Стронций - характеристика на свойства със снимка, неговата биологична роля в човешкото тяло, лечение с лекарства на базата на химичен елемент. Химичен елемент стронций - описание, свойства и формула

Стронций- елемент от главната подгрупа на втората група, петия период от периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 38. Означава се със символа Sr (лат. Strontium). Простото вещество стронций е мек, ковък и пластичен алкалоземен метал със сребристо-бял цвят. Има висока химическа активност, във въздуха бързо реагира с влага и кислород, покривайки се с жълт оксиден филм.

През 1764 г. в оловна мина близо до шотландското село Стронтиан е открит минерал, който наричат ​​стронцианит. За дълго времесмятан е за разновидност на флуорита CaF2 или видерита BaCO3, но през 1790 г. английските минералози Крофорд и Круикшанк анализират този минерал и откриват, че той съдържа нова „земя“, а на днешния език оксид.

Независимо от тях същият минерал е изследван от друг английски химик Хоуп. След като стигна до същите резултати, той обяви, че в стронцианита има нов елемент - металът стронций.

Очевидно откритието вече е „висяло във въздуха“, защото почти едновременно видният немски химик Клапрот обяви откриването на нова „земя“.

През същите години известният руски химик академик Товий Егорович Ловиц също се натъква на следи от "стронциева земя". Той отдавна се интересуваше от минерала, известен като тежък шпат. В този минерал (съставът му е BaSO4) Карл Шееле открива през 1774 г. оксида на новия елемент барий. Не знаем защо Ловиц не беше безразличен към тежкия лост; известно е само, че ученият, който откри адсорбционните свойства на въглищата и направи много повече в областта на общата и органичната химия, събра проби от този минерал. Но Ловиц не беше просто колекционер, той скоро започна систематично да изучава тежки шпатове и през 1792 г. стигна до заключението, че този минерал съдържа неизвестен примес. Той успя да извлече доста от колекцията си - повече от 100 г нова "земя" и продължи да изследва нейните свойства. Резултатите от изследването са публикувани през 1795 г.

Така почти едновременно няколко изследователи в различни странисе доближи до откриването на стронций. Но в елементарната си форма той е разкрит едва през 1808 г.

Изключителният учен на своето време, Хъмфри Дейви, вече е разбрал, че елементът стронциева земя трябва, очевидно, да бъде алкалоземен метал, и го получи чрез електролиза, т.е. по същия начин като калций, магнезий, барий. По-конкретно, първият в света метален стронций е получен чрез електролиза на неговия навлажнен хидроксид. Стронцийът, освободен на катода, моментално се свързва с живака, образувайки амалгама. Разлагайки амалгамата чрез нагряване, Дейви изолира чистия метал.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http:// www. всичко най-добро. en/

Въведение

5. Подходи за вземане на проби

Оферти

Въведение

Много опасна гледкавъздействието върху биосферата е радиация. Този вид замърсяване на околната среда се появява едва в началото на 20 век, след откриването на явлението радиоактивност и опитите за използване на радиоактивни елементи в науката и технологиите. Известни видоверадиоактивните трансформации са придружени от различни излъчвания. Това са a-лъчи, състоящи се от хелиеви ядра, b-лъчи, които са поток от бързи електрони, и y-лъчи, които имат висока проникваща способност. Фрагменти от ядрено делене на уран, плутоний, цезий, барий, стронций, йод и други радиоактивни елементи имат силен биологичен ефект.

Комбинацията от свойства на стронций-90 го води, заедно с цезий-137 и радиоактивните изотопи на йода, към категорията на най-опасните и ужасни радиоактивни замърсители. Стабилните изотопи на стронций сами по себе си не представляват голяма опасност, но радиоактивните изотопи на стронция представляват голяма опасност за всички живи същества. Радиоактивният изотоп на стронция стронций-90 се счита за един от най-страшните и опасни антропогенни радиоактивни замърсители. Това се дължи преди всичко на факта, че той има много кратък периодполуживот - 29 години, което причинява много високо нивонеговата активност и мощно излъчване, а от друга страна, способността му да се метаболизира ефективно и да се включва в живота на организма. Стронцийът е почти пълен химичен аналог на калция, следователно, когато влезе в тялото, той се отлага във всички съдържащи калций тъкани и течности - в костите и зъбите, осигурявайки ефективно радиационно увреждане на телесните тъкани отвътре.

1. Обща характеристика на стронция

Стронций е елемент от главната подгрупа на втората група, петия период от периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 38. Означава се със символа Sr (лат. Strontium). Простото вещество стронций е мек, ковък и пластичен алкалоземен метал със сребристо-бял цвят. Има висока химическа активност, във въздуха бързо реагира с влага и кислород, покривайки се с жълт оксиден филм. Стронцият получи името си от минерала стронцианит, открит през 1787 г. в оловна мина близо до Стронтиан (Шотландия). През 1790 г. английският химик Крофорд Адер (1748-1795) показва, че стронцианитът съдържа нова, все още неизвестна "земя". Тази характеристика на стронцианита е установена и от немския химик Мартин Хайнрих Клапрот (Klaproth Martin Heinrich) (1743-1817). Английският химик Т. Хоуп (Hope T.) през 1791 г. доказва, че стронцианитът съдържа нов елемент. Той ясно разграничава съединенията на барий, стронций и калций, използвайки, наред с други методи, характерния цвят на пламъка: жълто-зелен за барий, яркочервен за стронций и оранжево-червен за калций.

Независимо от западните учени, петербургският академик Тобиаш (Товий Егорович) Ловиц (1757-1804) през 1792 г., изследвайки минерала барит, стига до извода, че в него освен бариев оксид присъства и "стронциева земя". като примес. Той успя да извлече повече от 100 g нова "земя" от тежък лонжерон и да изследва нейните свойства. AT свободна формаСтронцият е изолиран за първи път от английския химик и физик Хъмфри Дейви през 1808 г. Металният стронций е получен чрез електролиза на неговия навлажнен хидроксид. Стронцийът, освободен на катода, се комбинира с живака, образувайки амалгама. Разлагайки амалгамата чрез нагряване, Дейви изолира чистия метал.

Стронцийът е мек сребристо-бял метал, ковък и ковък и лесно се реже с нож. Полиморфин - известни са три негови модификации. До 215 ° C, кубичната лицево-центрирана модификация (b-Sr) е стабилна, между 215 и 605 ° C - шестоъгълна (v-Sr), над 605 ° C - кубична тяло-центрирана модификация (g-Sr). Точка на топене - 768 o C, Точка на кипене - 1390 o C.

Стронцийът в неговите съединения винаги проявява +2 валентност. По свойства стронцийът е близък до калция и бария, заемайки междинна позиция между тях. В електрохимичната серия от напрежения стронцийът е сред най-активните метали (нормалният му електроден потенциал е ? 2,89 V. Той реагира енергично с вода, образувайки хидроксид:

Sr + 2H 2 O \u003d Sr (OH) 2 + H 2 ^

Реагира с киселини тежки металиот техните соли. С концентрирани киселини (H 2 SO 4 , HNO 3) реагира слабо.

Металният стронций бързо се окислява във въздуха, образувайки жълтеникав филм, в който освен SrO оксид винаги присъстват SrO 2 пероксид и Sr 3 N 2 нитрид. При нагряване на въздух се запалва; прахообразният стронций във въздуха е склонен към самозапалване.

Реагира енергично с неметали - сяра, фосфор, халогени. Взаимодейства с водород (над 200 o C), азот (над 400 o C). Практически не реагира с алкали.

При високи температуриреагира с CO2, за да образува карбид:

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

Лесно разтворими соли на стронций с аниони Cl?, I?, NO 3?. Соли с аниони F?, SO42?, CO32?, PO43? трудно разтворим (Полуектов, 1978).

радиоактивно замърсяване със стронций

2. Основни източници на стронций в природните среди и живите организми

стронций - компонентмикроорганизми, растения и животни. При морските радиоларии скелетът се състои от стронциев сулфат - целестин. Морските водорасли съдържат 26-140 mg стронций на 100 g сухо вещество, сухоземните растения - около 2,6, морските животни - 2-50, сухоземните животни - около 1,4, бактериите - 0,27-30. Натрупване на стронций различни организмизависи не само от техния вид, характеристики, но и от съотношението на съдържанието на стронций и други елементи, главно калций и фосфор, в околната среда.

Животните получават стронций с вода и храна. Някои вещества, като полизахаридите от водорасли, пречат на усвояването на стронций. Стронций се натрупва в костна тъкан, чиято пепел съдържа около 0,02% стронций (в други тъкани - около 0,0005%).

В резултат на ядрени опити и аварии в атомни електроцентрали в околната среда попадна голямо количество радиоактивен стронций-90, чийто период на полуразпад е 29,12 години. Докато тестването на атомни и водородни оръжия в три среди не беше забранено, броят на жертвите на радиоактивен стронций нарастваше от година на година.

