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

Стронций – металл щелочногоземельного характера. Представляет собой вещество серебристо-белого цвета (см. фото), очень мягкое и пластичное, легко разрезается даже обычным ножом. Обладает высокой активностью, горит в присутствии воздуха, вступает в химические взаимодействия с водой. В природных условиях в чистом виде не обнаружен. В основном его находят в составе ископаемых минералов, обычно в комплексе с кальцием.

Впервые он был найден в Шотландии в конце 18 века в селении с названием Строншиан, которое и дало название найденному минералу – стронцианиту. Но только спустя 30 лет после находки английский ученый Х. Дэви смог выделить его в чистом виде.

Соединения элемента используют в металлургическом производстве, медицине, пищевой промышленности. Очень интересно его свойство при горении выделять огни красного оттенка, что взяли на вооружение пиротехники в начале 20 века.

Действие стронция и его биологическая роль

Действие макроэлемента многие связывают с высокой токсичностью и радиоактивностью. Но такое мнение довольно ошибочно, т.к. природный элемент практически не обладает этими качествами и даже присутствует в тканях биологических организмов, выполняя важную биологическую роль и некоторые функции в качестве спутника кальция. Благодаря свойствам вещества, его используют в медицинских целях.

Основное скопления стронция в организме человека приходится на костные ткани. Это происходит благодаря тому, что элемент схож с кальцием по химическому действию, а тот в свою очередь является основным компонентом «строительства» скелета. А вот в мышцах содержится всего 1% от всей массы элемента в организме.

Также стронций присутствует в отложениях желчных и мочевых камней, опять же в присутствии кальция.

К слову, о вредности стронция – разрушительное для здоровья действие оказывают лишь радиоактивные изотопы, которые по своим химическим свойствам практически не отличаются от природного элемента. Возможно, по этой причине и возникла эта путаница.

Суточная норма

Суточная норма макроэлемента составляет примерно 1 мг. Это количество довольно легко восполняется с пищей и питьевой водой. Всего в организме распределено приблизительно 320 мг стронция.

Но стоит учитывать, что наш организм способен усваивать лишь 10% поступающего элемента, а получаем мы до 5 мг в сутки.

Недостаток стронция

Недостаток макроэлемента лишь теоретически может вызывать некоторые патологии, но пока это показано лишь в опытах на животных. Пока еще ученые не выявили негативного воздействия дефицита стронция на организм человека.

На данный момент выявлены только некоторые зависимости усвоения этого макроэлемента при воздействии других веществ, находящихся в организме. Например, этому процессу способствуют некоторые аминокислоты, прием витамины D и лактозы. А противное действие оказывают препараты, на основе сульфатов бария или натрия, а также продукты с большим содержанием пищевых грубых волокон.

Существует еще одна неприятная особенность – при возникновении дефицита кальция организм начинает накапливать радиоактивный стронций даже из воздуха (часто загрязненного промышленными предприятиями).

Чем опасен стронций для человека и в чем заключается его вред?

Стронций, все-таки способен оказывать вредное радиоактивное воздействие. Сам элемент по себе оказывает мало вреда, до сих пор не установлена критическая доза. А вот его изотопы могут вызвать болезни и разнообразные нарушения. Как и натуральный стронций, он скапливается в самом скелете, но его действие вызывает поражение костного мозга и разрушение самой структуры костей. Он может поражать клетки головного мозга и печени, и таким образом вызывать возникновения новообразований и опухолей.

Но одно из самых страшных последствий воздействия изотопа – это лучевая болезнь. В нашей стране до сих пор чувствуются последствия катастрофы в Чернобыле и накопленные запасы радиоактивного стронция дают о себе знать в почве, воде и самой атмосфере. Также получить большую дозу, можно работая на предприятиях, использующих элемент – там самый высокий уровень заболеваний саркомой костей и лейкемией.

Но и природный стронций способен вызывать неприятные последствия. Из-за довольно редкого стечения обстоятельств вроде неполноценного рациона, нехватки кальция, витамина D и дисбаланса в организме элементов, вроде селена и молибдена, получают развитие специфические заболевания – стронциевый рахит и уровская болезнь. Последняя получила имя от местности, где ими еще в 19 веке страдали местные жители. Они становились инвалидами из-за искривления структуры скелета, костей и суставов. Причем страдали по большей части те люди, которые с самого детства росли в этих местах. Только в 20 веке выяснили, что воды местной реки содержали повышенное количество элемента. А в период роста именно костно-суставная система подвергается наибольшему влиянию.

Попадания оксида стронция на слизистые оболочки рта или глаз, способны вызывать ожоги и глубокие повреждения. А вдыхание его с воздухом может способствовать развитию патологических болезней в легких – фиброз, бронхит, а также возможна сердечная недостаточность.

В качестве лечения обычно применяют препараты на основе кальция, магния, сульфатов натрия или бария. Также возможно использование комплексообразователей, которые связывают и выводят радиоактивные токсины из клеток.

