STRONCIUM: HISTORIE, STRUKTURA, VLASTNOSTI, REAKCE A POUŽITÍ - CHEMIE - 2024

Stroncium je kov alkalických zemin, jehož chemická značka je pan Čerstvě řez je bílá s stříbřitým leskem, ale když je vystaven ovzduší oxiduje a získá nažloutlou barvu. Z tohoto důvodu musí být během skladování chráněn před kyslíkem.

Stroncium se ze svých žil extrahuje ve formě minerálů celestit nebo celestin (SrSO ₄) a strontianit (SrCO ₃). Celestit je však hlavní formou, ve které dochází k těžbě stroncia, její ložiska jsou v sedimentárních půdách a ve spojení se sírou.

Vzorek kovového stroncia chráněný argonovou atmosférou. Zdroj: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivativní práce: Materialcientist

Celestit se vyskytuje ve formě kosočtverečných krystalů, je obvykle bezbarvý, sklovitý a průhledný. Ačkoli se stroncium extrahuje tímto způsobem, musí být přeměněno na svůj odpovídající uhličitan, ze kterého je nakonec redukováno.

V roce 1790 byly stroncium identifikovány jako nový prvek Adairem Crawfordem a Williamem Cruickshankem v minerálu z olověného dolu poblíž města Strontion ve skotském městě Argyll. Stroncium bylo izolováno v roce 1807 Humphry Davym pomocí elektrolýzy.

Stroncium je tvárný, tažný kov a dobrý vodič elektřiny; ale má malé průmyslové a komerční využití. Jednou z jeho aplikací je tvorba slitin s hliníkem a hořčíkem, což zlepšuje manipulaci a tekutost těchto kovů.

V periodické tabulce se stroncium nachází ve skupině 2, mezi vápníkem a baryem, přičemž zjistí, že některé z jeho fyzikálních vlastností, jako je hustota, teplota tání a tvrdost, mají střední hodnoty ve vztahu k hodnotám uvedeným pro vápník a baryum.

Stroncium se vyskytuje v přírodě jako čtyři stabilní izotopy: ⁸⁸ Sr s hojností 0,82,6%; ⁸⁶ Sr, s 9,9% množství; ⁸⁷ Sr, s 7,0% množství; a ⁸⁴ Sr, s hojností 0,56%.

⁹⁰ Sr je radioaktivní izotop, který představuje nejškodlivější složku radioaktivního spadu, produkt jaderných výbuchů a úniků z jaderných reaktorů, protože v důsledku podobnosti vápníku a stroncia je izotop začleněn do kostí, produkující rakovinu kostí a leukémii.

Dějiny

Byl studován minerál z olovnatého dolu poblíž strontiánské vesnice ve skotském Argyll. Původně byl identifikován jako druh uhličitanu barnatého. Ale Adair Crawford a William Cruickshank v roce 1789 poznamenali, že studovaná látka byla další otázkou.

Chemik Thomas Charles Hope pojmenoval nový minerální strontit a odpovídající „země“ (oxid stroncia, SrO) jej nazval strontia.

V roce 1790 Crawford a Cruickshank spálili studovanou látku a zjistili, že plamen měl karmínově červenou barvu, odlišnou od plamenů pozorovaných do té doby u známých prvků. Došli k závěru, že jsou před novým prvkem.

V roce 1808 byl Sir William Humphry Davy podroben elektrolýze vlhké směsi hydroxidu nebo chloridu stroncia s oxidem rtuti, za použití katody rtuti. Potom se rtuť z vytvořeného amalgámu odpaří a stroncium zůstane volné.

Davy pojmenoval izolovaný prvek stroncium (stroncium).

Struktura a elektronová konfigurace stroncia

Kovové stroncium krystalizuje při pokojové teplotě ve tvaru kubické struktury (fcc) orientované na obličej.

V této struktuře jsou atomy Sr umístěny ve vrcholech a na krychlových plochách jednotkové buňky. To je relativně hustější než jiné struktury (takový jako krychlový nebo bcc) pro mít celkem čtyři atomy Mr.

Atomy Sr zůstávají jednotné díky kovové vazbě, což je produkt překrývání jejich atomových valenčních orbitálů ve všech směrech v krystalu. Tento orbital je 5s, který má dva elektrony podle elektronické konfigurace:

5s ²

A tak vznikne celé 5s pásmo a 5p dirigentské pásmo (teorie pásem).

Pokud jde o jiné kovové fáze, není mnoho bibliografických informací, i když je jisté, že jejich krystaly podléhají transformacím, když jsou vystaveny vysokým tlakům.