В рамките на една година след завършването на атмосферните ядрени експлозии, в резултат на самопречистване на атмосферата, повечето от радиоактивните продукти, включително стронций-90, паднаха от атмосферата на земната повърхност. Замърсяването на околната среда поради отстраняването на радиоактивни продукти от ядрени експлозии от стратосферата, извършено на тестовите площадки на планетата през 1954-1980 г., сега играе второстепенна роля, приносът на този процес към замърсяването атмосферен въздух 90Sr е с два порядъка по-малко, отколкото от вдигането на прах от вятъра от почвата, замърсена по време на ядрени опити и в резултат на радиационни аварии.

Стронций-90, заедно с цезий-137, са основните замърсяващи радионуклиди в Русия. Радиационната обстановка е значително повлияна от наличието на замърсени зони, възникнали в резултат на аварии в АЕЦ Чернобилпрез 1986 г. и в производственото обединение Маяк в района на Челябинск през 1957 г. („авария в Кищим“), както и в близост до някои предприятия от ядрения горивен цикъл.

Сега средната концентрация на 90Sr във въздуха извън териториите, замърсени в резултат на авариите в Чернобил и Кищим, достигна нивата, наблюдавани преди аварията в атомната електроцентрала в Чернобил. Хидроложките системи, свързани със замърсените по време на тези аварии райони, са значително засегнати от отмиването на стронций-90 от повърхността на почвата.

Попадайки в почвата, стронций, заедно с разтворими калциеви съединения, навлиза в растенията. Повече от другите натрупват 90Sr бобови растения, кореноплодни и грудкови култури, по-малко - зърнени култури, включително зърнени култури и лен. В семената и плодовете се натрупва значително по-малко 90Sr, отколкото в други органи (например 90Sr е 10 пъти повече в листата и стъблата на пшеницата, отколкото в зърното).

От растенията стронций-90 може да премине директно или чрез животни в човешкото тяло. При мъжете стронций-90 се натрупва в по-голяма степен, отколкото при жените. През първите месеци от живота на детето отлагането на стронций-90 е с порядък по-високо, отколкото при възрастен, навлиза в тялото с мляко и се натрупва в бързо растящата костна тъкан.

По физическо изобилие в земната кора стронцийът заема 23-то място - масовата му част е 0,014% (в литосферата - 0,045%). Молната част на метала в земната кора е 0,0029%. Стронций се намира в морската вода (8 mg/l).В природата стронцийът се среща като смес от 4 стабилни изотопа 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87Sr (7,02%), 88Sr (82, 56%) (Орлов, 2002).

3. Хигиенни параметри при използване на стронций

Стронцийът се абсорбира слабо чревния тракт, а основната част от попадналия в организма метал се изхвърля от него. Останалият в тялото стронций замества калция и се натрупва в малки количества в костите. При значително натрупване на стронций има възможност за потискане на процеса на калцификация на нарастващите кости и спиране на растежа. Нерадиоактивният стронций представлява риск за човешкото здраве и количеството му в продуктите подлежи на контрол на ФАО/СЗО (Каплин, 2006).

Радионуклидите, навлизащи в биосферата, причиняват множество екологични последици. В резултат на повърхностния отток радионуклидите могат да се натрупват в депресии, котловини и други акумулативни елементи на релефа. Нуклидите навлизат в растенията и мигрират енергично през хранителните вериги. Натрупват се почвени микроорганизми радиоактивни елементи, което се открива добре чрез авторадиография. Въз основа на този принцип се разработват методи за идентифициране на микробни популации за диагностициране на геохимични провинции с високо съдържание на радионуклиди.

Изследването на поведението на радионуклидите е от особено значение във връзка с навлизането им във веригата "почва - растение - животно - човек". Видовите различия в съдържанието на нуклиди в растенията се дължат на естеството на разпределението на кореновите системи.

Според мащаба на постъпване на радионуклиди във фитомасата растителни съобществаса разположени в следния ред: перестна степ > синя трева-овесена ливада > тревно-тревна ливада. Максимално натрупване на радионуклиди се наблюдава при растенията от семейство житни, следвани от треви, а най-малко нуклиди натрупват бобовите растения.

Стронций-90 лесно се адсорбира от почвата поради катионен обмен или се фиксира от почвената органична материя, за да образува неразтворими съединения. Напояването и интензивната обработка на почвата могат да ускорят процеса на нейното измиване в профила. Възможно е и изнасяне на стронций-90 от повърхностните води, последвано от натрупване в депресии (вдлъбнатини) на релефа.

По правило при селскостопанските култури максималното натрупване на стронций-90 се наблюдава в корените, по-малко - в листата и незначителни количества - в плодовете и зърната. Чрез трофичните вериги стронций-90 лесно се предава на животни и хора, има тенденция да се натрупва в костите и причинява голяма вреда на здравето.

Пределно допустимата концентрация (ПДК) на стронций-90 във въздуха на работните помещения е 0,185 (Bq/l), във водата на открити водоеми 18,5 (Bq/l). Допустимите нива на 90Sr в хранителни продукти в съответствие с изискванията на SanPiN 2.3.2.1078-01 са в зърнени храни, сирена, риба, зърнени храни, брашно, захар, сол 100-140 (Bq / kg), месо, зеленчуци, плодове, масло , хляб, тестени изделия - 50-80 (Bq/kg), растително масло 50-80 (Bq/l), мляко - 25, питейна вода - 8 (Bq/l) (Орлов, 2002).

4. Токсикологични характеристики на стронций

Солите и съединенията на стронция са нискотоксични вещества, но с излишък на стронций се засягат костната тъкан, черния дроб и мозъка. Тъй като е близък до калция по химични свойства, стронцийът рязко се различава от него по своето биологично действие. Прекомерното съдържание на този елемент в почвите, водите и хранителните продукти причинява "болест на Уров" при хора и животни (по името на река Уров в Източна Забайкалия) - увреждане и деформация на ставите, забавяне на растежа и други нарушения.

Особено опасни са радиоактивните изотопи на стронция. Радиоактивният стронций се концентрира в скелета и по този начин излага тялото на дългосрочни радиоактивни ефекти. Биологичният ефект на 90Sr е свързан с естеството на разпределението му в организма и зависи от дозата b-облъчване, създадено от него и неговия дъщерен радиоизотоп 90Y. При продължителен прием на 90Sr в организма, дори в относително малки количества, в резултат на продължително облъчване на костната тъкан може да се развие левкемия и рак на костите. Пълният разпад на стронций-90, който е попаднал в околната среда, ще настъпи едва след няколкостотин години.

Има малко информация за токсичността на Sr за растенията, а растенията се различават значително по толерантност към този елемент. Според Shaklett et al., токсичното ниво на Sr за растенията е 30 mg/kg пепел (Kaplin, 2006; Kabata-Pendias, 1989).

5. Подходи за вземане на проби

Вземането на проби е първият и доста прост, но в същото време отговорен етап от анализа. Има няколко изисквания за вземане на проби:

1. Вземането на проби трябва да бъде асептично и да се извършва със стерилен пробоотборник в стерилен контейнер, който трябва да бъде херметически затворен за транспортиране на пробата до лабораторията.

2. Пробата трябва да е представителна, т.е. имат достатъчен обем, чиято стойност се определя от изискванията за съдържанието на конкретен микроорганизъм, и се произвеждат на място, което осигурява адекватността на пробата към целия обем на анализирания обект.

3. Взетата проба трябва да се обработи незабавно, ако не е възможна незабавна обработка, да се съхранява в хладилник.

За да се получат възпроизводими резултати, експериментът изисква внимателно внимание към всички детайли. Един от източниците на грешка при определяне на Sr е хетерогенността на пробата и непредставителността на повърхността. Ако смилането на твърда проба (прахове от руди, скали, продукти за обогатяване, сурови смеси, соли и т.н.) достигне 100 меша или по-малко, тогава такива проби могат да се считат за доста хомогенни поради високата проникваща способност на твърдото излъчване. За да се намалят ефектите на абсорбция и възбуждане, изкривяване на калибровъчните графики, анализираната проба се разрежда с вещество, прозрачно за рентгенови лъчи (полистирол, борна киселина, нишесте, алуминиев хидроксид, вода и др.). Степента на разреждане се определя експериментално. Прахова проба с равномерно разпределен разредител и вътрешен стандарт се брикетира или разтваря. Дебелината на брикета (таблетката) трябва да е достатъчно голяма (около 1-2 mm), така че интензитетът на излъчване на пробата да не зависи от размера на пробата. Приготвените брикети (таблетки) са подходящи за многократни измервания. Тестваното вещество може да се постави под формата на прах директно в кюветите на инструмента. Прахът от пробата може да се постави в плексигласов държач и да се пресова под полимерен филм или да се нанесе върху адхезивен филм (Орлов, 2002; Полуектов, 1978).

6. Аналитични методи за определяне на стронций в проби

При определяне на Sr в природни и промишлени обекти най-голямо приложение са намерили спектралните методи - емисионна спектрография и пламъчна фотометрия. AT последно времеМетодът на атомна абсорбция е широко използван. Фотометричен метод, изискващ предварително отделяне на стронций от други елементи, се използва сравнително рядко. Поради същата причина, а също и поради продължителността на анализа, гравиметричните и титриметричните методи почти не се използват в момента.

