Как получают металлический стронций. Стронций - характеристика свойств с фото, его биологическая роль в организме человека, лечение препаратами на основе химического элемента

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 (Strontium), Sr (а. strontium; н. Strontium; ф. strontium; и. estroncio), — химический элемент II группы периодической системы Менделеева , атомный номер 38, атомная масса 87,62, относится к щёлочноземельным металлам.

Свойства стронция

Природный стронций состоит из 4 стабильных изотопов; 84 Sr (0,56%), 86 Sr (9,84%), 87 Sr (7,0%) и 88 Sr (82,6%); известно свыше 20 искусственных радиоактивных изотопов стронция с массовыми числами от 77 до 99, из которых наиболее важное значение имеет 90 Sr (ТЅ 29 лет), образующийся при делении урана . Стронций открыт в 1790 шотландским учёным А. Крофордом в виде оксида.

В свободном состоянии стронций — мягкий золотисто-жёлтый металл. При t ниже 248°С для него характерна гранецентрированная кубическая решётка (а-Sr с периодом а=0,60848 нм), в интервале 248-577°С — гексагональная (b-Sr с периодами а=0,432 нм, с=0,706 нм); при более высокой температуре переходит в объёмноцентрированную кубическую модификацию (g-Sr с периодом а=0,485 нм). Плотность а-Sr 2540 кг/м 3 ; t плавления 768°С, t кипения 1381°С; молярная теплоёмкость 26,75 Дж/(моль.К); удельное электрическое сопротивление 20,0.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 20,6.10 -6 К -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2.10 -6 . Пластичен, мягок, легко режется ножом.

Стронций по химическим свойствам сходен с Ca и Ba. В соединениях имеет степень окисления +2. Быстро окисляется на воздухе, при комнатной температуре взаимодействует с водой , при повышенной — с водородом , азотом , фосфором , серой и галогенами.

Среднее содержание стронция в земной коре 3,4.10 -2 % (по массе). Магматические средние горные породы содержат несколько больше стронция (8,0.10 -2 %), чем (4,5.10 -2 %), (4,4.10 -2 %), (3.10 -2 %) и (1.10 -3 %) горные породы . Известно около 30 минералов стронция, важнейшими из которых являются целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 ; помимо этого практически всегда присутствует в минералах кальция , калия и бария , входя в виде изоморфной примеси в их кристаллической решётке. Поскольку из 4 природных изотопов стронция один (87 Sr) постоянно накапливается в результате Я-распада 87 Rb, изотопный состав стронция (отношение 87 Sr/ 86 Sr) используется в геохимических исследованиях для установления генетических взаимоотношений между различными комплексами пород, а также для определения их радиометрического возраста (при условии одновременного определения содержания рубидия в исследуемых объектах). Радиоактивный 90 Sr служит загрязнения окружающей среды (до прекращения атмосферных ядерных испытаний был одним из главных факторов радиоактивного загрязнения).

Применение и использование

Основное сырьё для получения стронция — целестиновые и стронцианитовые руды . Металлический стронций получают алюмотермическим восстановлением оксида стронция в вакууме. Применяют при изготовлении алюминиевых сплавов и некоторых сталей, электровакуумных приборов и некоторых оптических стёкол. Соли стронция, окрашивающие пламя в интенсивный красный цвет, используются в пиротехнике. 90 Sr применяют в медицине как источник ионизирующего излучения.

Стронций — 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 — 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.

В 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом. Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF2 или витерита ВаCO3, но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел.

Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик - Хоп. Придя к таким же результатам, он объявил, что в стронцианите есть новый элемент - металл стронций.

Видимо, открытие уже «витало в воздухе», потому что почти одновременно сообщил об обнаружении новой «земли» и видный немецкий химик Клапрот.

В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик - академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. В этом минерале (его состав BaSО4) Карл Шееле открыл в 1774 г. окись нового элемента бария. Не знаем, отчего Ловиц был неравнодушен именно к тяжелому шпату; известно только, что ученый, открывший адсорбционные свойства угля и сделавший еще много в области общей и органической химии, коллекционировал образцы этого минерала. Но Ловиц не был просто собирателем, вскоре он начал систематически исследовать тяжелый шпат и в 1792 г. пришел к выводу, что в этом минерале содержится неизвестная примесь. Он сумел извлечь из своей коллекции довольно много - больше 100 г новой «земли» и продолжал исследовать ее свойства. Результаты исследования были опубликованы в 1795 г.

Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементарном виде его выделили лишь в 1808 г.

Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т.е. тем же способом, что и кальций, магний, барий. А если говорить конкретнее, то первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси. Выделявшийся на катоде стронций мгновенно соединялся с ртутью, образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Стронций - тридцать восьмой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Sr от латинского «strontium». Расположен в пятом периоде, IIA группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 38.

Стронций встречается в природе главным образом в виде сульфатов и карбонатов, образуя минералы целестин SrSO 4 и стронцианит SrCO 3 . Содержание стронция в земной коре равно 0,04% (масс.).

Металлический стронций в виде простого вещества представляет собой мягкий серебристо-белый (рис. 1) метал, обладающий ковкостью и пластичностью (легко режется ножом). Химически активный: быстро окисляется на воздухе, довольно энергично взаимодействует с водой и непосредственно соединяется со многими элементами.

Рис. 1. Стронций. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса стронция

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии стронций существует в виде одноатомных молекул Sr, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 87,62.

Аллотропия и аллотропные модификации стронция

Стронций существует в виде трех кристаллических модификаций, каждая из которых устойчива в определенном температурном диапазоне. Так, до 215 o С устойчив α-стронций (кубическая гранецентрированная решетка), выше 605 o С — g — стронций (кубическая объемноцентрированная решетка), а в интервале температур 215 — 605 o С — b-стронций (гексагональная решетка).

Изотопы стронция

Известно, что в природе рубидий может находиться в виде единственного стабильного изотопа 90 Sr.Массовое число равно 90, ядро атома содержит тридцать восемь протонов и пятьдесят два нейтрона. Радиоактивен.

Ионы стронция

На внешнем энергетическом уровне атома стронция имеется два электрона, которые являются валентным:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2 .

В результате химического взаимодействия стронций отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Sr 0 -2e → Sr 2+ .

Молекула и атом стронция

В свободном состоянии стронций существует в виде одноатомных молекул Sr. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу стронция:

Сплавы стронция

Стронций нашел широкое применение в металлургии в качестве легирующего компонента сплавов на основе меди.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

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.