Cena, výskyt, těžba a použití stroncia

Stroncium je chemický prvek se symbolem prvku Sr a atomovým číslem 38. V periodické tabulce je v 5. Období i 2. Hlavní skupina nebo 2. IUPAC patří do skupiny kovů alkalických zemin. Je to měkký (Mohsova tvrdost: 1,5) a velmi reaktivní kov.

Tento prvek objevil Adair Crawford 1790 a pojmenoval ho po svém prvním webu Strontian ve Skotsku. Elementární, i když kontaminovaný cizími příměsemi, mohl být 1808 představován elektrolýzou pomocí Humphryho Davyho. Robert Bunsen vystřídal 1855 také zastoupením čistého stroncia. Prvek se používá pouze v malém množství, zejména pro katodové trubice, pyrotechnické výrobky (barva červeného plamene), permanentní magnety a při tavení hliníku.

Stroncium se v lidském těle vyskytuje v malém množství, ale nemá žádný známý biologický význam a není podstatné. Stroncium ranelát je léčivo pro léčbu osteoporózy.

Historie

Prvotní důkazy o existenci prvku našli Adair Crawford a William Cruickshank v roce 1790, když podrobněji zkoumali strontiánský původ ve skotském minerálu, který byl původně považován za „vzduchem přenášený baryt“ (uhličitan barnatý, witherit). Připravili chlorid a porovnali několik vlastností pozdějšího chloridu strontnatého s vlastnostmi chloridu barnatého. Mimo jiné našli různé rozpustnosti ve vodě a jiných krystalových formách. 1791 jmenoval Friedrich Gabriel Sulzer (1749-1830) minerál po jeho lokalitě Strontian Strontianite. Spolu s Johannem Friedrichem Blumenbachem studovali minerál podrobněji, a tak našli více rozdílů od Witheritu, jako je různá toxicita a barva plamene. V následujících letech chemici jako Martin Heinrich Klaproth, Richard Kirwan, Thomas Charles Hope a Johann Tobias Lowitz dále zkoumali strontianit a získali z něj další sloučeniny stroncia.

1808 nahradil Humphry Davy elektrolytickou redukcí v přítomnosti červeného rtuťového oxidu, znázorněním amongamu stroncia, který pak vyčistil destilací a obdržel - i když kontaminovaný - kov. Pojmenoval to po strontianitu analogickém s ostatními stroncium kovy alkalických zemin. Čistý stroncium získal Robert Bunsen 1855 elektrolýzou taveniny chloridu strontnatého. Také určil vlastnosti kovu, jako je měrná hmotnost prvku.

výskyt

Stroncium je relativně hojné s podílem 370 ppm na kontinentální kůře na Zemi, hojnost prvků v zemské kůře je srovnatelná s baryiem, sírou nebo uhlíkem. Také v mořské vodě je přítomno větší množství stroncia. Prvek se nezdá solidní, ale vždy v různých spojeních. Vzhledem k nízké rozpustnosti jsou nejdůležitějšími minerály stroncia síran stroncia nebo celestin s obsahem stroncia až 47,7%. stejně jako uhličitan nebo strontianit stroncia s obsahem stroncia až do 59,4% (jako: 2011) kolem minerálů obsahujících stroncium 200.

Vklady nejdůležitějšího minerálu stroncia, celestinu, byly vytvořeny srážením těžce rozpustného síranu strontnatého z mořské vody. Je také možná hydrotermální tvorba minerálu. Strontianit také tvoří hydrotermálně nebo jako sekundární minerál z celestinu. Hlavní ložiska a těžba stroncia jsou ve Španělsku, Mexiku, Turecku, Číně a Íránu. Velká Británie byla po dlouhou dobu také důležitým výrobním státem, ale výroba skončila 1992em. Těžba minerálů stroncia v 2008 po celém světě činila 496.000 tun.

Extrakce a prezentace

Výchozím materiálem pro výrobu stroncia a sloučenin stroncia je obvykle celestin (síran stroncia). Z toho se obvykle nejprve získá uhličitan strontnatý. Toto je průmyslově nejdůležitější sloučenina stroncia a surovina pro extrakci kovů a dalších sloučenin.

Při výrobě uhličitanu strontnatého se síran strontnatý nejprve nechá reagovat s uhlíkem při teplotě 1100-1200 ° C. V tomto případě je sulfát redukován na sulfid a existují sulfid strontnatý a oxid uhličitý. Sulfid strontnatý se čistí extrakcí horkou vodou.

Následně buď oxid uhličitý prochází roztokem sulfidu strontnatého nebo sulfid strontnatý reaguje s uhličitanem sodným. Kromě uhličitanu strontnatého se tvoří sirovodík nebo sirník sodný. Která z těchto dvou variant se používá, závisí na dostupnosti surovin a možnosti prodeje vedlejších produktů.

Jemně mletý síran strontnatý může také reagovat přímo s uhličitanem sodným nebo amonným za vzniku uhličitanu strontnatého. Jsou však nutné komplikované kroky čištění.