1. Гравиметрични методи

Гравиметричните методи се използват за определяне на стронция в повечето случаи след отделянето му от другите алкалоземни елементи.

2. Титриметрични методи

Титриметричното определяне на стронций може да се направи, след като той е бил отделен от всички или повечето от интерфериращите елементи. Комплексометричният метод е намерил най-голямо разпространение.

3. Спектрофотометрични методи за определяне

Тези методи могат да бъдат разделени на директни и косвени. Директните методи се основават на образуването на оцветени съединения чрез действието на реагентите върху стронциевите йони. При косвените методи стронцийът се утаява под формата на слабо разтворимо съединение с оцветен реагент в излишък, утайката се отделя и концентрацията на стронций в пробата се определя от количеството несвързан реагент.

Примери за методи за директно определяне:

Определяне на стронций с нитроортанил С (нитрохромазо) или ортанил С. Пречи на определянето на барий, олово (2), което дава цветна реакция с реактива; цирконий, титан, талий и някои други елементи водят до рязко подценяване на резултатите. Чувствителност? 0,05 mcg/mL.

Определяне на стронций с диметилсулфаназо III и диметилсулфаназо

Елементите III-VI от техните групи трябва да бъдат премахнати. Количеството на амониеви соли и алкални метали трябва да бъде не повече от 10 mg. Сулфатите и фосфатите пречат, ако са над 0,03 mmol. Много метали пречат на определянето, включително Ca и Mg, ако тяхното съдържание в пробата? 0.3 µmol и Cu(II) ~0.25 µmol. Има и много други ограничения.

Определяне на стронций с карбоксинитраза

Реакцията на стронций с карбоксинитраза е една от най-чувствителните. С помощта на тази реакция се определя 0,08-0,6 μg / ml.

Косвени методи за определяне на стронций

Поради ниската им селективност в момента не се използват индиректни методи, поради което ще бъдат споменати само следните: 8-оксихинолин метод; метод с използване на пикролонова киселина; определяне на стронций с помощта на хромат.

4. Електрохимични методи

Полярографски метод

Бариевите йони пречат на определянето на стронция (но това може да се елиминира чрез избор на подходящ фон, който е (C2H5) 4NBr в абсолютен етанол). При наличие на приблизително равни концентрации на Mg и Ca определянето на Sr е невъзможно. Необходимо е първо да се отделят Ba, Ca, Na, K, ако техните концентрации значително надвишават концентрацията на Sr.

Диференциален полярографски метод

Дава възможност за определяне на малки количества стронций в присъствието на големи количества Na и K. Чувствителност - 0,0001 mol Sr / mol сол.

Инверсионна полярография

Позволява ви да определите стронций в много ниски концентрации (10-5 - 10-9 M), ако първо се концентрира в капка живак чрез електролиза и след това се подложи на анодно разтваряне. Използва се осцилоскопска техника. Средната грешка е 3-5%.

Кондуктометричен метод

Определянията се извършват след предварителното отделяне на групата елементи Li, K, Na, Ca и Ba, които влизат в състава на разтворимите соли на строителните материали.

5. Спектрални методи

Спектрографски (искров и дъгов) метод

Най-интензивните Sr линии се намират във видимата област на спектъра: 4607.33; 4077.71 и 4215.52 A, като последните 2 са в областта на циан лентите. Следователно, когато се използват за анализ на дъга с въглеродни електроди, тези линии са по-малко подходящи. Линията 4607.33 A се характеризира със силно самопоглъщане, поради което се препоръчва да се използва при определяне само на ниски концентрации на Sr (под 0,1%). При високи концентрации се използват Sr линиите 4811.88 и 4832.08 ?, както и 3464.46 A. фон. Буферните смеси се използват за стабилизиране на температурата на горене на дъгата, елиминиране на влиянието на Ca, Mg, Na и постигане на по-висока точност при определяне на Sr. За да се елиминират лентите от цианид, определянето на Sr се извършва в аргон или пробите се превръщат във флуорни съединения. Чувствителността на определяне на Sr в дъгата е 5*10-5 - 1*10-4%, относителната грешка на определяне е ±4-15%.Прилагане на импулсен дъгов разряд голяма силаток в аргон ви позволява значително да увеличите чувствителността на определянето на Sr (3 * 10-12 g). Чувствителността на определяне на Sr в искра е (1-5) * 10-4%. Грешка при определяне ±4-6%. За да се повиши точността и абсолютната чувствителност на анализа, както и да се елиминира влиянието на смущаващи линии от чужди елементи, се предлага използването на интерферометър, кръстосан със спектрограф.

Пламъчно-емисионна фотометрия

Поради своята простота и надеждност, пламъчно-фотометричният метод за определяне на стронций се използва широко, особено при анализ на скали и минерали, природни и отпадъчни води, биологични и други материали. Подходящ е за определяне както на малки, така и на големи съдържания на елемента с достатъчно висока точност (1-2 rel.%) и чувствителност, като в повечето случаи определянето на стронций може да се извърши без отделяне от други елементи. Най-висока чувствителност се постига при използване на оборудване с автоматичен запис на спектъра и високотемпературни пламъци. Най-висока чувствителност се постига с RF плазма 0,00002 µg Sr/mL.

При импулсния метод на изпаряване абсолютната граница на откриване на Sr е 1*10-13-2*10-12 g (пламък от смес от ацетилен и азотен оксид). При достатъчно големи количества от пробата (~10 mg) относителната граница на определеното съдържание на стронций намалява до 1*10-7%, докато когато разтворът на пробата се вкарва в пламъка с помощта на пулверизатор, тя е равна до 3*10-5%.

Атомно-абсорбционна спектрофотометрия

Sr се определя чрез измерване на абсорбцията на светлина от неговите атоми. Най-често използваната линия е стронций 460,7 nm, с по-ниска чувствителност стронций може да се определи от линии 242,8; 256,9; 293.2; 689,3 nm. Когато се използват високотемпературни пламъци, стронцийът може да се определи и от йонната линия 407.8 (йонна абсорбционна спектроскопия).Има два вида смущения в този методанализ. Първият тип намеса е свързан с образуването на нелетливи съединения и се проявява в пламъка на смес от ацетилен с въздух. Най-често се наблюдава влиянието на катиони Al, Ti, Zr и други аниони PO4 и SiO3.Друг вид смущения се дължат на йонизацията на атомите на стронция, например поради влиянието на Ca и Ba, увеличаване на атомната абсорбция от наличието на Na и K и др. Чувствителност на откриване на стронций 1 *10-4-4*10-12 g.

6. Метод на активиране

Методът за определяне на активността на 87mSr намери най-голямо разпространение. В повечето случаи определянето се извършва чрез измерване на активността след радиохимично отделяне на Sr, което се извършва с помощта на методи на утаяване, екстракция и йонообмен.

Използването на r-спектрометър с висока разделителна способност позволява да се повиши точността на метода и да се намали броят на операциите за разделяне, тъй като е възможно да се определи Sr в присъствието на редица чужди елементи. Чувствителността на откриване на стронция е около 6*10-5 g/g.

7. Масспектрометричен метод

Масспектроскопията се използва за определяне на изотопния състав на стронция, чието познаване е необходимо при изчисляване на геоложката възраст на проби по метода на рубидий-стронций и при определяне на следи от стронций в различни обекти по метода на изотопно разреждане. Граничната абсолютна чувствителност на определянето на Sr по метода на масовия спектър на вакуумната искра е 9*10-11.

8. Метод на рентгенова флуоресценция

Рентгеновият флуоресцентен метод за определяне на стронций напоследък намира все по-широко приложение. Предимството му е възможността за извършване на анализ без разрушаване на пробата и скоростта на изпълнение (анализът продължава 2–5 минути). Методът елиминира влиянието на основата, неговата възпроизводимост е ± 2--5%. Чувствителността на метода (1-1SG4 -- 1-10~3% Sr) е достатъчна за повечето цели.

XRF методът се основава на събирането и последващия анализ на спектъра, получен чрез излагане на изследвания материал на рентгеново лъчение. При облъчване атомът преминава във възбудено състояние, придружено от йонизация на определено ниво. Атомът остава във възбудено състояние за изключително кратко време, около 10-7 секунди, след което се връща в тихо положение (основно състояние). В този случай електроните от външните обвивки или запълват образуваните празни места, а излишната енергия се излъчва под формата на фотон, или енергията се прехвърля на друг електрон от външните обвивки (Оже електрон). В този случай всеки атом излъчва фотоелектрон с енергия със строго определена стойност. Тогава съответно за структурата на материята се съди по енергията и броя на квантите (Орлов, 2002; Полуектов, 1978).

7. Избор на тип индикатор. Характеристики на населението, използвани за оценка на състоянието на населението под въздействието на стронций

Биоиндикацията (биоиндикация) е откриването и определянето на значими за околната среда природни и антропогенни натоварвания въз основа на реакциите на живите организми към тях директно в местообитанието им. Живите обекти (или системи) са клетки, организми, популации, общности. Те могат да се използват за оценка както на абиотичните фактори (температура, влажност, киселинност, соленост, съдържание на замърсители и др.), така и на биотичните фактори (благосъстоянието на организмите, техните популации и общности).

