Оксид стронция: свойства, структура, применение и риски. — Наука — 2022

Основной оксид

Это очень основной оксид; Это означает, что он реагирует при комнатной температуре с водой с образованием гидроксида стронция (Sr (OH) 2):

SrO (т) H2O (л) → Sr (OH) 2

Алюминат

Он используется как легирующая добавка в электронной промышленности. Его также часто используют для того, чтобы некоторые игрушки светились в темноте, поскольку это химически и биологически инертное соединение.

Атомное радио

Эмпирический 215 вечера.

Аэрокосмическая промышленность

Поскольку это очень пористое твердое вещество, оно может интеркалировать более мелкие частицы и, таким образом, обеспечивает ряд возможностей в разработке материалов, столь легких, что их может учитывать в аэрокосмической промышленности.

Биологическая роль

Биологическая роль стронция у позвоночных неизвестна. Благодаря схожести с кальцием может замещать его в костных тканях; то есть мистер2 вытесняет Ca2 . Но соотношение стронция и кальция в костях составляет от 1/1000 до 1/2000; то есть крайне низко.

Следовательно, стронций не должен выполнять естественную биологическую функцию в костях.

Стронция ранелат использовался при лечении остеопороза, так как он вызывает затвердение костей; но в любом случае это лечебное действие.

Один из немногих примеров биологической функции стронция встречается у Acantharea, простейших радиолярий, в скелете которых присутствует стронций.

Влияние на организм человека

Не следует путать действие на организм человека природного стронция (не радиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция.

Стронций природный — составная часть микроорганизмов, растений и животных. Стронций является аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырёхлетнего возраста, когда идёт активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы.

Пути попадания:

1. вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ — 8 мг/л, а в США — 4 мг/л)
2. пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)
3. интратрахеальное поступление
4. через кожу (накожное)
5. ингаляционное (через лёгкие)
6. люди, работа которых связана со стронцием (в медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней.

Основные области применения:

• природного стронция — радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, металлотермия, пищевая промышленность, производство магнитных материалов;
• радиоактивного — производство атомных электрических батарей, атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы и другое).

Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина D, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких, как барий, молибден, селен и другие). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» — поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения.

Радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека. Откладываясь в костях, он облучает костную ткань и костный мозг, что увеличивает риск заболевания злокачественными опухолями костей, а при поступлении большого количества может вызвать лучевую болезнь.

В природе стронций встречается в виде смеси четырёх стабильных изотопов 84Sr (0,56(2) %), 86Sr (9,86(20) %), 87Sr (7,00(20) %), 88Sr (82,58(35) %). Проценты указаны по числу атомов. Известны также радиоактивные изотопы стронция с массовым числом от 73 до 105.

Лёгкие изотопы (до 85Sr включительно, а также изомер87mSr) испытывают электронный захват, распадаясь в соответствующие изотопы рубидия. Тяжёлые изотопы, начиная с 89Sr, испытывают β−-распад, переходя в соответствующие изотопы иттрия. Наиболее долгоживущим и важным в практическом плане среди радиоактивных изотопов стронция является 90Sr.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Где найти и производство

Стронций содержится примерно в 0,034% всех магматических пород. Однако только два минерала: целестит или целестин обнаружены в месторождениях со значительным содержанием стронция.

Из двух важных минералов стронция только целестит обнаружен в осадочных отложениях в количестве, достаточном для создания установок для извлечения стронция.

Стратионит более полезен, чем целестит, поскольку большая часть стронция производится в форме карбоната стронция; но вряд ли найдены месторождения, позволяющие вести устойчивую добычу полезных ископаемых.

Содержание стронция в морской воде колеблется от 82 до 90 мкмоль / л, что намного ниже, чем у кальция, от 9,6 до 11 ммоль / л.

Практически вся добыча ведется на месторождениях целестита, поскольку жилы стронцианита немногочисленны и не очень выгодны для извлечения из них стронция. Несмотря на это, стронций по большей части производится в виде карбоната стронция.