Oxidační čísla

Stroncium, stejně jako jiné kovy, má vysokou tendenci ztratit své valenční elektrony; To jsou dva elektrony 5s orbitální. Atomy Sr se tedy převádějí na dvojmocné kationty Sr2 ⁺ (M2 ⁺, stejně jako zbytek kovů alkalických zemin), isoelektronické na krypton ušlechtilého plynu. Tvrdí se, že stroncium má oxidační číslo +2.

Když místo ztráty dvou elektronů ztratí pouze jeden, vytvoří se kation Sr ⁺; a proto je jeho oxidační číslo +1. Sr ⁺ je vzácný ve sloučeninách odvozených od stroncia.

Vlastnosti

Vzhled

Stříbřitě bílá s kovovým leskem, s mírně žlutým nádechem.

Molární hmotnost

87,62 g / mol.

Bod tání

777 ° C

Bod varu

1 377 ° C

Hustota

-Okolní teplota: 2,64 g / cm ³

Kapalné stav (bod tání): 2,375 g / cm ³

Rozpustnost

Rozpustný v alkoholu a kyselinách. Není rozpustný ve vodě, protože s ním silně reaguje.

Teplo fúze

7,43 kJ / mol.

Odpařovací teplo

141 kJ / mol.

Tepelná molární kapacita

26,4 J / (mol · K).

Elektronegativita

0,95 na Paulingově stupnici.

Ionizační energie

První úroveň ionizace: 549,5 kJ / mol.

Druhá úroveň ionizace: 1064,2 kJ / mol.

Třetí úroveň ionizace: 4,138 kJ / mol.

Atomové rádio

Empirické 215 hodin.

Kovalentní poloměr

195 ± 10 pm.

Teplotní roztažnost

22,5 µm / (m · K) při 25 ° C

Tepelná vodivost

35,4 W / (mK).

Elektrický odpor

132 nΩ · m při 20 ° C

Tvrdost

1,5 na Mohsově stupnici.

Požární potenciál

Stroncium, když je jemně rozděleno, hoří spontánně ve vzduchu. Navíc se při zahřátí nad bodem tání vznítí a může být nebezpečím výbuchu, je-li vystaven teplu plamene.

Úložný prostor

Aby nedocházelo k oxidaci stroncia, doporučuje se jej uchovávat ponořené do petroleje nebo nafty. Stroncium by mělo být skladováno na chladném, dobře větraném místě, daleko od organických a jiných snadno oxidovaných materiálů.

Nomenklatura

Protože oxidační číslo +1 není tak běžné, předpokládá se, že pro zjednodušení nomenklatury kolem sloučenin stroncia existuje pouze +2. Proto se v názvosloví zásob ignoruje (II) na konci názvů; a v tradiční nomenklatuře vždy končí příponou -ico.

Například SrO je oxid strontnatý nebo oxid cínu podle zásob a tradičních nomenklatur.

Tvary

Díky své velké reaktivitě se kovové stroncium v ​​přírodě nezdá izolované. Lze ji však nalézt ve svém elementárním stavu chráněném před kyslíkem, ponořením do petroleje nebo do atmosféry inertních plynů (jako jsou vzácné plyny).

Zjistilo se také, že tvoří slitiny s hliníkem a hořčíkem, jakož i agregát na slitinu cínu a olova. Stroncium se nachází v iontové formě (Sr ²⁺) rozpuštěné v půdě nebo mořské vodě atd.

Proto mluvit o stronciu znamená odkazovat na kationty Sr ²⁺ (a v menší míře na Sr ⁺).

Může také interagovat v iontové formě s jinými prvky za vzniku solí nebo jiných chemických sloučenin; jako je chlorid strontnatý, uhličitan, síran, sulfid atd.

Stroncium je přítomno hlavně ve dvou minerálech: celestit nebo celestin (SrSO ₄) a strontit (SrCO ₃). Celestit je hlavním zdrojem těžby stroncia.

Stroncium má 4 přirozené izotopy, z nichž jeden nalezený ve větším množství je ⁸⁸ Pan. Také v jaderných reaktorech se uměle vyrábí četné radioaktivní izotopy.

Biologická role

Není známa biologická role stroncia u obratlovců. Vzhledem k jeho podobnosti s vápníkem jej může nahradit v kostních tkáních; to znamená, že Sr ²⁺ nahradí Ca ²⁺. Poměr nalezený v kosti mezi stroncium a vápníkem je mezi 1/1 000 a 1/2 000; to je, velmi nízká.

Proto stroncium nesmí v kostech plnit přirozenou biologickou funkci.

Stroncium ranelát se používá při léčbě osteoporózy, protože způsobuje ztuhnutí kostí; ale v každém případě se jedná o terapeutický účinek.