Има няколко различни форми на биоиндикация. Ако две еднакви реакции са причинени от различни антропогенни фактори, тогава това ще бъде неспецифична биоиндикация. Ако определени промени могат да бъдат свързани с влиянието на всеки един фактор, тогава този вид биоиндикация се нарича специфична.

Използването на биологични методи за оценка на околната среда предполага идентифициране на животински или растителни видове, които са чувствителни към един или друг вид въздействие. Организми или общности от организми, чиито жизнени функции са толкова тясно свързани с определени фактори на околната среда, че могат да бъдат използвани за оценката им, се наричат ​​биоиндикатори.

Видове биоиндикатори:

1. Чувствителен. Бързо реагира със значително отклонение на показателите от нормата. Например, отклоненията в поведението на животните, във физиологичните реакции на клетките могат да бъдат открити почти веднага след появата на разрушителния фактор.

2. Натрупване. Акумулира ефектите, без да проявява смущения. Например гората ранни стадиинеговото замърсяване или утъпкване ще бъде еднакво по отношение на основните му характеристики (видов състав, разнообразие, изобилие и др.). Само след известно време те ще започнат да изчезват. редки видове, ще има промяна в преобладаващите форми, ще се промени общият брой на организмите и т.н. По този начин горската общност като биоиндикатор няма да открие незабавно смущения в околната среда.

Идеалният биологичен индикатор трябва да отговаря на редица изисквания:

Да са характерни за дадени условия, да имат високо изобилие в даден екотоп;

Живейте в това мястов продължение на няколко години, което позволява да се проследи динамиката на замърсяването;

Да са в условия, удобни за вземане на проби;

Да се ​​характеризира с положителна корелация между концентрацията на замърсители в индикаторния организъм и обекта на изследване;

Притежават висока толерантност към широк спектър от токсични вещества;

Отговорът на биоиндикатор към специфично физическо или химическо излаганетрябва да бъдат ясно изразени, т.е. специфични, лесни за регистриране визуално или с помощта на инструменти;

Биоиндикаторът трябва да се използва в естествените условия на неговото съществуване;

Биоиндикаторът трябва да има кратък период на онтогенеза, за да може да се проследи влиянието на фактора върху следващите поколения.

За биоиндициране на радиоактивно замърсяване на почвите най-удобни са неактивните почвени обитатели с дълъг период на развитие ( земни червеи, стоножки, ларви на бръмбари).?

От голямо значение за посочване дори на относително ниски нива на замърсяване на почвата с радионуклиди е изследването на промените в характеристиките морфологични особеностив почвените видове членестоноги. Такива нарушения по-често се причиняват от генни мутации, причинени от излагане на радиация. В незамърсените части на ареала тези признаци се променят незначително при тези видове. Най-забележимите отклонения при замърсени условия включват промени в разпределението на четините по тялото на пролетните, бентосните, двуопашните, четинестите, стоножките.

Добър индикатор за замърсяване на водите с радионуклиди са езерно-езерните мекотели и ракообразните дафнии, които могат да бъдат препоръчани като тестови обекти за този вид замърсяване. Реакцията на мекотелите към повишено съдържание на радионуклиди в резервоара се изразява в промяна на цвета на тялото и черупката, морфометрични параметри, инхибиране на генеративния и пластичен метаболизъм и нарушаване на реакцията на ембрионите към климатичните условия на сезонът. При дафния в замърсени резервоари се наблюдава смъртта на някои индивиди в популацията, увеличаване на плодовитостта и размера на тялото.

Във водните екосистеми също е надежден биоиндикатор за радиационната обстановка водни растения. По-специално, канадската елодея или водна чума, която се развива добре в сладки и солени води, интензивно натрупва радионуклиди 90Sr, 137Cs, които не се откриват при стандартния радиационен мониторинг на водите. Този тип може да се използва широко в утаителни резервоари за пречистване на отпадъчни води от радионуклиди.

AT сухоземни екосистемиДобрите индикатори, които натрупват радионуклиди, по-специално 90Sr, включват сфагнови мъхове, борови и смърчови иглички, коприва, подбел, обикновен пелин, розова детелина, пълзяща детелина, ливадна тимотейка, луга, миши грах, твърдолистна лелка, лилия долинна майска, гравитационна река, петелска лапа, пирей и др. Тъй като тези растения натрупват радионуклиди, съдържанието на манган в пепелта им намалява 3-10 пъти (Туровцев, 2004).

8. Токсикологични методи за оценка на въздействието на настоящата доза стронций върху компонентите на биотата

Биотестирането е един от изследователските методи в биологичния мониторинг, който се използва за определяне на степента на увреждащия ефект на химикали, които са потенциално опасни за живите организми в контролирани експериментални лабораторни или полеви условия чрез регистриране на промени в биологично значими показатели (тестови функции) на обекти на изследване, с последваща оценка на тяхното състояние в съответствие с избрания критерий за токсичност.

Целта на биотестирането е да се установи степента и естеството на токсичността на водата, замърсена с биологично опасни вещества върху хидробионтите, и да се оцени възможната опасност от тази вода за водни и други организми.

Като обекти за биотестиране се използват различни тестови организми - експериментални биологични обекти, изложени на определени дози или концентрации на отрови, които предизвикват в тях един или друг токсичен ефект, който се записва и оценява в експеримента. Това могат да бъдат бактерии, водорасли, безгръбначни, а също и гръбначни.

За гарантирано откриване на наличието на токсичен агент с неизвестен химичен състав трябва да се използва набор от обекти, представляващи различни общностни групи, чието състояние се оценява по параметри, свързани с различни нива на цялост.

Биотестът е оценка (тест) при строго определени условия на действието на вещество или комплекс от вещества върху живи организми чрез регистриране на промени в един или друг биологичен (или физиологично-биохимичен) показател на обекта на изследване в сравнение с контрола. . Основното изискване за биотестовете е чувствителност и бързина на реакция, ясен отговор на външни влияния. Има остри и хронични биотестове. Първите са предназначени за получаване на експресна информация за токсичността на тестваното вещество за даден тестов организъм, вторите за идентифициране на дългосрочния ефект на токсиканти, по-специално ниски и свръхниски концентрации (Туровцев, 2004).

Собствен опит

Тема: Определяне на екологичното състояние на територията по съдържание на стронций

Цел: идентифициране на неблагоприятни зони на изследвания регион и диференциране на оценките за тяхното замърсяване със стронций

Методология: Методът се осъществява чрез биотестиране и включва вземане на проби от биоиндикатори, изсушаването им до постоянно тегло, изолиране на средната проба, определяне на общото съдържание на стронций в нея, сравняване на получените стойности с установените данни, след което екологичните определя се състоянието на територията, докато като биоиндикатори се използват резници от диви растения от ливадно-степна растителност или монокултури от едногодишни и многогодишни селскостопански растения, вземането на проби се извършва по време на фенофаза на цъфтеж чрез пълно косене на растителност от 1 m 2 от последно в количество, равно на 1 проба на 1000-5000 ha за територията на голям район, а за местна агроценоза в количество 1 проба на 100 ha, докато изолирането на стронций от средната проба се извършва с концентриран азотен разтвор киселина, последвано от нейното определяне в екстракта чрез атомна адсорбция и сравнението на получените стойности се извършва с фоновото съдържание на стронций при въздушно изсушаване oh маса средни изрезки от дива растителност. За сравняване на получените данни се използват стойностите на фоновото съдържание на стронций във въздушно-сухата маса на средни разфасовки от дива растителност в диапазона от 20 до 500 mg / kg.

Напредък на работата: За биотестиране на Варгашински район на Курганска област с площ от 10 000 хектара избираме 10 проби от средни разфасовки от диви видове ливадно-степна растителност. За целта избираме 10 места за вземане на проби равномерно на територията на областта по време на фенофаза на цъфтеж на растителността. Налагаме рамка 1х1 м върху растителността и фиксираме мястото в зависимост от плътността на тревата, но така, че обемът на растителната маса от всяко място да е най-малко 1 кг. Приземната част на тревното покритие в рамката се отрязва напълно с нож или друг подходящ инструмент. Височината на косене на растенията е най-малко 3 см от повърхността на почвата. Растителните проби се сушат до въздушно сухо състояние в пещ за 3 часа при температура 105°C, след което се охлаждат в ексикатор и се претеглят. Повторете сушенето за 1 час и последващото претегляне, докато се достигне постоянно тегло (разликата в теглото при две последователни претегляния не трябва да бъде повече от 0,1% от първоначалното тегло на пробата). Изсушената проба се раздробява предварително и чрез разрязване на четвъртинки се взема средна проба с тегло най-малко 200 г. Стронцийът се изолира по следния начин. Избираме претеглена част от 1 g от изсушена четвъртита проба и я смиламе в лабораторна мелница IKA All basic при скорост 25 000 rpm до размер на частиците 0,001-0,1 mm. От натрошената маса на аналитична везна се взема проба от 100 mg, която се поставя в 50 ml полиетиленова конусовидна епруветка (тип Рустех) и се залива с 1 ml концентрирана азотна киселина. В този вид анализираната проба се съхранява най-малко 1 час. След това обемът с дестилирана вода се довежда до 50 ml; утайката се отфилтрува, а екстрактът се анализира за съдържание на брутен стронций по метода на атомна адсорбция на атомен спектрофотометър "AAS Kvant Z.ETA". Ако има 10 анализирани проби, резултатите от измерването се осредняват.