Гидроксид

Он используется при экстракции сахара из свеклы, поскольку гидроксид стронция соединяется с сахаром с образованием сложного сахарида. Комплекс может диссоциировать под действием диоксида углерода, оставляя сахар свободным. Он также используется для стабилизации пластика.

Гидроксид стронция, химические свойства, получение

Заменитель свинца

Оксид стронция, благодаря своей высокой термостойкости, находит множество применений в керамической, стекольной и оптической промышленности.

Его использование в этих отраслях промышленности в основном предназначено для замены свинца и в качестве добавки, улучшающей цвет и вязкость сырья для продуктов.

Какие продукты? У этого списка не будет конца, потому что в любом из них, где есть стекла, эмали, керамика или кристаллы, может оказаться полезным оксид стронция.

Изотопы

Несмотря на разрушительное действие, 90Sr используется в качестве термоэлектрического генератора, использующего тепловую энергию своего излучения для производства электроэнергии в течение длительного времени, с применением в космических аппаратах, удаленных исследовательских станциях и навигационных буях.

В 89Sr использовался при лечении рака костей, используя его радиоактивное излучение β-типа для разрушения опухолевых клеток.

Атом стронция был использован для создания системы измерения времени, которая отстает на одну секунду каждые 200 миллионов лет. Что делает его самыми точными часами.

История и происхождение названия

Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронти́ан (англ. Strontian, гэльск.Sròn an t-Sìthein), давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено в 1787 году Уильямом Крюйкшенком и Адером Кроуфордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году.

Катализатор

Такая же пористость позволяет использовать его в качестве катализатора (ускорителя химических реакций) и в качестве теплообменника.

Ковалентный радиус

195 ± 22:00.

Магнитные материалы

Магнитотвердые ферриты стронция — широкоупотребительные материалы для производства постоянных магнитов.

Место хранения

Чтобы избежать окисления стронция, рекомендуется хранить его погруженным в керосин или нафту. Стронций следует хранить в прохладном, хорошо вентилируемом месте, вдали от органических и других легко окисляемых материалов.

Месторождения

Известны месторождения в Калифорнии, Аризоне (США); Новой Гранаде; Турции, Иране, Китае, Мексике, Канаде, Малави.

В России обнаружены, но в настоящее время не разрабатываются месторождения стронциевых руд: Синие камни (Дагестан), Мазуевское (Пермский край), Табольское (Тульская область), а также месторождения в Бурятии, Иркутской области, Красноярском крае, Якутии и на Курильских островах.

Металлотермия

Стронций чистотой 99,99—99,999 % применяется для восстановления урана.

Металлургия

Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

Метод пиджена

Целестит сжигается в присутствии угля для преобразования сульфата стронция в сульфид стронция. На втором этапе темный материал, содержащий сульфид стронция, растворяют в воде и фильтруют.

Затем раствор сульфида стронция обрабатывают диоксидом углерода, чтобы вызвать осаждение карбоната стронция.

Стронций можно выделить одним из вариантов метода Пиджена. Реакция оксида стронция и алюминия происходит в вакууме, где стронций превращается в газ и транспортируется через производственную реторту в конденсаторы, где он осаждается в виде твердого вещества.

Молярная масса

87,62 г / моль.

Нахождение в природе

В свободном виде стронций не встречается ввиду его высокой химической активности. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный — целестин SrSO4 (51,2 % Sr). Добывают также стронцианит SrCO3 (64,4 % Sr).

Среди прочих минералов стронция:

По уровню физической распространённости в земной коре стронций занимает 23-е место — его массовая доля составляет 0,014 % (в литосфере — 0,045 %). Мольная доля металла в земной коре 0,0029 %.Стронций содержится в морской воде (8 мг/л).