Jeden z mála příkladů biologické funkce stroncia se vyskytuje v Acantharea, radiolariálním protozoanu, který má kostru s přítomností stroncia.

Kde najít a vyrobit

Krystal z celestitu, mineralogický zdroj stroncia. Zdroj: Aram Dulyan (Uživatel: Aramgutang)

Stroncium se nachází v přibližně 0,034% všech vyvřelých hornin. V ložiscích s významným obsahem stroncia se však vyskytují pouze dva minerály: celestit nebo celestin.

Ze dvou důležitých minerálů stroncia se v sedimentárních ložiscích nachází pouze dostatečné množství celestitu, aby bylo možné vytvořit zařízení pro extrakci stroncia.

Strationit je užitečnější než celestit, protože většina stroncia se vyrábí ve formě uhličitanu strontnatého; ale nebyla nalezena téměř žádná ložiska, která umožňují udržitelnou těžbu.

Obsah stroncia v mořské vodě se pohybuje mezi 82 a 90 umol / l, což je mnohem nižší koncentrace než u vápníku, mezi 9,6 a 11 mmol / l.

Téměř veškerá těžba je založena na celestitových ložiscích, protože strontianitové žíly jsou vzácné a pro těžbu stroncia z nich nejsou příliš ziskové. Přesto se většina stroncia vyrábí ve formě uhličitanu strontnatého.

Pidgeonova metoda

Celestit je spalován v přítomnosti uhlí za účelem přeměny síranu strontnatého na sirník strontnatý. Ve druhém stupni se tmavý materiál obsahující sulfid strontnatý rozpustí ve vodě a zfiltruje.

Potom se roztok sulfidu strontnatého zpracuje s oxidem uhličitým, aby se vytvořilo vysrážení uhličitanu strontnatého.

Stroncium lze izolovat variantou Pidgeonovy metody. Reakce oxidu strontnatého a hliníku probíhá ve vakuu, kde je stroncium přeměněno na plyn a transportováno přes výrobní retort do kondenzátorů, kde se vysráží jako pevná látka.

Elektrolýza

Stroncium lze získat ve formě tyčinek metodou elektrolýzy s kontaktní katodou. Při tomto postupu přichází chlazená železná tyč působící jako katoda do styku s povrchem roztavené směsi chloridu draselného a chloridu strontnatého.

Když stroncium tuhne na katodě (železná tyč), tyč stoupá.

Reakce

S chalkogeny a halogeny

Stroncium je aktivní redukující kov a reaguje s halogeny, kyslíkem a sírou za vzniku halogenidů, oxidů a síry. Stroncium je stříbřitý kov, ale při vystavení vzduchu oxiduje na oxid strontnatý:

SR (y) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (y)

Oxid tvoří tmavou vrstvu na povrchu kovu. Zatímco jeho reakce s chlorem a sírou jsou následující:

SR (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Stroncium reaguje s roztavenou sírou.

Se vzduchem

Může se kombinovat s kyslíkem za vzniku peroxidu stroncia; ale pro jeho tvorbu vyžaduje vysoký tlak kyslíku. Může také reagovat s dusíkem za vzniku nitridu strontnatého:

3SR (y) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (S)

Aby však reakce mohla nastat, musí být teplota nad 380 ° C.

S vodou

Stroncium může prudce reagovat s vodou za vzniku hydroxidu strontnatého, Sr (OH) ₂ a plynného vodíku. Reakce mezi stronciem a vodou nemá násilí pozorované v reakci mezi alkalickými kovy a vodou, stejně jako násilí pozorované v případě barya.

S kyselinami a vodíkem

Stroncium může reagovat s kyselinou sírovou a kyselinou dusičnou za vzniku síranu stroncia a dusičnanu. Rovněž kombinuje horký s vodíkem za vzniku hydridu stroncia.

Stroncium, stejně jako jiné těžké prvky v bloku periodické tabulky, má širokou škálu koordinačních čísel; jako je například 2, 3, 4, 22 a 24, při pohledu ve sloučeninách, jako je SrCd ₁₁ a SrZn ₁₃, například.

Aplikace

- Elementární stroncium

Slitiny

Používá se jako eutektický modifikátor ke zlepšení pevnosti a tažnosti slitiny Al-Ag. Používá se jako očkovací látka v tvárné slévárně železa k řízení tvorby grafitu. Přidává se také do slitin cínu a olova, což zvyšuje houževnatost a tažnost.

Kromě toho se používá jako deoxidační činidlo pro měď a bronz. K roztavenému hliníku se přidává malé množství stroncia, aby se optimalizovala roztavitelnost kovu, což je vhodnější pro výrobu předmětů, které jsou tradičně vyrobeny z oceli.