Според резултатите от изследването може да се каже, че основните източници на стронций (най-вече неговия оксид) са промишлени отпадъчни водиразлични отрасли, в селскостопанското производство - фосфорни и фосфорсъдържащи торове и мелиоранти. Естественият източник е процесът на изветряне на скалите и минералите.

Разпределението, поведението и концентрацията на токсиканта в естествена среда зависи от релефа (наклон на терена в района на промишлената зона, съответствие на разграждащия субстрат и др.), климатични условия (температурен режимвъздух и почва, количество на валежите на единица площ, скорост на вятъра), физикохимично, биологично и хранително състояние на почвите (наличие и съотношение на микроорганизми и гъби, окислително-възстановителни и киселинно-алкални условия, наличие на елементи на минерално хранене и др. .), както и начините на навлизане (с постоянни и временни водни потоци, валежи от атмосферата, изпаряване на минерализирани подземни води) и други фактори.

Като елемент на активна биоабсорбция и натрупване, както и аналог на калций, стронций лесно навлиза в хранителните вериги от почвата в растения и животински организми, натрупвайки се в определени органи и тъкани. При растенията - в механичните тъкани на вегетативните органи, при животните - в костната тъкан, бъбреците и черния дроб. Но в зависимост от биологични особеностиВ зависимост от организма и свойствата на околната среда, елементът се натрупва в различни количества и се отделя с различна скорост.

Стронций инхибира развитието на микроорганизми, поставяйки повечето от тях в зоната на резистентност, нарушава растежа и жизнената дейност на гъби, безгръбначни и ракообразни. Радионуклидът стронций причинява мутации на генетично ниво, което впоследствие се проявява в морфологични промени.

Токсикантът има висока миграционна способност, особено в течна среда (резервоари, почвен разтвор, проводими растителни тъкани, жлъчка и кръвоносна система на хора и животни). Но при определени почвено-екологични условия се утаява и натрупва.

Стронцийът инхибира навлизането на калция и отчасти на фосфора в живите организми. В същото време структурата на мембраните и опорно-двигателния апарат, съставът на кръвта, церебралната течност и др.

Изследвайки аналитичните методи за определяне на токсикант в проби, можем да заключим, че много методи могат да се конкурират с рентгенофлуоресцентния анализ и дори да го надминат по чувствителност, но заедно с това имат някои недостатъци. Например: необходимостта от предварително разделяне, утаяването на определяния елемент, смущаващото влияние на чужди елементи, значителното влияние на състава на матрицата, суперпозицията на спектралните линии, дългата подготовка на пробите и лошата възпроизводимост на резултатите, високата цена на оборудването и неговата експлоатация.

Освен това методите за биологично изследване са група от високочувствителни методи за анализ и се отличават благоприятно с тяхната простота, сравнителна непретенциозност към лабораторните условия, ниска цена и гъвкавост.

Оферти

В районите на радиоактивно замърсяване мерките за защита на населението трябва да бъдат насочени към:

Да се ​​намали съдържанието на радионуклиди в храните за растения и животни с помощта на агромелиоративни и ветеринарномедицински мерки. При животни, третирани със стронциеви сорбенти (бариев сулфат, бентонит и модифицирани препарати на тяхна основа), по време на аварията в Чернобил, като се използват тези мерки, беше възможно да се постигне 3-5-кратно намаляване на отлагането на радионуклиди в костната тъкан на животни;

За технологична обработка на замърсени суровини;

За готвене хранителни продуктизамяна на замърсените храни с чисти.

При работа с радиоактивен стронций е необходимо да се спазват санитарни разпоредбии стандарти за радиоактивна безопасност с използване на специални защитни мерки в съответствие с класа работа.

При предотвратяването на ефектите от експозицията трябва да се обърне голямо внимание на повишаването на устойчивостта на жертвите (рационално хранене, здравословен начин на живот, спорт и др.).

Изследването и регулирането на приема и натрупването на стронций в елементите на екосистемите е комплекс от сложни трудоемки и енергоемки мерки за лабораторни и полеви изследвания. Ето защо най-добрият начин да се предотврати навлизането на токсикант в ландшафта и организмите е мониторингът в района на опасни за околната среда обекти - източници на замърсяване.

Списък на използваната литература

1. Исидоров V.A., Въведение в химическата екотоксикология: Урок. - Санкт Петербург: Химиздат, 1999. - 144 с.: ил.

2. Kaplin VG, Основи на екотоксикологията: Учебник. - М.: КолосС, 2006. - 232 с.: ил.

3. Kabata-Pendias A., Pendias X. Микроелементи в почви и растения: Per. от английски. - М.: Мир, 1989. - 439 с.: ил.

4. Орлов Д.С., Екология и защита на биосферата при химическо замърсяване: Учебник по хим., хим.-технолог. и биол. специалист. университети / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, I.N. Лозановская.- М.: Висш. училище, - 2002. - 334 с.: ил.

5. Полуектов Н.С., Мищенко В.Т., Аналитична химия на стронция: Учебник. - М.: Наука, 1978.- 223 с.

6. В.Д. Туровцев В.Д., Краснов В.С., Биоиндикация: Учебник. - Твер: Твер. състояние ун-т, 2004. - 260 с.

Хоствано на Allbest.ru

Подобни документи

Историята на откриването на стронций. Намиране в природата. Получаване на стронций по алуминотермичен метод и неговото съхранение. физични свойства. Механични свойства. Атомни характеристики. Химични свойства. Технологични свойства. Области на използване.

резюме, добавено на 30.09.2008 г


Цезият е един от най-редките химически елементи. Световно производство на цезий и съдържанието му в микроорганизмите. Естественият цезий като мононуклиден елемент. Стронций е неразделна част от микроорганизмите, растенията и животните. Съдържанието на стронций в морските дарове.

резюме, добавено на 20.12.2010 г


Изследване на комплекси от водоразтворими полимери с различни класове съединения. Свойства на разтвори на катионни полимери, характеристики на амфотерни полиелектролити. Провеждане на вискозиметрично изследване на комплексообразуването на EEACC/AA със стронциев йон.

курсова работа, добавена на 24.07.2010 г


Разпределението на кислорода в природата, неговите характеристики като химичен елементи проста материя. Физичните свойства на кислорода, историята на откриването му, методите за събиране и производство в лабораторията. Приложение и роля в човешкия организъм.

презентация, добавена на 17.04.2011 г


Поведение на рудните елементи при диференциация на магмена стопилка. Методи за определяне на рубидий, стронций и ниобий, тяхното приложение. Рентгеново флуоресцентно определяне на редки елементи, основи на анализа. Матрични ефекти, стандартен фонов метод.

курсова работа, добавена на 01.06.2009 г


Историята на откриването на хлора като химичен елемент, разпространението му в природата. Електропроводимост на течен хлор. Приложения на хлора: в производството на пластмаси, синтетичен каучук като отровно вещество, за дезинфекция на вода, в металургията.

презентация, добавена на 23.05.2012 г


Характеристики на сярата като химичен елемент на периодичната таблица, нейното разпространение в природата. Историята на откриването на този елемент, описание на основните му свойства. Специфика на промишленото производство и методи за извличане на сяра. Най-важните серни съединения.

презентация, добавена на 25.12.2011 г


Историята на откриването на хлора. Разпространение в природата: под формата на съединения в състава на минералите, при хора и животни. Основни параметри на изотопите на елемента. Физични и химични свойства. Използването на хлор в промишлеността. Инженеринг на безопасността.

презентация, добавена на 21.12.2010 г


Характеристики на брома като химичен елемент. История на откритието, намиране в природата. Физични и химични свойства на това вещество, взаимодействието му с метали. Получаване на бром и използването му в медицината. Биологичната му роля в организма.

презентация, добавена на 16.02.2014 г


Фазови равновесия, режими на синтез и свойства на стронций, барий-съдържащи твърди разтвори със състав (Sr1-xBax) 4M2O9 (M-Nb, Ta) с перовскитна структура. Характеризиране на изходните материали и тяхното приготвяне. Методи за изчисляване на електронната структура на твърди тела.

Металният стронций сега се произвежда чрез алуминотермичен процес. SrO оксидът се смесва с алуминиев прах или стърготини и при температура от 1100 ... 1150 ° C в електрическа вакуумна пещ (налягане от 0,01 mm Hg) реакцията започва:

4SrO + 2Al → 3Sr + Al 2 O 3 SrO.

Електролизата на стронциевите съединения (методът, използван от Дейви) е по-малко ефективен.