Номенклатура

Поскольку степень окисления 1 встречается не так часто, предполагается, что существует только 2 для упрощения номенклатуры соединений стронция. Поэтому в номенклатуре акций символ (II) в конце названия игнорируется; а в традиционной номенклатуре они всегда заканчиваются суффиксом -ico.

Например, SrO представляет собой оксид стронция или оксид олова согласно стандартной и стандартной номенклатуре соответственно.

Окись

Он присутствует в стекле, используемом при производстве телевизионных кинескопов, начиная с 1970 года. Цветные телевизоры, а также другие устройства, содержащие катодные лучи, должны использовать стронций в передней панели для остановки Рентгеновские лучи.

Эти телевизоры больше не используются, поскольку катодные лампы были заменены другими устройствами, и поэтому использование соединений стронция не требуется.

С другой стороны, оксид стронция используется для улучшения качества керамической глазури.

Пиротехника

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в кирпично-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Плотность

-Температура окружающей среды: 2,64 г / см3

-Жидкость (температура плавления): 2,375 г / см3

Пожарный потенциал

Мелкодисперсный стронций самопроизвольно горит на воздухе. Кроме того, он воспламеняется при нагревании выше точки плавления и может быть взрывоопасным при воздействии тепла пламени.

Получение

Существуют три способа получения металлического стронция:

Основным промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой.

Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

При термическом разложении гидрида или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к лёгкому воспламенению.

Применение

Основные области применения стронция и его химических соединений — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Стронций применяется для легирования меди и некоторых её сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для десульфурации чугуна, меди и сталей.

Стронций чистотой 99,99—99,999 % применяется для восстановления урана.

Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в карминово-красныйцвет.
Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронций-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и, в частности, разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Оксид стронция, в составе твёрдого раствора оксидов других щёлочноземельных металлов — бария и кальция (BaO, CaO), используется в качестве активного слоя катодов косвенного накала в вакуумных электронных приборах.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий — для анодов гальванических элементов.

Изотоп с атомной массой 89, имеющий период полураспада 50,55 суток, применяется (в виде хлорида) в качестве противоопухолевого средства.

Производство металлов и солей

Он используется для получения цинка высокой чистоты, так как способствует удалению примеси свинца. Он помогает в производстве хромата стронция, соединения, которое используется в качестве ингибитора коррозии в печатных красках.

Ранелат

Он используется при лечении остеопороза, так как увеличивает плотность костей и снижает частоту переломов. При местном применении подавляет раздражение органов чувств. Однако его использование уменьшилось из-за доказательств того, что он увеличивает частоту сердечно-сосудистых заболеваний.

Риск для здоровья

Это едкое соединение, поэтому при простом физическом контакте оно может вызвать ожоги в любой части тела. Он очень чувствителен к влажности и должен храниться в сухих и холодных помещениях.

Соли, которые являются продуктом реакции этого оксида с различными кислотами, ведут себя в организме так же, как соли кальция, и сохраняются или удаляются с помощью аналогичных механизмов.

В настоящее время оксид стронция сам по себе не представляет серьезной опасности для здоровья.

С водой

Стронций может бурно реагировать с водой с образованием гидроксида стронция Sr (OH).2 и газообразный водород. Взаимодействие между стронцием и водой не имеет того насилия, которое наблюдается при реакции между щелочными металлами и водой, а также наблюдаемого в случае бария.

С воздухом

Он может соединяться с кислородом с образованием пероксида стронция; но для его образования требуется высокое давление кислорода. Он также может реагировать с азотом с образованием нитрида стронция:

3Sr (ов) N2(г) => Sr3N2(s)

Однако для протекания реакции температура должна быть выше 380 ° C.

С кислотами и водородом

Стронций может реагировать с серной кислотой и азотной кислотой с образованием сульфата и нитрата стронция соответственно. Он также соединяется в горячем состоянии с водородом с образованием гидрида стронция.