Попадая в почву, токсичный изотоп стронция способен таким образом накапливаться в волокнах растений, а затем и в организмах животных. Таким образом человеческий организм медленно, но верно накапливает токсины, употребляя отравленные продукты. Немного спасти положение может термическая обработка продуктов, которая способствует довольно значительному снижению содержания вредного токсина в них.

Этот радионуклеид очень сложно выводится из организма, ведь почти полгода ему может потребоваться, чтобы избавиться хотя бы от половины накопленного запаса.

В каких продуктах питания содержится?

Показания к лечению препаратами на основе этого элемента

Показания к назначению макроэлемента, несмотря на его возможную токсичность все же есть. И даже радиоактивный изотоп применяется в медицинских целях. Его излучение в позволенных дозах может оказывать лечебное воздействие на эрозии, опухоли на коже и слизистых оболочках. При более глубоких очагах этот способ уже используется.

Также его соединения служат препаратами для лечения эпилепсии, нефритов и исправления деформации в детском возрасте ортопедами. В некоторой мере может служить противоглистным средством.

Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов 88 Sr (82,56%), 86 Sr (9,86%), 87 Sr (7,02%) и 84 Sr (0,56%). Распространенность изотопов стронция варьируетcя в связи с образованием 87 Sr за счет распада природного 87 Rb. По этой причине точный изотопный состав стронция в породе или минерале, которые содержат рубидий, зависит от возраста и отношения Rb/Sr в данной породе или минерале.

Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в том числе 90 Sr (Т 1/2 = 29,12 года), образующийся при делении урана. Степень окисления +2, очень редко +1.

История открытия элемента.

Свое название стронций получил от минерала стронцианита, найденного в 1787 в свинцовом руднике около Стронциана (Шотландия). В 1790 английским химиком Адером Кроуфордом (Crawford Ader) (1748–1795) было показано, что стронцианит содержит новую, еще неизвестную «землю». Эту особенность стронцианита установил также и немецкий химик Мартин Генрих Клапрот (Klaproth Martin Heinrich) (1743–1817). Английский химик Т.Хоп (Hope T.) в 1791 доказал, что в стронцианите содержится новый элемент. Он четко разграничил соединения бария, стронция и кальция, используя, помимо других методов, характерную окраску пламени: желто-зеленую для бария, ярко-красную для стронция и оранжево-красную для кальция.

Независимо от западных ученых, петербургский академик Тобиаш (Товий Егорович) Ловиц (1757–1804) в 1792, исследуя минерал барит, пришел к заключению, что в нем, помимо оксида бария, в качестве примеси находится и «стронцианова земля». Он сумел извлечь из тяжелого шпата более 100 г новой «земли» и исследовал ее свойства. Результаты этой работы были опубликованы в 1795. 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 карминово-красный цвет, и, действительно, моя соль... обладала в полной мере этим свойством».

В свободном виде стронций первым выделил английский химик и физик Гемфри Дэви в 1808. Металлический стронций был получен при электролизе его увлажненного гидроксида. Выделявшийся на катоде стронций соединялся с ртутью, образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.

Распространенность стронция в природе и его промышленное получение. Содержание стронция в земной коре составляет 0,0384%. Он является пятнадцатым по распространенности и следует сразу за барием, немного уступая фтору. В свободном виде стронций не встречается. Он образует около 40 минералов. Наиболее важный из них – целестин SrSO 4 . Добывают также стронцианит SrCO 3 . Стронций присутствует в качестве изоморфной примеси в различных магниевых, кальциевых и бариевых минералах.

Стронций содержится и в природных водах. В морской воде его концентрация составляет 0,1 мг/л. Это означает, что в водах Мирового океана содержатся миллиарды тонн стронция. Минеральные воды, содержащие стронций, считают перспективным сырьем для выделения этого элемента. В океане часть стронция концентрируется в железомарганцевых конкрециях (4900 т в год). Стронций накапливается также простейшими морскими организмами – радиоляриями, скелет которых построен из SrSO 4 .

Доскональная оценка мировых промышленных ресурсов стронция не проводилась, но полагают, что они превышают 1 млрд. т.

Наиболее крупные залежи целестина – в Мексике, Испании и Турции. В России подобные месторождения есть в Хакассии, Пермской и Тульской области. Однако потребности в стронции в нашей стране удовлетворяются, в основном, за счет импорта, а также переработки апатитового концентрата, где карбонат стронция составляет 2,4%. Специалисты считают, что добыча стронция в недавно открытом Кишертском месторождении (Пермская область) может повлиять на ситуацию на мировом рынке этого продукта. Цена на пермский стронций может оказаться примерно в 1,5 раза ниже, чем на американский, стоимость которого сейчас составляет около 1200 долл. за тонну.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического стронция.