Приложения на метален стронций

Стронций е активен метал. Това му пречи широко използванев технологиите. Но, от друга страна, високата химическа активност на стронция позволява използването му в определени области на националната икономика. По-специално, той се използва при топенето на мед и бронз - стронций свързва сяра, фосфор, въглерод и повишава течливостта на шлаката. По този начин стронцийът допринася за пречистването на метала от множество примеси. В допълнение, добавянето на стронций повишава твърдостта на медта, почти без да намалява нейната електропроводимост. Стронций се въвежда в електрически вакуумни тръби, за да абсорбира оставащия кислород и азот, за да направи вакуума по-дълбок. Многократно пречистеният стронций се използва като редуциращ агент при производството на уран.

Допълнително:

Стронций-90 (Английски стронций-90) - радиоактивен нуклид химичен елемент стронций с атомно число 38 имасово число 90. Образува се предимно през ядрено делене в ядрени реактори и ядрени оръжия.

в околната среда 90 Sr навлиза главно при ядрени експлозии и емисии от атомна електро-централа.

Стронций е аналог калций и е в състояние да се отложи здраво в костите. Дългосрочно излагане на радиация 90 Sr и неговите разпадни продукти засягат костната тъкан и костния мозък, което води до развитие лъчева болест, тумори на хемопоетична тъкан и кости.

Приложение:

90 Sr прилага в производството радиоизотопни източници на енергия под формата на стронциев титанат (плътност 4,8 g/cm³, отделяне на енергия около 0,54 W/cm³).

Едно от най-широките приложения 90 Sr - контролни източници на дозиметрични устройства, включително военна и гражданска защита. Най-често срещаният - тип "B-8" е направен като метален субстрат, съдържащ във вдлъбнатината капка епоксидна смола, съдържаща съединението 90 старши За да се осигури защита срещу образуването на радиоактивен прах чрез ерозия, препаратът се покрива с тънък слой фолио. Всъщност такива източници на йонизиращо лъчение са комплекс 90 сър- 90 Y, тъй като итрият се образува непрекъснато по време на разпадането на стронций. 90 сър- 90 Y е почти чист бета източник. За разлика от гама-радиоактивните лекарства, бета-лекарствата са лесни за екраниране със сравнително тънък (около 1 mm) стоманен слой, което доведе до избора на бета-лекарство за целите на тестването, започвайки от второто поколение военно дозиметрично оборудване (DP-2 , ДП-12, ДП-63).

Стронций е сребристобял, мек, пластичен метал. Химически той е много активен, като всички алкалоземни метали. Степен на окисление + 2. Стронций директно се свързва при нагряване с халогени, фосфор, сяра, въглерод, водород и дори азот (при температури над 400 ° C).

Заключение

Така че стронцийът често се използва в химията, металургията, перетехниката, атомната водородна енергия и т.н. И следователно този химически елемент все по-уверено си проправя път в индустрията, търсенето на него непрекъснато нараства. Стронцийът е полезен и в медицината. Ефектът върху човешкото тяло на естествения стронций (ниско токсичен, широко използван за лечение на остеопороза). Радиоактивният стронций почти винаги има отрицателен ефект върху човешкото тяло.

Но ще успее ли природата да задоволи нуждите на човечеството от този метал?

В природата има доста големи така наречени вулканогенно-седиментни находища на стронций, например в пустините на Калифорния и Аризона в САЩ (Между другото, забелязано е, че стронцийът „обича“ горещ климат, така че се среща много по-рядко в северните страни.). През терциерната ера тази област е била сцена на бурна вулканична дейност.

Термалните води, издигащи се заедно с лавата от недрата на земята, бяха богати на стронций. Езера, разположени сред вулкани, са натрупали този елемент, образувайки много солидни запаси от него през хилядолетията.

Във водите на Кара-Богаз-Гол също има стронций. Постоянното изпаряване на водите на залива води до факта, че концентрацията на соли непрекъснато нараства и накрая достига точката на насищане - солите се утаяват. Съдържанието на стронций в тези утайки понякога е 1 - 2%.

Преди няколко години геолози откриха значително находище на целестит в планините на Туркменистан. Сините слоеве на този ценен минерал лежат по склоновете на клисурите и дълбоките каньони на Куштангтау, планинска верига в югозападната част на Памир-Алай. Няма съмнение, че туркменският "небесен" камък ще служи успешно на нашата национална икономика.

Бързането не е характерно за природата: сега човекът използва запасите от стронций, които тя започна да създава преди милиони години. Но и днес в дълбините на земята, в дълбините на моретата и океаните протичат сложни химични процеси, възникват натрупвания на ценни елементи, раждат се нови съкровища, но те няма да бъдат наследени от нас, а от нашите далечни , далечни потомци.

Библиография

Енциклопедия около света

http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/STRONTSI.html?page=0.3

Уикипедия "Стронций"

http://en.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B9

3.Популярна библиотека от химични елементи

Стронций в човешкото тяло: роля, източници, дефицит и излишък

Стронций (Sr) е химичен елемент, който заема D.I. Менделеев 38 място. В най-простата си форма, при нормални условия, това е алкалоземен сребристо-бял метал, много пластичен, мек и ковък (лесно се реже с нож). Във въздуха той много бързо се окислява от кислород и влага, покривайки се с жълт оксид. Химически много активен.

Стронцийът е открит през 1787 г. от двама химици W. Cruikshank и A. Crawford, за първи път през чиста формаразпределен от Х. Дейви през 1808 г. Получава името си от шотландското село Строншиан, където през 1764 г. е открит неизвестен досега минерал, наречен също стронций на името на селото.

Поради високата си химична активност стронцийът не се среща в природата в чист вид. В природата е доста разпространен, влиза в състава на около 40 минерала, от които най-често срещаните са целестин (стронциев сулфат) и стронцианит (стронциев карбонат). Именно от тези минерали се добива стронций в индустриален мащаб. Най-големите находища на стронциеви руди се намират в САЩ (Аризона и Калифорния), Русия и някои други страни.

Стронций и неговите съединения се използват широко в радиоелектронната промишленост, металургията, хранително-вкусовата промишленост и пиротехниката.

Стронцийът много често придружава калция в минералите и е доста често срещан химичен елемент. Масовата му част в земната кора е около 0,014%, концентрацията му в морската вода е около 8 mg/l.

Ролята на стронция в човешкото тяло

Много често, когато се говори за ефекта на стронция върху човешкото тяло, те имат негативна конотация. Това е много често срещано погрешно схващане поради факта, че неговият радиоактивен изотоп 90 Sr наистина е изключително опасен за здравето. Образува се, когато ядрени реакциив реактори и при ядрени експлозии, а когато попадне в човешкото тяло, се отлага в костния мозък и много често води до много трагични последици, тъй като буквално блокира кръвообразуването. Но обикновеният, нерадиоактивен, стронций в разумни дози не само не е опасен, но е просто необходим за човешкото тяло. Стронций дори се използва при лечението на остеопороза.

Като цяло стронций се намира в почти всички живи организми, както в растенията, така и в животните. Той е аналог на калция и може лесно да го замени в костната тъкан без особен ефект върху здравето. Между другото, именно това химично свойство на стронция прави споменатия му радиоактивен изотоп изключително опасен. Почти целият (99%) стронций се отлага в костната тъкан и по-малко от 1% от стронция се задържа в други тъкани на тялото. Концентрацията на стронций в кръвта е около 0,02 µg/ml, в лимфните възли 0,30 µg/g, белите дробове 0,2 µg/g, яйчниците 0,14 µg/g, бъбреците и черния дроб 0,10 µg/g.

При малки деца (на възраст под 4 години) стронций се натрупва в тялото, тъй като през този период активно се образува костна тъкан. Тялото на възрастен съдържа около 300-400 mg стронций, което е доста в сравнение с други микроелементи.

Стронций предотвратява развитието на остеопороза и зъбен кариес.

Синергист и в същото време антагонист на стронция е калцият, който е много близък до него по своите химични свойства.

Източници на стронций в човешкото тяло

Точната дневна нужда на човека от стронций не е установена, според някои налични данни тя достига до 3-4 mg. Изчислено е, че средно човек приема 0,8-3,0 mg стронций на ден с храната.

Стронций, доставен с храната, се усвоява само с 5-10%. Неговата абсорбция се извършва главно в дванадесетопръстника и илеума. Стронций се екскретира главно през бъбреците, в много по-малка степен с жлъчката. В изпражненията се открива само неабсорбиран стронций.

Подобрява усвояването на стронций витамин D, лактоза, аминокиселини аргинин и лизин. На свой ред, растителна диета с високо съдържание на фибри, както и натриев и бариев сулфат, намаляват абсорбцията на стронций в храносмилателния тракт.

Храни, съдържащи стронций:

• бобови растения (боб, грах, фасул, соя);
• зърнени култури (елда, овес, просо, мека и твърда пшеница, див ориз, ръж);
• растения, които образуват грудки, както и кореноплодни (картофи, цвекло, ряпа, моркови, джинджифил);
• плодове (кайсия, дюля, ананас, грозде, круша, киви);
• зеленчуци (целина, копър, рукола);
• ядки (фъстъци, бразилски орехи, кашу, макадамия, шамфъстък, лешници);
• месни продукти, особено кости и хрущяли.