Aby se získal kov stroncia, oxid stroncia se redukuje hliníkem (aluminotermie). Kromě elementárního stroncia se vytváří směs hliníku a oxidu stroncia. Reakce probíhá ve vakuu, protože za těchto podmínek je stroncium plynné, lze jej snadno oddělit a shromáždit v kondenzátoru.

Fyzikální vlastnosti

Stroncium je vysoce kvalitní stav světle zlatý žlutý, jinak stříbrně bílý kov alkalické zeminy. S teplotou tání 777 ° C a teplotou varu 1380 ° C stojí na bodu varu mezi lehčím vápníkem a těžším baryem, přičemž vápník má vyšší bod tání a baryum má nižší bod tání. Stroncium má nejnižší teplotu varu ze všech kovů alkalických zemin po hořčíku a radiu. S hustotou 2,6 g / cm3 je jedním z lehkých kovů. Stroncium je velmi měkké s Mohsovou tvrdostí 1,5 a lze jej snadno ohnout nebo válcovat.

Stejně jako vápník krystalizuje stroncium při pokojové teplotě v krystalové struktuře zaměřené na kubickou tvář ve vesmírné skupině Fm3m (prostorová skupina č. 225) (typ mědi) s parametrem mřížky a = 608,5 pm a čtyřmi jednotkami vzorce na jednotku buňky. Kromě toho jsou známy dvě další vysokoteplotní modifikace. Při teplotách vyšších než 215 ° C se struktura transformuje na hexagonální hustou sférickou náplň (typ hořčíku) s parametry mřížky a = 432 pm a c = 706 pm. A konečně, nad 605 ° C, je nejstabilnější struktura na kubický střed (typ wolframu).

Chemické vlastnosti

Stroncium je nej reaktivnějším kovem alkalických zemin po baryu a radiu. Reaguje přímo s halogeny, kyslíkem, dusíkem a sírou. Vždy tvoří sloučeniny, ve kterých je přítomen jako dvojmocný kation. Když se zahřívá na vzduchu, kov hoří s typickým karmínovým zbarvením plamene na oxid strontnatý a nitrid stroncia.

Jako velmi základní kov reaguje stroncium s vodou za vzniku vodíku a hydroxidu. Hydroxid strontnatý se také tvoří při kontaktu kovu s vlhkým vzduchem. Stroncium je také rozpustné v amoniaku a tvoří modro-černý amonitan.

V podzemních vodách je stroncium obvykle podobné vápníku. Sloučeniny stroncia jsou nerozpustné za slabě kyselých až zásaditých podmínek. Pouze při nižších hodnotách pH se stroncium objevuje v rozpuštěné formě. Pokud k rozkladu oxidu uhličitého (CO2) dojde v důsledku povětrnostních procesů nebo podobně, je srážení stroncia zesíleno společně s vápníkem (jako stroncium nebo uhličitan vápenatý). Kromě toho vysoká kapacita kationtové výměny půdy může podpořit vazbu stroncia.

izotop

Existuje celkem izotopů 34 a známých devět dalších izomerů. Z toho jsou samozřejmě čtyři, 84Sr, 86Sr, 87Sr a 88Sr. V přírodním izotopovém složení převládá izotop 88Sr s podílem 82,58%. 86Sr s 9,86% a 87Sr s 7,0% a 84Sr s podílem 0,56% jsou vzácnější.

90Sr je beta emitor s energií rozpadu 0,546 MeV a rozkládá se s poločasem 28,78 let na 90Y, který se zase rychle rozpadá (t1 / 2 = 64,1 h) s emisemi vysokoenergetického beta záření (ZE = 2,282 MeV) a gama záření 90 na stabilní 90 , Vyskytuje se většinou jako produkt sekundárního štěpení. Vzniká během několika minut vícenásobným beta rozpadem z produktů primárního štěpení o hmotnostním čísle 5,7, které se vyskytuje v 235% všech jaderných štěpení 90U v jaderných elektrárnách a explozích atomových bomb. Díky tomu je XNUMXSr jedním z nejběžnějších štěpných produktů vůbec.

Větší objemy 90Sr jsou uvolňovány do životního prostředí při všech jaderných katastrofách. Nehody týkající se 90Sr byly požár Windscale, který vypustil 0,07 TBq 90Sr, a Černobylová katastrofa, kde byla uvolněna aktivita na 90Sr 800 TBq. Po testech nadzemních jaderných zbraní, zejména v letech 1955-58 a 1961-63, bylo zatížení 90Sr silně zvýšeno. To spolu se zátěží 137 1963C vedlo k přijetí Smlouvy o zákazu jaderných zkoušek ve vesmíru a pod vodou, která takové testování zakázala ve signatářských státech. Výsledkem bylo, že v následujících letech znečištění atmosféry opět výrazně pokleslo. Celková aktivita uvolněná jadernou zbraní na 90Sr byla přibližně 6 · 1017 Bq (600 PBq).