Металлический стронций имеет серебристо-белую окраску. В неочищенном состоянии он окрашен в бледно-желтый цвет. Это сравнительно мягкий металл, легко режется ножом. При комнатной температуре стронций имеет кубическую гранецентрированную решетку (a -Sr); при температуре выше 231° С превращается в гексагональную модификацию (b -Sr); при 623° С переходит в кубическую объёмноцентрированную модификацию (g -Sr). Стронций относится к легким металлам, плотность его a -формы 2,63г/см3 (20° С). Температура плавления стронция равна 768° С, температура кипения составляет 1390° С.

Являясь щелочноземельным металлом, стронций активно реагирует с неметаллами. При комнатной температуре металлический стронций покрывается пленкой из оксида и пероксида. При нагревании на воздухе воспламеняется. Стронций легко образует нитрид, гидрид и карбид. При повышенных температурах стронций реагирует с диоксидом углерода:

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

Металлический стронций взаимодействует с водой и кислотами, выделяя из них водород:

Sr + 2H 3 O + = Sr 2+ + H 2 ­ + 2H 2 O

Реакция не идет в тех случаях, когда образуются малорастворимые соли.

Стронций растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синих растворов, из которых при выпаривании можно получить блестящий аммиакат медного цвета Sr(NH 3) 6 , постепенно разлагающийся до амида Sr(NH 2) 2 .

Для получения металлического стронция из природного сырья целестиновый концентрат сначала восстанавливают при нагревании углем до сульфида стронция. Затем сульфид стронция обрабатывают соляной кислотой, а полученный хлорид стронция обезвоживают. Стронцианитовый концентрат разлагают обжигом при 1200° С, а затем растворяют образовавшийся оксид стронция в воде или кислотах. Нередко стронцианит сразу растворяют в азотной или соляной кислоте.

Металлический стронций получают электролизом смеси расплавленных хлорида стронция (85%) и хлорида калия или аммония (15%) на никелевом или железном катоде при 800° С. Полученный этим методом стронций обычно содержит 0,3–0,4% калия.

Используют также высокотемпературное восстановление оксида стронция алюминием:

4SrO + 2Al = 3Sr + SrO·Al 2 O 3

Для металлотермического восстановления оксида стронция применяют также кремний или ферросилиций. Процесс ведут при 1000° С в вакууме в стальной трубке. Хлорид стронция восстанавливают металлическим магнием в атмосфере водорода.

Крупнейшими производителями стронция являются Мексика, Испания, Турция и Великобритания.

Несмотря на довольно большое содержание в земной коре, широкого применения металлический стронций еще не нашел. Как и другие щелочноземельные металлы, он способен очищать черный металл от вредных газов и примесей. Это свойство дает стронцию перспективу применения в металлургии. Кроме того, стронций является легирующей добавкой к сплавам магния, алюминия, свинца, никеля и меди.

Металлический стронций поглощает многие газы и поэтому используется в качестве геттера в электровакуумной технике.

Соединения стронция.

Преобладающая степень окисления (+2) для стронция обусловлена, в первую очередь, его электронной конфигурацией. Он образует многочисленные бинарные соединения и соли. В воде хорошо растворимы хлорид, бромид, иодид, ацетат и некоторые другие соли стронция. Большинство солей стронция мало растворимы; среди них сульфат, фторид, карбонат, оксалат. Малорастворимые соли стронция легко получаются обменными реакциями в водном растворе.

Многие соединения стронция имеют необычное строение. Например, изолированные молекулы галогенидов стронция заметно изогнуты. Валентный угол составляет ~120° для SrF 2 и ~115° – для SrCl 2 . Это явление можно объяснить с помощью sd- (а не sp-) гибридизации.

Оксид стронция SrO получают прокаливанием карбоната или дегидратацией гидроксида при температуре красного каления. Энергия решетки и температура плавления этого соединения (2665° С) очень высоки.

При прокаливании оксида стронция в кислородной среде при высоком давлении образуется пероксид SrO 2 . Получен также желтый надпероксид Sr(O 2) 2 . При взаимодействии с водой оксид стронция образует гидроксид Sr(OH) 2 .

Оксид стронция – компонент оксидных катодов (эмиттеров электронов в электровакуумных приборах). Он входит в состав стекла кинескопов цветных телевизоров (поглощает рентгеновское излучение), высокотемпературных сверхпроводников, пиротехнических смесей. Его применяют как исходное вещество для получения металлического стронция.

В 1920 американец Хилл впервые применил матовую глазурь, в состав которой входили оксиды стронция, кальция и цинка, однако этот факт остался незамеченным, и новая глазурь не стала конкурентом традиционных свинцовых глазурей. Лишь в годы Второй мировой войны, когда свинец стал особо дефицитным, вспомнили об открытии Хилла. Это вызвало лавину исследований: в разных странах появились десятки рецептур стронциевых глазурей. Стронциевые глазури не только менее вредны по сравнению со свинцовыми, но и более доступны (карбонат стронция в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). При этом им свойственны все положительные качества свинцовых глазурей. Более того, изделия, покрытые такими глазурями, приобретают дополнительную твердость, термостойкость, химическую стойкость.