Липса на стронций в човешкото тяло

В специализираната литература няма информация за дефицит на стронций в човешкия организъм. Опитите с животни показват, че дефицитът на стронций води до забавяне на развитието, инхибиране на растежа, кариес (кариес) и калцификация на костите и зъбите.

Излишък на стронций в човешкото тяло

При излишък на стронций може да се развие заболяване, което популярно се нарича "болест на Уров", а на медицински език - "стронциев рахит" или болест на Кашин-Бек. Това заболяване е идентифицирано за първи път сред населението, живеещо в басейна на реката. Урал и Източен Сибир. Жител на град Нерченск И.М. Юренски през 1849 г. в списание „Сборник на свободните икономическо общество" написа статия "За грозотата на жителите на бреговете на Урова в Източен Сибир."

Дълго време лекарите не можеха да обяснят природата на това ендемично заболяване. По-късни проучвания обясняват природата на това явление. Оказа се, че това заболяване възниква поради факта, че стронциевите йони, когато навлизат в тялото в излишък, изместват значителна част от калция от костите, което води до дефицит на последния. В резултат на това страда целият организъм, но повечето типично проявлениеТова заболяване е развитието на дистрофични промени в костите и ставите, особено в периода на интензивен растеж (при деца). Освен това се нарушава съотношението фосфор-калций в кръвта, развиват се чревна дисбактериоза, белодробна фиброза.

За отстраняване на излишния стронций от тялото се използват диетични фибри, магнезиеви и калциеви съединения, натриев и бариев сулфат.

Обаче споменатият по-горе радиоактивен стронций-90 представлява особена опасност. Натрупвайки се в костите, той не само засяга костния мозък, пречейки на тялото да изпълнява кръвотворната функция, но също така причинява лъчева болест, засяга мозъка и черния дроб, повишава риска от развитие на онкологични заболяванияособено рак на кръвта.

Ситуацията се утежнява от факта, че стронций-90 има средно дълъг период на полуразпад (28,9 години) - точно средната продължителност на поколението на хората. Следователно, при радиоактивно замърсяване на района не е необходимо да се чака бързото му обеззаразяване, но в същото време радиоактивността му е много висока. Други радиоактивни елементи се разпадат много бързо, например много изотопи на йода имат период на полуразпад от часове и дни, или много бавно, така че имат ниска радиационна активност. За стронций-90 не може да се каже нито едното, нито другото.

Но това не е всичко. Факт е, че стронций-90, когато попадне в почвата, измества калция и впоследствие се абсорбира от растения, животни и чрез хранителната верига достига до човек с всички произтичащи от това последствия. Особено "богати" на стронций са кореноплодите и зелените части на растенията. В резултат на това земеделска земя, замърсена с радиоактивен стронций, може да бъде извадена от обращение за стотици години.

Стронций е елемент от главната подгрупа на втората група, петия период от периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 38. Означава се със символа Sr (лат. Стронций). Простото вещество стронций е мек, ковък и пластичен алкалоземен метал със сребристо-бял цвят. Има висока химическа активност, във въздуха бързо реагира с влага и кислород, покривайки се с жълт оксиден филм.

Атомен номер - 38

Атомна маса - 87,62

Плътност, kg/m³ - 2600

Точка на топене, ° С - 768

Топлинна мощност, kJ / (kg ° С) - 0,737

Електроотрицателност - 1.0

Ковалентен радиус, Å - 1.91

1-ва йонизация потенциал, ev - 5.69

През 1764 г. в оловна мина близо до шотландското село Стронтиан е открит минерал, който наричат ​​стронцианит. Дълго време се смяташе за разновидност на флуорит CaF 2 или видерит BaCO 3, но през 1790 г. английските минералози Крофорд и Круикшанк анализираха този минерал и установиха, че той съдържа нова "земя", а на сегашния език - оксид.

Независимо от тях същият минерал е изследван от друг английски химик Хоуп. След като стигна до същите резултати, той обяви, че в стронцианита има нов елемент - металът стронций.

Очевидно откритието вече е „висяло във въздуха“, защото почти едновременно видният немски химик Клапрот обяви откриването на нова „земя“.

През същите години известният руски химик академик Товий Егорович Ловиц също се натъква на следи от "стронциева земя". Той отдавна се интересуваше от минерала, известен като тежък шпат. В този минерал (съставът му е BaSO 4) Карл Шееле открива през 1774 г. оксида на новия елемент барий. Не знаем защо Ловиц не беше безразличен към тежкия лост; известно е само, че ученият, който откри адсорбционните свойства на въглищата и направи много повече в областта на общата и органичната химия, събра проби от този минерал. Но Ловиц не беше просто колекционер, той скоро започна систематично да изучава тежки шпатове и през 1792 г. стигна до заключението, че този минерал съдържа неизвестен примес. Той успя да извлече доста от колекцията си - повече от 100 г нова "земя" и продължи да изследва нейните свойства. Резултатите от изследването са публикувани през 1795 г.

И така, почти едновременно няколко изследователи в различни страни се доближиха до откриването на стронций. Но в елементарната си форма той е разкрит едва през 1808 г.

Изключителният учен на своето време Хъмфри Дейви вече разбира, че елементът на стронциева земя трябва да бъде очевидно алкалоземен метал и го получава чрез електролиза, т.е. по същия начин като калций, магнезий, барий. По-конкретно, първият в света метален стронций е получен чрез електролиза на неговия навлажнен хидроксид. Стронцийът, освободен на катода, моментално се свързва с живака, образувайки амалгама. Разлагайки амалгамата чрез нагряване, Дейви изолира чистия метал.

Стронций се намира в морската вода (0,1 mg/l), в почвите (0,035 wt%). По маса, в геохимичните процеси, той е сателит на калция. В магматичните скали стронцийът е предимно в дисперсна форма и влиза като изоморфен примес в кристалната решетка на калциеви, калиеви и бариеви минерали. В биосферата стронций се натрупва в карбонатни скали и особено в седиментите на солени езера и лагуни.

Стронций е неразделна част от микроорганизмите, растенията и животните. При морските радиоларии (акантарии) скелетът се състои от стронциев сулфат - целестин. Морските водорасли съдържат 26-140 mg стронций на 100 g сухо вещество, сухоземните растения - 2,6, морските животни - 2-50, сухоземните животни - 1,4, бактериите - 0,27-30. Натрупването на стронций от различни организми зависи не само от техния вид, особености, но и от съотношението на стронций с други елементи, главно Ca и P, в околната среда, както и от адаптацията на организмите към специфична геохимична среда.

В природата стронцийът се среща като смес от 4 стабилни изотопа 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87Sr (7,02%), 88Sr (82,56%). Изкуствено са получени радиоактивни изотопи с масови числа от 80 до 97, вкл. 90 Sr (T ½ = 27,7 години), образуван по време на деленето на уран.

Има 3 начина за получаване на метален стронций:

• термично разлагане на някои съединения
• електролиза на стопилка, съдържаща 85% SrCl 2 и 15% KCl, но при този процес ефективността на тока е ниска и металът е замърсен със соли, нитрид и оксид. В промишлеността електролизата с течен катод произвежда стронциеви сплави, например с калай.
• редукция на оксид или хлорид

Основните суровини за производството на стронциеви съединения са концентрати от обогатяване на целестин и стронцианит. Метален стронцийполучен чрез редукция на стронциев оксид с алуминий при 1100-1150 ° C:

4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrO Al 2 O 3 .

Процесът се провежда в електровакуумни апарати [при 1 N/m 2 (10 -2 mm Hg)] с периодично действие. Парите от стронций кондензират върху охладената повърхност на кондензатора, поставен в апарата; в края на редукцията апаратът се запълва с аргон и кондензатът се разтопява, който се влива във формата.

Електролитното производство на стронций чрез електролиза на стопилка от смес от SrCl 2 и NaCl не се използва широко поради ниската ефективност на тока и замърсяването на стронция с примеси.

При стайна температура решетката на стронция е лицево-центрирана кубична (α-Sr) с период a = 6.0848Å; при температури над 248 °C се трансформира в хексагонална модификация (β-Sr) с периоди на решетка a = 4,32 Å и c = 7,06 Å; при 614 °C се трансформира в кубична телецентрирана модификация (γ-Sr) с период a = 4.85Å. Атомен радиус 2,15Å, йонен радиус Sr 2+ 1,20Å. Плътността на α-формата е 2,63 g / cm 3 (20 ° C); t pl 770 °C, t kip 1383 °C; специфичен топлинен капацитет 737,4 kJ/(kg K); електрическо съпротивление 22,76·10 -6 ohm·cm -1 . Стронцийът е парамагнитен, атомната магнитна чувствителност при стайна температура е 91,2·10 -6. Стронцийът е мек пластичен метал, който лесно се реже с нож.

Полиморфен - известни са три негови модификации. До 215 o C стабилна е кубичната гранецентрирана модификация (α-Sr), между 215 и 605 o C - хексагонална (β-Sr), над 605 o C - кубична телецентрирана модификация (γ-Sr).

Точка на топене - 768 o C, Точка на кипене - 1390 o C.