Je to legovací činidlo pro hliník nebo hořčík, které se používá při lití bloků motoru a kol. Stroncium zlepšuje manipulaci a tekutost kovu, ke kterému je legován.

Izotopy

Přes jeho škodlivé působení je ⁹⁰ Sr používán jako termoelektrický generátor, využívající tepelnou energii svého záření k výrobě dlouhotrvající elektřiny, s aplikací ve vesmírných vozidlech, vzdálených výzkumných stanicích a navigačních bójích.

⁸⁹ Sr byl použit v léčbě rakoviny kostí, s použitím typu radioaktivního na emise beta pro destrukci nádorových buněk.

Atom stroncia byl použit k vytvoření systému pro měření času, který sotva zpožďuje každou sekundu každých 200 milionů let. Díky tomu jsou hodinky nejpřesnější.

- Sloučeniny

Uhličitan

Ferity a magnety

Stroncium uhličitan (ÚOOZ ₃) reaguje s oxidu železitého (Fe ₂ O ₃), při teplotě mezi 1000 a 1300 ° C, za vzniku stroncia feritu. Tato rodina feritů má obecný vzorec SrFe _x O ₄.

Keramické magnety jsou vyrobeny z feritů a používají se v různých aplikacích. Mezi nimi: výroba reproduktorů, motory pro stírače čelních skel automobilů a hračky pro děti.

Uhličitan strontnatý se také používá při výrobě skla pro televizní obrazovky a zobrazovací jednotky.

Brýle

Kromě zlepšování vlastností skla pro displeje z tekutých krystalů (LCD) se používá také pro zasklení keramického zboží, čímž se zvyšuje jeho odolnost proti poškrábání a tvorbě bublin během vypalování.

Používá se při výrobě skla použitelného v optice, skleněných výrobcích a osvětlení. Je také součástí skleněných vláken a laboratorních a farmaceutických skel, protože zvyšuje tvrdost a odolnost proti poškrábání a také její jas.

Výroba kovů a solí

Používá se k získání vysoce čistého zinku, protože přispívá k odstranění nečistot olova. Pomáhá při výrobě chromanu strontnatého, sloučeniny, která se používá jako inhibitor koroze v tiskových barvách.

Odpadní voda a zářivky

Používá se při čištění odpadních vod pro odstraňování síranů. Kromě toho se používá při výrobě kyseliny orthofosforečné, která se používá při výrobě zářivek.

Pyrotechnika

Uhličitan strontnatý, stejně jako jiné soli stroncia, se v ohňostrojích používá karmínově červené barvy. Skvrna, která se také používá při testování stroncia.

Hydroxid

Používá se při extrakci cukru z řepy, protože hydroxid strontnatý se kombinuje s cukrem za vzniku komplexního sacharidu. Komplex může být disociován působením oxidu uhličitého, přičemž cukr zůstane volný. Používá se také při stabilizaci plastů.

Kysličník

Je přítomen ve skle používané při výrobě televizních obrazovek, počínaje touto aplikací v roce 1970. Barevné televizory, jakož i další zařízení, která obsahují katodové paprsky, jsou povinny používat k zastavení použití stroncia v přední desce Rentgenové paprsky.

Tyto televizory se již nepoužívají, protože katodové trubice byly nahrazeny jinými zařízeními, a proto není nutné použití sloučenin stroncia.

Na druhé straně se oxid strontnatý používá ke zlepšení kvality keramických glazur.

Chlorid

Chlorid strontnatý se používá v některých zubních pastách pro citlivé zuby a při výrobě ohňostrojů. Kromě toho se používá omezeným způsobem k odstraňování nežádoucích plynů v nádobách vystavených vakuu.

Ranelate

Používá se při léčbě osteoporózy, protože zvyšuje hustotu kostí a snižuje výskyt zlomenin. Při lokálním použití potlačuje podráždění senzorů. Jeho použití se však snížilo kvůli důkazu, že zvyšuje výskyt kardiovaskulárních chorob.

Hliník

Používá se jako přísada v elektronickém průmyslu. Často se také používá k tomu, aby určité hračky zářily ve tmě, protože se jedná o chemicky a biologicky inertní sloučeninu.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Stroncium. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Stroncium. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
4. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Stroncium. PubChem Database. CID = 5359327. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20. května 2013). Fakta o stronciu. Obnoveno z: livescience.com
6. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta o prvcích stroncia. Obnoveno z: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. července 2019). Fakta stroncia (atomové číslo 38 nebo Sr). Obnoveno z: thinkco.com
8. Lenntech BV (2019). Stroncium. Obnoveno z: lenntech.com