На основе оксидов 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.

Гидроксид стронция Sr(OH)2 считают умеренно сильным основанием. Он не очень хорошо растворим в воде, поэтому его можно осадить при действии концентрированного раствора щелочи:

SrCl 2 + 2KOH(конц) = Sr(OH) 2 Ї + 2KCl

При обработке кристаллического гидроксида стронция пероксидом водорода образуется SrO 2 ·8H 2 O.

Гидроксид стронция может применяться для выделения сахара из патоки, однако обычно используют более дешевый гидроксид кальция.

Карбонат стронция SrCO 3 мало растворим в воде (2·10 –3 г в 100 г при 25° С). В присутствии избытка диоксида углерода в растворе он превращается в гидрокарбонат Sr(HCO 3) 2 .

При нагревании карбонат стронция разлагается на оксид стронция и диоксид углерода. Он взаимодействует с кислотами с выделением диоксида углерода и образованием соответствующих солей:

SrCO 2 + 3HNO 3 = Sr(NO 3) 2 + CO 2 ­ + H 2 O

Основные сферы карбоната стронция в современном мире – производство кинескопов для цветных телевизоров и компьютеров, керамических ферритовых магнитов, керамических глазурей, зубной пасты, антикоррозионных и фосфоресцирующих красок, высокотехнологичной керамики, в пиротехнике. Наиболее емкими направлениями потребления являются первые два. При этом спрос на карбонат стронция в производстве телевизионного стекла повышается с ростом популярности телеэкранов более крупных размеров. Возможно, развитие технологии производства плоских телеэкранов снизит спрос на карбонат стронция для телевизионных дисплеев, однако эксперты в промышленности считают, что в ближайшие 10 лет плоские телеэкраны не станут значительными конкурентами традиционных.

Европа потребляет львиную долю карбоната стронция для производства ферритовых стронциевых магнитов, которые используются в автомобильной промышленности, где они применяются для магнитных задвижек в дверцах автомобилей и тормозных системах. В США и Японии карбонат стронция используют преимущественно в производстве телевизионного стекла.

В течение многих лет крупнейшими в мире производителями карбоната стронция являлись Мексика и Германия, производственные мощности по выпуску этого товара в которых сейчас составляют соответственно 103 тыс. и 95 тыс. т в год. В Германии используют в качестве сырья импортный целестин, а мексиканские заводы работают на местном сырье. В последнее время годовые мощности по производству карбоната стронция расширились в Китае (примерно до 140 тыс. т). Китайский карбонат стронция активно продается в Азии и Европе.

Нитрат стронция Sr(NO 3) 2 хорошо растворим в воде (70,5 г в 100 г при 20° С). Его получают взаимодействием металлического стронция, оксида, гидроксида или карбоната стронция с азотной кислотой.

Нитрат стронция – компонент пиротехнических составов для сигнальных, осветительных и зажигательных ракет. Он окрашивает пламя в карминово-красный цвет. Хотя другие соединения стронция придают пламени такую же окраску, в пиротехнике предпочитают использовать именно нитрат: он не только окрашивает пламя, но одновременно служит окислителем. Разлагаясь в пламени, он выделяет свободный кислород. При этом сначала образуется нитрит стронция, который затем превращается в оксиды стронция и азота.

В России соединения стронция широко использовались в пиротехнических составах. Во времена Петра Первого (1672–1725) их применяли для получения «потешных огней», устраивавшихся при проведении различных торжеств и празднеств. Академик А.Е.Ферсман назвал стронций «металлом красных огней».

Сульфат стронция SrSO 4 мало растворим в воде (0,0113 г в 100 г при 0° С). При нагревании выше 1580° С он разлагается. Его получат осаждением из растворов солей стронция сульфатом натрия.

Сульфат стронция используется как наполнитель при изготовлении красок и резины и утяжелитель в буровых растворах.

Хромат стронция SrCrO 4 осаждается в виде желтых кристаллов при смешивании растворов хромовой кислоты и гидроксида бария.

Дихромат стронция, образующийся при действии кислот на хромат, хорошо растворим в воде. Для перевода хромата стронция в дихромат достаточно такой слабой кислоты, как уксусная:

2SrCrO 4 + 2CH 3 COOH = 2Sr 2+ + Cr 2 O 7 2– + 2CH 3 COO – + H 2 O

Так его можно отделить от менее растворимого хромата бария, который удается превратить в дихромат только действием сильных кислот.

Хромат стронция обладает высокой светостойкостью, он очень устойчив к воздействию высоких температур (до 1000° С), обладает хорошими пассивирующими свойствами по отношению к стали, магнию и алюминию. Хромат стронция применяется как желтый пигмент в производстве лаков и художественных красок. Его называют «стронциановый желтый». Он входит в состав грунтовок на основе водорастворимых смол и особенно грунтовок на основе синтетических смол для легких металлов и сплавов (авиагрунтовок).