Стронций, как и другие тяжелые элементы в s-блоке периодической таблицы, имеет широкий диапазон координационных чисел; такие как 2, 3, 4, 22 и 24, наблюдаемые в таких соединениях, как SrCd11 и SrZn13, например.

Сплавы

Он используется как модификатор эвтектики для повышения прочности и пластичности сплава Al-Ag. Он используется в качестве модификатора в литейном производстве высокопрочного чугуна для контроля образования графита. Его также добавляют в сплавы олова и свинца для повышения прочности и пластичности.

Кроме того, он используется как раскислитель меди и бронзы.Небольшое количество стронция добавляется к расплавленному алюминию для оптимизации плавкости металла, что делает его более подходящим для изготовления предметов, которые традиционно делаются из стали.

Это легирующий агент для алюминия или магния, который используется при литье блоков цилиндров и колес. Стронций улучшает обработку и текучесть металла, с которым он легирован.

Сточные воды и люминесцентные лампы

Он используется при очистке сточных вод от сульфатов. Кроме того, он используется в производстве ортофосфорной кислоты, применяемой при производстве люминесцентных ламп.

Строение и электронная конфигурация стронция

Металлический стронций кристаллизуется при комнатной температуре в гранецентрированной кубической (ГЦК) структуре.

В этой структуре атомы Sr расположены в вершинах и на гранях куба элементарной ячейки. Он относительно более плотный, чем другие структуры (такие как кубическая или bcc), поскольку в нем четыре атома Mr.

Атомы Sr остаются объединенными благодаря металлической связи, продукту перекрытия их атомных валентных орбиталей во всех направлениях внутри кристалла. Эта орбиталь — 5s, которая имеет два электрона в соответствии с электронной конфигурацией:

[Kr] 5s2

Итак, возникает полная 5s-зона и 5p-зона проводимости (зонная теория).

Относительно других металлических фаз библиографической информации не так много, хотя очевидно, что их кристаллы претерпевают превращения, когда они подвергаются воздействию высоких давлений.

Стронций-90

Изотоп стронция 90Sr является радиоактивным с периодом полураспада28,78 года. 90Sr претерпевает β−-распад, переходя в радиоактивный 90Y (период полураспада 64 часа), который, в свою очередь, распадается в стабильный цирконий-90. Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдёт лишь через несколько сотен лет.

90Sr образуется при ядерных взрывах и внутри ядерного реактора во время его работы. Образование стронция-90 при этом происходит как непосредственно в результате деления ядер урана и плутония, так и в результате бета-распада короткоживущих ядер с массовым числомA = 90 (в цепочке 90Se → 90Br → 90Kr → 90Rb → 90Sr), образующихся при делении.

Применяется в производстве радиоизотопных источников энергии в виде титаната стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение — около 0,54 Вт/см³).

Твердость

1,5 по шкале Мооса.

Температура плавления

777 ° С.

Тепловая молярная емкость

26,4 Дж / (моль · К).

Теплопроводность

35,4 Вт / (мК).

Теплота испарения

141 кДж / моль.

Теплота плавления

7,43 кДж / моль.

Термическое расширение

22,5 мкм / (м · К) при 25 ° C.

Точка кипения

1377 ° С.

Удельное электрическое сопротивление

132 нОм · м при 20 ° C.

Ферриты и магниты

Карбонат стронция (SrCO3) реагирует с оксидом железа (Fe2ИЛИ3) при температуре от 1000 до 1300 ºC с образованием феррита стронция. Это семейство ферритов имеет общую формулу SrFeИксИЛИ4.

Керамические магниты изготовлены из ферритов и используются в различных приложениях. Среди них: производство динамиков, моторов для автомобильных дворников и детских игрушек.

Карбонат стронция также используется в производстве стекла для телевизионных экранов и дисплеев.

Физические и химические свойства

Оксид стронция представляет собой белое пористое твердое вещество без запаха, и, в зависимости от его физической обработки, его можно найти на рынке в виде мелкодисперсного порошка, кристаллов или наночастиц.