Стронцийът в неговите съединения винаги проявява +2 валентност. По свойства стронцийът е близък до калция и бария, заемайки междинна позиция между тях.

В електрохимичната серия от напрежения стронцийът е сред най-активните метали (нормалният му електроден потенциал е −2,89 V. Той реагира енергично с вода, образувайки хидроксид:

Sr + 2H 2 O \u003d Sr (OH) 2 + H 2

Взаимодейства с киселини, измества тежките метали от техните соли. С концентрирани киселини (H 2 SO 4 , HNO 3) реагира слабо.

Металният стронций бързо се окислява във въздуха, образувайки жълтеникав филм, в който освен SrO оксид винаги присъстват SrO 2 пероксид и Sr 3 N 2 нитрид. При нагряване на въздух се запалва; прахообразният стронций във въздуха е склонен към самозапалване.

Реагира енергично с неметали - сяра, фосфор, халогени. Взаимодейства с водород (над 200 o C), азот (над 400 o C). Практически не реагира с алкали.

При високи температури той реагира с CO 2, образувайки карбид:

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

Лесно разтворими соли на стронция с аниони Cl-, I-, NO 3-. Солите с аниони F -, SO 4 2-, CO 3 2-, PO 4 3- са слабо разтворими.

Основните области на приложение на стронций и неговите химични съединения- това е радиоелектронната промишленост, пиротехниката, металургията, хранително-вкусовата промишленост.

Стронций се използва за легиране на мед и някои от неговите сплави, за въвеждане в акумулаторни оловни сплави, за десулфуриране на чугун, мед и стомани.

За редуциране на урана се използва стронций с чистота 99,99-99,999%.

Магнитно твърдите стронциеви ферити се използват широко като материали за производството на постоянни магнити.

Много преди откриването на стронция, неговите недешифрирани съединения са били използвани в пиротехниката за производство на червени светлини. До средата на 40-те години на 20-ти век стронцийът беше преди всичко металът на фойерверките, забавленията и салютите. Магнезиево-стронциевата сплав има най-силни пирофорни свойства и се използва в пиротехниката за запалителни и сигнални състави.

Радиоактивният 90 Sr (период на полуразпад 28,9 години) се използва в производството на радиоизотопни източници на енергия под формата на стронциев титанат (плътност 4,8 g/cm³, отделяне на енергия около 0,54 W/cm³).

Стронциевият уранат играе важна роля в производството на водород (стронциево-уранатен цикъл, Лос Аламос, САЩ) чрез термохимичен метод (атомна водородна енергия) и по-специално се разработват методи за директно делене на уранови ядра в състава на стронциев уранат за производство на топлина по време на разлагането на водата на водород и кислород.

Стронциевият оксид се използва като компонент на свръхпроводяща керамика.

Стронциевият флуорид се използва като компонент на твърди флуорни батерии с огромен енергиен капацитет и енергийна плътност.

Сплави на стронций с калай и олово се използват за отливане на проводници на батерии. Стронциево-кадмиеви сплави за аноди на галванични клетки.

Металът се използва в глазури и емайллакове за покриване на съдове. Стронциевите глазури са не само безвредни, но и достъпни (стронциевият карбонат SrCO 3 е 3,5 пъти по-евтин от червения олово). Всички положителни качества на оловните глазури са характерни и за тях. Освен това продуктите, покрити с такива глазури, придобиват допълнителна твърдост, топлоустойчивост и химическа устойчивост.

Стронций е активен метал. Това пречи на широкото му приложение в техниката. Но, от друга страна, високата химическа активност на стронция позволява да се използва в определени области. Национална икономика. По-специално, той се използва при топенето на мед и бронз - стронций свързва сяра, фосфор, въглерод и повишава течливостта на шлаката. По този начин стронцийът допринася за пречистването на метала от множество примеси. В допълнение, добавянето на стронций повишава твърдостта на медта, почти без да намалява нейната електропроводимост. Стронций се въвежда в електрически вакуумни тръби, за да абсорбира оставащия кислород и азот, за да направи вакуума по-дълбок.

Солите и съединенията на стронция имат ниска токсичност; при работа с тях трябва да се ръководи от правилата за безопасност със соли на алкални и алкалоземни метали.

Не трябва да се бърка ефектът върху човешкото тяло на естествените (нерадиоактивни, нискотоксични и освен това широко използвани за лечение на остеопороза) и радиоактивните изотопи на стронций. Изотопът на стронций 90 Sr е радиоактивен с период на полуразпад от 28,9 години. 90 Sr претърпява β-разпадане, превръщайки се в радиоактивен 90 Y (период на полуразпад 64 часа).Пълният разпад на стронций-90, който е влязъл в околната среда, ще настъпи едва след няколкостотин години. 90 Sr се образува при ядрени експлозии и емисии от атомни електроцентрали.

Радиоактивният стронций почти винаги има отрицателен ефект върху човешкото тяло:

1. Отлага се в скелета (костите), засяга костната тъкан и костния мозък, което води до развитие на лъчева болест, тумори на хемопоетичната тъкан и костите.

2. Причинява левкемия и злокачествени тумори (рак) на костите, както и увреждане на черния дроб и мозъка.

Стронций се натрупва с висока скорост в тялото на децата до четиригодишна възраст, когато има активно образуване на костна тъкан. Обменът на стронций се променя при някои заболявания на храносмилателната система и сърдечно-съдовата система. Входни маршрути:

1. вода (максимално допустимата концентрация на стронций във вода в Руската федерация е 8 mg / l, а в САЩ - 4 mg / l)
2. храна (домати, цвекло, копър, магданоз, репички, репички, лук, зеле, ечемик, ръж, пшеница)
3. интратрахеален прием
4. през кожата (кожно)
5. вдишване (през въздуха)
6. от растения или чрез животни, стронций-90 може директно да премине в човешкото тяло.

Влиянието на нерадиоактивния стронций е изключително рядко и само при излагане на други фактори (дефицит на калций и витамин D, недохранване, нарушения на съотношението на микроелементи като барий, молибден, селен и др.). Тогава може да причини "стронциев рахит" и "уроболест" при децата - увреждане и деформация на ставите, забавяне на растежа и други нарушения.

Стронций-90.

Веднъж попаднал в околната среда, 90 Sr се характеризира със способността да се включва (главно заедно с Ca) в метаболитните процеси на растенията, животните и хората. Следователно, когато се оценява замърсяването на биосферата с 90 Sr, е обичайно да се изчислява съотношението 90 Sr/Ca в стронциеви единици (1 s.u. = 1 микрон μcuri 90 Sr на 1 g Ca). Когато 90 Sr и Ca се движат по биологични и хранителни вериги, възниква стронциева дискриминация, за чието количествено изражение се намира „коефициентът на дискриминация“, съотношението на 90 Sr / Ca в следващата връзка на биологичната или хранителната верига към същото стойност в предишната връзка. В крайната връзка на хранителната верига концентрацията на 90 Sr като правило е много по-ниска, отколкото в първоначалната.

Растенията могат да получат 90 Sr директно от директно замърсяване на листата или от почвата през корените. Относително повече 90 Sr се натрупва от бобови растения, кореноплодни и грудкови култури, по-малко от зърнени култури, включително зърнени култури и лен. В семената и плодовете се натрупва значително по-малко 90 Sr, отколкото в други органи (например 90 Sr е 10 пъти повече в листата и стъблата на пшеницата, отколкото в зърното). При животните (постъпва предимно с растителни храни) и хората (постъпва главно с краве мляко и риба) 90 Sr се натрупва главно в костите. Количеството на отлагане на 90 Sr в тялото на животните и хората зависи от възрастта на индивида, количеството на постъпилия радионуклид, скоростта на растеж на нова костна тъкан и др. 90 Sr представлява голяма опасност за децата, в чийто организъм влиза с млякото и се натрупва в бързо растящата костна тъкан.

За хората полуживотът на стронций-90 е 90-154 дни.

Сключването през 1963 г. в Москва на Договора за забрана на изпитванията на ядрени оръжия в атмосферата, космическото пространство и под водата доведе до почти пълно освобождаване на атмосферата от 90 Sr и намаляване на подвижните му форми в почвата.

След аварията в атомната електроцентрала в Чернобил цялата територия със значително замърсяване със стронций-90 беше в 30-километрова зона. Голямо количество стронций-90 попадна във водни тела, но в речната вода концентрацията му не надвишава максимално допустимата за питейна вода навсякъде (с изключение на река Припят в началото на май 1986 г. в долното й течение).

По време на аварията в Чернобилската атомна електроцентрала в външна средасравнително малко от него стигна до там - общото освобождаване се оценява на 0,22 MKi. В исторически план много внимание се е обръщало на този радионуклид в радиационната хигиена. Причините за това са няколко. Първо, стронций-90 представлява значителна част от активността в продуктовата смес ядрен взрив: 35% от общата активност веднага след експлозията и 25% след 15-20 години, и второ, ядрени аварии в завод Маяк в Южен Урал през 1957 г. и 1967 г., когато значително количество стронций-90 беше изпуснато в околен свят.