Титанат стронция SrTiO 3 не растворяется в воде, однако переходит в раствор под действием горячей концентрированной серной кислоты. Его получают спеканием оксидов стронция и титана при 1200–1300° С или соосажденных труднорастворимых соединений стронция и титана выше 1000° С. Титанат стронция применяют как сегнетоэлектрик, он входит в состав пьезокерамики. В технике сверхвысоких частот он служит в качестве материала для диэлектрических антенн, фазовращателей и других устройств. Пленки из титаната стронция используют при изготовлении нелинейных конденсаторов и датчиков инфракрасного излучения. С их помощью создают слоистые структуры диэлектрик – полупроводник – диэлектрик – металл, которые применяются в фотоприемниках, запоминающих устройствах и других приборах.

Гексаферрит стронция SrO·6Fe 2 O 3 получают спеканием смеси оксида железа (III) и оксида стронция. Это соединение используют в качестве магнитного материала.

Фторид стронция SrF 2 мало растворим в воде (чуть более 0,1 г в 1 л раствора при комнатной температуре). Он не взаимодействует с разбавленными кислотами, но переходит в раствор под действием горячей соляной кислоты. В криолитовых копях Гренландии найден минерал, содержащий фторид стронция – ярлит NaF·3SrF 2 ·3AlF 3 .

Фторид стронция используется в качестве оптического и ядерного материла, компонента специальных стекол и люминофоров.

Хлорид стронция SrCl 2 хорошо растворим в воде (34,6% по массе при 20° С). Из водных растворов ниже 60,34° С кристаллизуется гексагидрат SrCl 2 ·6H 2 O, расплывающийся на воздухе. При более высоких температурах он теряет сначала 4 молекулы воды, затем еще одну, а при 250° С полностью обезвоживается. В отличие от гексагидрата хлорида кальция гексагидрат хлорида стронция мало растворим в этаноле (3,64% по массе при 6° С), что используется для их разделения.

Хлорид стронция используется в пиротехнических составах. Его применяют также в холодильной технике, медицине, косметике.

Бромид стронция SrBr 2 гигроскопичен. В насыщенном водном растворе его массовая доля составляет 50,6% при 20° С. Ниже 88,62° С из водных растворов кристаллизуется гексагидрат SrBr 2 ·6H 2 O, выше этой температуры – моногидрат SrBr 3 ·H 2 O. Гидраты полностью обезвоживаются при 345° С.

Бромид стронция получают реакцией стронция с бромом или оксида (либо карбоната) стронция с бромоводородной кислотой. Он используется в качестве оптического материала.

Иодид стронция SrI 2 хорошо растворим в воде (64,0% по массе при 20° С), хуже – в этаноле (4,3% по массе при 39° С). Ниже 83,9° С из водных растворов кристаллизуется гексагидрат SrI 2 ·6H 2 O, выше этой температуры – дигидрат SrI 2 ·2H 2 O.

Иодид стронция служит в качестве люминесцентного материала в сцинтилляционных счетчиках.

Сульфид стронция SrS получают при нагревании стронция с серой или восстановлением сульфата стронция углем, водородом и другими восстановителями. Его бесцветные кристаллы разлагаются водой. Сульфид стронция применяется как компонент люминофоров, фосфоресцирующих составов, средств для удаления волос в кожевенной промышленности.

Карбоксилаты стронция можно получить при взаимодействии гидроксида стронция с соответствующими карбоновыми кислотами. Стронциевые соли жирных кислот («стронциевые мыла») используют для изготовления специальных консистентных смазок.

Стронциеорганические соединения . Чрезвычайно активные соединения состава SrR 2 (R = Me, Et, Ph, PhCH 2 и т.д.) могут быть получены при использовании HgR 2 (часто лишь при низкой температуре).

Бис(циклопентадиенил)стронций является продуктом прямой реакции металла с или с самим циклопентадиеном

Биологическая роль стронция.

Стронций – составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий скелет состоит из сульфата стронция – целестина. Морские водоросли содержат 26–140 мг стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения – около 2,6, морские животные – 2–50, наземные животные – около 1,4, бактерии – 0,27–30. Накопление стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения содержания стронция и других элементов, главным образом кальция и фосфора, в окружающей среде.

Животные получают стронций с водой и пищей. Некоторые вещества, например полисахариды водорослей, препятствует усвоению стронция. Стронций накапливается в костной ткани, в золе которой содержится около 0,02% стронция (в других тканях – около 0,0005%).

Соли и соединения стронция относятся к малотоксичным веществам, однако при избытке стронция поражаются костная ткань, печень и мозг. Будучи близок к кальцию по химическим свойствам, стронций резко отличается от него по своему биологическому действию. Избыточное содержание этого элемента в почвах, водах и продуктах питания вызывает «уровскую болезнь» у человека и животных (по названию реки Уров в Восточном Забайкалье) – поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения.

Особенно опасны радиоактивные изотопы стронция.