Его молекулярная масса составляет 103,619 г / моль, и он имеет высокий показатель преломления.Он имеет высокие температуры плавления (2531 ºC) и кипения (3200 ºC), что приводит к сильным связывающим взаимодействиям между стронцием и кислородом. Эта высокая температура плавления делает его термостойким материалом.

Физические свойства

Стронций — мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.

Полиморфен — известны три его модификации. До 215оС устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605оС — гексагональная (β-Sr), выше 605оС — кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).

Температура плавления — 768оС, Температура кипения — 1390оС.

Формы

Из-за своей высокой реакционной способности металлический стронций не кажется изолированным в природе. Однако его можно найти в элементарном состоянии, защищенном от кислорода, путем погружения в керосин или в атмосферу инертных газов (например, благородных газов).

Он также образует сплавы с алюминием и магнием, а также агрегат сплава олова и свинца. Стронций находится в ионной форме (Sr2 ) растворены в почве или морской воде и т. д.

Следовательно, говорить о стронции — значит относиться к катионам Sr.2 (и, в меньшей степени, г. ).

Он также может взаимодействовать в ионной форме с другими элементами с образованием солей или других химических соединений; такие как хлорид, карбонат, сульфат, сульфид стронция и т. д.

Стронций в основном присутствует в двух минералах: целестите или целестине (SrSO4) и стронтита (SrCO3). Целестит является основным источником добычи стронция.

Стронций имеет 4 природных изотопа, наиболее распространенным из которых является 88Сэр. Есть также множество радиоактивных изотопов, искусственно произведенных в ядерных реакторах.

Химические источники тока

Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.

Химические свойства

Стронций в своих соединениях всегда проявляет степень окисления 2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен −2,89 В). Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид:

Sr 2H2O→Sr(OH)2 H2↑{displaystyle {mathsf {Sr 2H_{2}Orightarrow Sr(OH)_{2} H_{2}uparrow }}}

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H2SO4, HNO3) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой, помимо оксида SrO, всегда присутствуют пероксид SrO2 и нитрид Sr3N2. При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами — серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 °С), азотом (выше 400 °С). Практически не реагирует со щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO2, образуя карбид:

5Sr 2CO2→SrC2 4SrO{displaystyle {mathsf {5Sr 2CO_{2}rightarrow SrC_{2} 4SrO}}}

Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl−, I−, NO3−. Соли с анионами F−, SO42−, CO32−, PO43− малорастворимы.

Из-за высокой химической активности стронция его хранят в закрытой стеклянной посуде под слоем керосина.

Хлористый

Хлорид стронция используется в некоторых зубных пастах для чувствительных зубов и при производстве фейерверков. Кроме того, он ограниченно используется для удаления нежелательных газов из сосудов, находящихся под вакуумом.

Числа окисления

Стронций, как и другие металлы, имеет высокую тенденцию к потере валентных электронов; Это два электрона орбитали 5s. Таким образом, атомы Sr становятся двухвалентными катионами Sr2 (M2 , как и остальные щелочноземельные металлы), изоэлектронен благородному газу криптону. Тогда говорят, что стронций имеет степень окисления 2.

Когда вместо потери двух электронов он теряет только один, образуется катион Sr ; и, следовательно, его степень окисления 1. Мистер он редко встречается в соединениях, полученных из стронция.

Электролиз

Стронций можно получить в виде стержней методом контактного катодного электролиза. В этой процедуре охлаждаемый железный стержень, действующий как катод, контактирует с поверхностью расплавленной смеси хлорида калия и хлорида стронция.

Когда стронций затвердевает на катоде (железном стержне), стержень поднимается.

Электроотрицательность

0,95 по шкале Полинга.

Энергия ионизации

Первый уровень ионизации: 549,5 кДж / моль.

Второй уровень ионизации: 1064,2 кДж / моль.

Третий уровень ионизации: 4 138 кДж / моль.