikt door pyrotechniek. Strontiumhydroxide Sr(OH)2 wordt soms gebruikt om suiker uit melasse te extraheren omdat het een oplosbare saccharide vormt waaruit de suiker gemakkelijk kan worden geregenereerd door de werking van kooldioxide. SrS-monosulfide wordt gebruikt als ontharingsmiddel en als ingrediënt in de fosforen van elektroluminescente apparaten en lichtgevende verven.
Strontiumferrieten vormen een familie van verbindingen met de algemene formule SrFexOy, verkregen als resultaat van een hoge temperatuur (1000-1300 °C) reactie SrCO3 enFe2O3. Ze worden gebruikt om keramische magneten te maken, die veel worden gebruikt in luidsprekers, ruitenwissermotoren van auto's en kinderspeelgoed.
Productie
De meeste gemineraliseerde celestiet SrSO4 wordt op twee manieren omgezet in carbonaat: ofwel direct uitgeloogd met natriumcarbonaatoplossing of verhit met steenkool om sulfide te vormen. In de tweede fase wordt een donkergekleurde stof verkregen die voornamelijk strontiumsulfide bevat. Deze "zwarte as" lost op in water en wordt gefilterd. Strontiumcarbonaat slaat neer uit de sulfideoplossing door kooldioxide in te voeren. Sulfaat wordt gereduceerd tot sulfide door carbothermische reductie SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. De cel kan worden geproduceerd door kathodisch elektrochemisch contact, waarbij een gekoelde ijzeren staaf, die werkt als een kathode, het oppervlak van een mengsel van kalium- en strontiumchloriden raakt en stijgt wanneer het strontium erop stolt. De reacties op de elektroden kunnen als volgt worden weergegeven: Sr2+ + 2e- → Sr (kathode); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anode).
Metallic Sr kan ook worden teruggewonnen uit zijn oxide met aluminium. Het is kneedbaar en kneedbaar, een goede geleider van elektriciteit, maar wordt relatief weinig gebruikt. Een van de toepassingen is als legeringsmiddel voor aluminium of magnesium bij het gieten van cilinderblokken. Strontium verbetert de bewerkbaarheid en kruipweerstandmetaal. Een alternatieve manier om strontium te verkrijgen is om het oxide ervan te reduceren met aluminium in een vacuüm bij een destillatietemperatuur.
Commercieel gebruik
Het chemische element strontium wordt veel gebruikt in het glas van kathodestraalbuizen voor kleurentelevisie om het binnendringen van röntgenstralen te voorkomen. Het kan ook worden gebruikt in spuitverven. Dit lijkt een van de meest waarschijnlijke bronnen van blootstelling van het publiek aan strontium te zijn. Bovendien wordt het element gebruikt om ferrietmagneten te produceren en zink te verfijnen.
Strontiumzouten worden gebruikt in pyrotechniek omdat ze de vlam rood kleuren bij verbranding. En een legering van strontiumzouten met magnesium wordt gebruikt als onderdeel van brandgevaarlijke en signaalmengsels.
Titanaat heeft een extreem hoge brekingsindex en optische dispersie, waardoor het bruikbaar is in optica. Het kan worden gebruikt als vervanging voor diamanten, maar wordt zelden voor dit doel gebruikt vanwege de extreme zachtheid en kwetsbaarheid voor krassen.
Strontiumaluminaat is een heldere fosfor met langdurige fosforescentiestabiliteit. Het oxide wordt soms gebruikt om de kwaliteit van keramische glazuren te verbeteren. De isotoop 90Sr is een van de beste langlevende hoogenergetische bètastralers. Het wordt gebruikt als energiebron voor radio-isotopen thermo-elektrische generatoren (RTG's), die de warmte die vrijkomt bij het verval van radioactieve elementen omzetten in elektriciteit. Deze apparaten worden gebruikt inruimtevaartuigen, afgelegen weerstations, navigatieboeien, enz. - waar een lichte en duurzame kernenergiebron vereist is.
Medisch gebruik van strontium: karakterisering van eigenschappen, behandeling met medicijnen
Isotoop 89Sr is het actieve ingrediënt in het radioactieve medicijn Metastron, dat wordt gebruikt voor de behandeling van botpijn veroorzaakt door uitgezaaide prostaatkanker. Het chemische element strontium werkt als calcium, het wordt voornamelijk in het bot opgenomen op plaatsen met verhoogde osteogenese. Deze lokalisatie richt het stralingseffect op de kankerachtige laesie.
De radio-isotoop 90Sr wordt ook gebruikt bij kankertherapie. De bètastraling en lange halfwaardetijd zijn ideaal voor oppervlaktestralingstherapie.
Een experimenteel medicijn gemaakt door strontium te combineren met ranelinezuur bevordert de botgroei, verhoogt de botdichtheid en vermindert fracturen. Strooniumranelaat is in Europa geregistreerd als een behandeling voor osteoporose.
Strontiumchloride wordt soms gebruikt in tandpasta's voor gevoelige tanden. De inhoud bereikt 10%.
Voorzorgsmaatregelen
Puur strontium heeft een hoge chemische activiteit en in gebroken toestand ontbrandt het metaal spontaan. Daarom wordt dit chemische element als brandgevaarlijk beschouwd.
Effect op het menselijk lichaam
Het menselijk lichaam absorbeert strontium op dezelfde manier als calcium. Deze tweeDe elementen lijken chemisch zo op elkaar dat de stabiele vormen van Sr geen significant gezondheidsrisico vormen. Daarentegen kan de radioactieve isotoop 90Sr leiden tot verschillende botaandoeningen en ziekten, waaronder botkanker. De strontiumeenheid wordt gebruikt om de straling van geabsorbeerde 90Sr. te meten