В результате ядерных испытаний и аварий на АЭС в окружающую среду поступило большое количество радиоактивного стронция-90, период полураспада которого составляет 29,12 года. До тех пор, пока не были запрещены испытания атомного и водородного оружия в трех средах, число пострадавших от радиоактивного стронция росло из года в год.

В течение года после завершения атмосферных ядерных взрывов в результате самоочищения атмосферы большая часть радиоактивных продуктов, в том числе стронция-90, выпала из атмосферы на поверхность земли. Загрязнение природной среды за счет выведения из стратосферы радиоактивных продуктов ядерных взрывов, проводившихся на полигонах планеты в 1954–1980, сейчас играет второстепенную роль, вклад этого процесса в загрязнение атмосферного воздуха 90 Sr на два порядка меньше, чем от ветрового подъема пыли с почвы, загрязненной при ядерных испытаниях и в результате радиационных аварий.

Стронций-90, наряду с цезием-137, являются основными загрязняющими радионуклидами на территории России. На радиационную обстановку существенно влияет наличие загрязненных зон, появившихся вследствие аварий на Чернобыльской АЭС в 1986 и на ПО «Маяк» в Челябинской области в 1957 («Кыштымская авария»), а также в окрестностях некоторых предприятий ядерно-топливного цикла.

Сейчас время средние концентрации 90 Sr в воздухе за пределами территорий, загрязненных в результате Чернобыльской и Кыштымской аварий, вышли на уровни, наблюдавшиеся до аварии на Чернобыльской АЭС. В гидрологических системах, связанных с зонами, загрязненными при этих авариях, существенно сказывается смыв стронция-90 с поверхности почвы.

Попадая в почву, стронций вместе с растворимыми соединениями кальция поступает в растения. Больше других накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше – злаки, в том числе зерновые, и лён. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне).

Из растений стронций-90 может непосредственно или через животных перейти в организм человека. У мужчин стронций-90 накапливается в большей степени, чем у женщин. В первые месяцы жизни ребенка отложение стронция-90 на порядок выше, чем у взрослого человека, он поступает в организм с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Радиоактивный стронций сосредотачивается в скелете и, таким образом, подвергает организм длительному радиоактивному воздействию. Биологическое действие 90 Sr связано с характером его распределения в организме и зависит от дозы b -облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90 Y. При длительном поступлении 90 Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет.

Применение стронция-90.

Радиоизотоп стронция применяется в производстве атомных электрических батарей. Принцип действия таких батарей основан на способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой энергией, преобразуемой затем в электрическую. Элементы из радиоактивного стронция, соединенные в миниатюрную батарейку (размером со спичечную коробку), способны безотказно служить без перезарядки 15–25 лет, такие батареи незаменимы для космических ракет и искусственных спутников Земли. А швейцарские часовщики с успехом используют крохотные стронциевые батарейки для питания электрочасов.

Отечественными учеными создан изотопный генератор электрической энергии для питания автоматических метеостанций на основе стронция-90. Гарантийный срок службы такого генератора – 10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим током нуждающиеся в нем приборы. Все обслуживание его заключается лишь в профилактических осмотрах – раз в два года. Первые образцы генератора установлены в Забайкалье и в верховьях таежной речки Кручины.

В Таллинне работает атомный маяк. Главная его особенность – радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых в результате распада стронция-90 возникает тепловая энергия, преобразуемая затем в световую.

Устройства, в которых используется радиоактивный стронций, применяются для измерения толщины. Это необходимо для контроля и управления процессом производства бумаги, тканей, тонких металлических лент, пластмассовых пленок, лакокрасочных покрытий. Изотоп стронция используется в приборах для измерения плотности, вязкости и других характеристик вещества, в дефектоскопах, дозиметрах, сигнализаторах. На машиностроительных предприятиях часто можно встретить так называемые b -реле, они контролируют подачу заготовок на обработку, проверяют исправности инструмента, правильность положения детали.

При производстве материалов, являющихся изоляторами (бумага, ткани, искусственное волокно, пластмассы и т. д.), вследствие трения возникает статическое электричество. Чтобы избежать этого, пользуются ионизирующими стронциевыми источниками.

Елена Савинкина

Его название происходит от деревни Strontian в Шотландии, где был обнаружен минерал, содержащий стронций. В 1790 году стронций был идентифицирован как индивидуальный элемент А. Крофордом и В. Крюикшенком. Впервые выделил металлический стронций Г. Дэви в 1808 году.

Получение:

На долю стронция приходится 0,008 % общего числа атомов земной коры. Помимо силикатных пород стронций встречается в виде своих труднорастворимых углекислых и сернокислых солей: SrCO 3 - стронцианит, SrSO 4 - целестин.
В свободном состоянии может быть получен накаливанием оксида с металлическим алюминием в высоком вакууме:
3SrO+2Al=Al 2 O 3 +3Sr

Физические свойства:

Как и кальций, стронций представляет собой ковкий золотисто-желтый металл, он значительно мягче кальция. Летучие соединения стронция окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

Химические свойства:

На воздухе стронций покрывается пленкой, содержащей, наряду с оксидом, пероксид и нитрид стронция. Вследствие быстрого окисления металл хранят в минеральном масле или запаянным в ампулы.
Реагирует при нагревании с водородом и азотом, галогенами. Легко вытесняет водород не только из разбавленных кислот, но и из воды. Растворяется в жидком аммиаке. В своих соединениях двухвалентен.

Важнейшие соединения:

Оксид стронция представляет собой белое тугоплавкое вещество, энергично присоединяющее воду с образованием белого гидроксида. Наряду с оксидом известен белый пероксид стронция(II)
Гидроксид стронция, Sr(OH) 2 - сильное основание, хорошо растворимое в воде. При взаимодействии с кислотами оксид и гидроксид легко образуют соли, как правило, бесцветные.
Нитрат стронция, Sr(NO 3) 2 выделяется в виде кристаллогидратов, которые очень легко растворимы в воде. Нитратам аналогичны по составу хлораты, броматы, иодаты.
Растворимость солей в воде уменьшается в ряду: Ca - Sr - Ba и Cl - Br - I.
Сульфид стронция представляет собой твердое белое вещество. Известны полисульфиды стронция SrS n .

Применение:

Стронций - геттер в электровакуумных приборах, модификатор сплавов, чугунов и сталей. Радиоактивные изотопы 89 Sr и 90 Sr используются как источники b -излучения.
Нитрат стронция служит в пиротехнике для изготовления составов, дающих при сгорании ярко окрашенное пламя красного цвета (фейерверки и сигнальные ракеты).
Многие соединения стронция используются как компоненты керамик, люминофоры, оптические материалы.
Стронций способен накапливаться в организме человека, замещая кальций, что ведет к повышению хрупкости костей. Но если это не природный стронций, а образующийся в результате ядерных взрывов 90 Sr, то последствия гораздо тяжелее: поражение костного мозга, лейкемия, лучевая болезнь.

Эльмик Галина

См. также:
С.И. Венецкий. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах.

Стро́нций - элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций (CAS-номер: 7440-24-6) - мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

История и происхождение названия

Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Строншиан, 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.

Получение

Существуют 3 способа получения металлического стронция:
1. термическое разложение некоторых соединений
2. электролиз
3. восстановление оксида или хлорида
Основным промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой.
Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl 2 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 легкому воспламенению.

Химические свойства

Стронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +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 + 2H 2 O = Sr(OH) 2 + H 2

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H 2 SO 4 , HNO 3) реагирует слабо.
Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.
Энергично реагирует с неметаллами - серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200оС), азотом (выше 400оС). Практически не реагирует с щелочами.
При высоких температурах реагирует с CO 2 , образуя карбид:
5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl - , I - , NO 3 - . Соли с анионами F - , SO 4 2- , CO 3 2- , PO 4 3- малорастворимы.

Стронций (лат. Strontium), Sr, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 38, атомная масса 87,62, серебристо-белый металл. Природный Стронций состоит из смеси четырех стабильных изотопов: 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr и 88 Sr; наиболее распространен 88 Sr (82,56%).

Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в т.ч. 90 Sr (T ½ = 27,7 года), образующийся при делении урана. В 1790 году шотландский врач А. Крофорд, исследуя найденный близ населенного пункта Строншиан (в Шотландии) минерал, обнаружил, что он содержит неизвестную ранее "землю", которая была названа стронцианом. Позднее оказалось, что это оксид Стронция SrO. В 1808 Г. Дэви, подвергая электролизу с ртутным катодом смесь увлажненного гидрооксида Sr(OH) 2 с оксидом ртути, получил амальгаму Стронция.

Распространение Стронция в природе. Среднее содержание Стронция в земной коре (кларк) 3,4·10 -2 % по массе, в геохимических процессах он является спутником кальция. Известно около 30 минералов Стронция; важнейшие - целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 . В магматических породах Стронций находится преимущественно в рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решетку кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере Стронций накапливается в карбонатных породах и особенно в осадках соленых озер и лагун (месторождения целестина).

Физические свойства Стронция. При комнатной температуре решетка Стронция кубическая гранецентрированная (α-Sr) с периодом а = 6,0848Å; при температуре выше 248 °С превращается в гексагональную модификацию (β-Sr) с периодами решетки а = 4,32Å и с = 7,06 Å; при 614 °C переходит в кубическую объемноцентрированную модификацию (γ-Sr) с периодом а = 4,85Å. Атомный радиус 2,15Å, ионный радиус Sr 2+ 1,20Å. Плотность α-формы 2,63 г/см 3 (20 °C); t пл 770 °С, t кип 1383 °C; удельная теплоемкость 737,4 кдж/(кг·К) ; удельное электросопротивление 22,76·10 -6 ом·см -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2·10 -6 . Стронций - мягкий пластичный металл, легко режется ножом.

Химические свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Sr 5s 2 ; в соединениях обычно имеет степень окисления +2. Стронций - щелочноземельный металл, по химические свойствам сходен с Ca и Ba. Металлический Стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую поверхностную пленку, содержащую оксид SrO, пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . С кислородом при обычных условиях образует оксид SrO (серовато-белый порошок), которая на воздухе легко переходит в карбонат SrCO 3 ; с водой энергично взаимодействует, образуя гидроксид Sr(OH) 2 - основание более сильное, чем Ca(OH) 2 . При нагревании на воздухе легко воспламеняется, а порошкообразный Стронций на воздухе самовозгорается, поэтому хранят Стронций в герметически закрытых сосудах под слоем керосина. Бурно разлагает воду с выделением водорода и образованием гидроксида. При повышенных температурах взаимодействует с водородом (>200 °C), азотом (>400 °C), фосфором, серой и галогенами. При нагревании образует интерметаллические соединения с металлами, например SrPb 3 , SrAg 4 , SrHg 8 , SrHg 12 . Из солей Стронция хорошо растворимы в воде галогениды (кроме фторида), нитрат, ацетат, хлорат; трудно растворимы карбонат, сульфат, оксалат и фосфат. Осаждение Стронция в виде оксалата и сульфата используют для его аналитического определения. Многие соли Стронция образуют кристаллогидраты, содержащие от 1 до 6 молекул кристаллизационной воды. Сульфид SrS постепенно гидролизуется водой; нитрид Sr 3 N 2 (черные кристаллы) легко разлагается водой с выделением NH 3 и Sr(OH) 2 . Стронций хорошо растворяется в жидком аммиаке, давая растворы темно-синего цвета.

Получение Стронция. Основным сырьем для получения соединений Стронция служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический Стронций получают восстановлением оксида Стронция алюминием при 1100-1150 °C:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrO·Al 2 O 3 .

Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст.)] периодического действия. Пары Стронция конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и расплавляют конденсат, который стекает в изложницу. Стронций получают также электролизом расплава, содержащего 85% SrCl 2 и 15% KCl, однако при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязненным солями, нитридом и оксидом. В промышленности электролизом с жидким катодом получают сплавы Стронция, например, с оловом.

Применение Стронция. Стронций служит для раскисления меди и бронзы. 90 Sr - источник β-излучения в атомных электрических батареях. Стронций используется для изготовления люминофоров и фотоэлементов, а также сильно пирофорных сплавов. Оксид Стронция входит в состав некоторых оптических стекол и оксидных катодов электронных ламп. Соединения Стронция окрашивают пламя в интенсивный вишнево-красный цвет, благодаря чему некоторые из них находят применение в пиротехнике. Стронцианит вводят в шлак для очистки высокосортных сталей от серы и фосфора; карбонат Стронция используют в неиспаряющихся геттерах, а также добавляют в состав стойких к атмосферным воздействиям глазурей и эмалей для покрытия фарфора, сталей и жаропрочных сплавов. Хромат SrCrO 4 - очень устойчивый пигмент для изготовления художественных красок, титанат SrTiO 3 применяют как сегнетоэлектрик, он входит в состав пьезокерамики. Стронциевые соли жирных кислот ("стронциевые мыла") используют для изготовления специальных консистентных смазок.

Соли и соединения Стронций малотоксичны; при работе с ними следует руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Стронций в организме. Стронций - составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата Стронция - целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг Стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление Стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде Стронция с другими элементами, главным образом с Ca и P, а также от адаптации организмов к определенной геохимической среде.

Животные получают Стронций с водой и пищей. Всасывается Стронций тонким, а выделяется в основном толстым кишечником. Ряд веществ (полисахариды водорослей, катионообменные смолы) препятствует усвоению Стронция. Главное депо Стронция в организме - костная ткань, в золе которой содержится около 0,02% Стронция (в других тканях - около 0,0005%). Избыток солей Стронций в рационе крыс вызывает "стронциевый" рахит. У животных, обитающих на почвах со значит, количеством целестина, наблюдается повышенное содержание Стронция в организме, что приводит к ломкости костей, рахиту и другим заболеваниям. В биогеохимических провинциях, богатых Стронцием (ряд районов Центральной и Восточной Азии, Северной Европы и других), возможна так называемых уровская болезнь.

Стронций-90. Среди искусственных изотопов Стронций его долгоживущий радионуклид 90 Sr - один из важных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Попадая в окружающую среду, 90 Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90 Sr принято рассчитывать отношение 90 Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90 Sr на 1 г Ca). При передвижении 90 Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация Стронций, для количественного выражения которой находят "коэффициент дискриминации", отношение 90 Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90 Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения 90 Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое влияние имеет тип почвы, ее влажность, рН, содержание Ca и органических веществ и т. д.). Относительно больше накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в т. ч. зерновые, и лен. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90 Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90 Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и других. Большую опасность 90 Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Биологическое действие 90 Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы β-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90 Y. При длительном поступлении 90 Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании 90 Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в 1963 году в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90 Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.