Příjem 90Sr, který se může kontaminovaným mlékem dostat do těla, je nebezpečný. V důsledku vysokoenergetického beta záření izotopu mohou být buňky v kosti nebo kostní dřeni změněny, a tak mohou být spuštěny kostní nádory nebo leukémie. Je nemožné zdobit kostní stroncium chelatačními činidly, protože přednostně komplexují vápník a stroncium zůstává v kosti. Dekorace síranu barnatého je možná pouze tehdy, pokud se provádí rychle po začlenění před instalací do kosti. Degradace biologickými procesy je také velmi pomalá, biologický poločas je v kostech za 49 let, efektivní poločas 90Sr v 18,1 letech. 90Sr se může vázat na buňky příštítných tělísek. To by vysvětlilo hromadění případů hyperparatyreózy mezi likvidátory reaktoru v Černobylu.

Beta záření 90Sr a 90Y lze použít v radionuklidových bateriích, jako jsou dálkové majáky a majáky v bývalém Sovětském svazu, pro značení izotopů s dlouhou životností, pro měření tloušťky materiálů nebo pro kalibraci Geigerových počítadel.

87Sr je produkt rozpadu izotopu rubidia 48Rb s poločasem životnosti 87 miliard let. Z poměru různých izotopů stroncia lze tedy v rámci analýzy izotopů stroncia stanovit stáří hornin obsahujících rubidium a stroncium, jako je například žula.

Stroncium je skladováno za různých podmínek v různých množstvích v kostech a zubech. Současně poměr izotopů 86Sr a 87Sr závisí na horninách prostředí. Proto lze z izotopových poměrů stroncia někdy vyvodit závěry o migračních pohybech prehistorických lidí.

Podle provozovatele je malý německý reaktor s oblázkovým ložem zvaný AVR vedle místa výzkumného střediska v Jülichu považován za jaderné zařízení nejvíce kontaminované 90Sr na celém světě. Také v půdě pod reaktorem je stroncium. To musí být odstraněno náročné při demontáži reaktoru na 2017 [zastaralé].

Verwendung

Stroncium se vyrábí a používá pouze v malém množství. Většina vyrobeného uhličitanu strontnatého se používá pro katodové trubice, permanentní magnety a pyrotechnické výrobky.

Kovové stroncium se používá hlavně v hliníkovém průmyslu (primární a sekundární taviče hliníku a slévárny) a také sodík jako mezifázové činidlo ve slitinách hliník-křemík s 7-12% křemíku. Malé přísady stroncia mění eutektikum ve slitinách křemík-hliník a zlepšují tak mechanické vlastnosti slitiny. Je to proto, že slitiny hliníku a křemíku bez stroncia v eutektické sraženině jsou zrnitá, ostrá, mechanicky nestabilní zrna, kterým stroncium zabraňuje. Jeho „rafinační“ účinek trvá déle v tekutých taveninách (slévárenských a udržovacích pecích) než v případě sodíku, protože je méně snadno oxidován. V oblasti pomalu tuhnoucích tavenin (lití do písku) již částečně vytlačil sodík, který se používá po celá desetiletí. Při rychlém tuhnutí v kovové permanentní formě, zejména při tlakovém lití, není použití stroncia vždy povinné, tvorba požadované jemné, "rafinované" struktury je již podporována rychlým tuhnutím.

Stroncium se přidává k ferosiliciu, reguluje strukturu uhlíku a zabraňuje nerovnoměrnému tuhnutí během lití.

Kromě toho může být stroncium použito jako getrový materiál v elektronových zkumavkách, pro odstraňování síry a fosforu z oceli a pro kalení olověných bateriových destiček.

Biologický význam

Jen málo tvorů používá stroncium v ​​biologických procesech. Patří k nim Acantharia, jednobuněčné eukaryotické stvoření patřící k radiolariánům a jsou běžnou součástí zooplanktonu v moři. To jsou jediní protisté, kteří používají síran stroncia jako stavební materiál pro kostru. Způsobují tedy také změny obsahu stroncia v jednotlivých mořských vrstvách, nejprve zaujmou stroncium a po smrti klesají do hlubších vrstev, kde se rozpustí.

Fyziologický a terapeutický význam

Stroncium není podstatné, je známo jen několik biologických účinků prvku. Je tedy možné, že stroncium má inhibiční účinek na zubní kaz.

Studie na zvířatech u prasat prokázaly příznaky, jako je nedostatek koordinace, slabost a příznaky ochrnutí způsobené stravou bohatou na stroncium a nízkým obsahem vápníku.

Stroncium je svými vlastnostmi velmi podobné vápníku. Na rozdíl od vápníku se však vstřebává ve střevě pouze v malém množství. To může být způsobeno větším iontovým poloměrem prvku. V průměru je obsah stroncia u člověka s 70 kilogramem pouze 0,32 g, ve srovnání s asi 1000 g vápníkem v těle. Absorbované stroncium je - podobně jako vápník - uloženo hlavně v kostech, což je léčba osteoporózy. Tvorbou soli s organickými kyselinami, jako je kyselina ranelová nebo kyselina malonová, se dosáhne odpovídající vysoké biologické dostupnosti.

89Sr se používá jako chlorid (pod obchodním názvem "Metastron") pro radionuklidovou terapii kostních metastáz.

bezpečnost

Stejně jako ostatní kovy alkalických zemin je stroncium hořlavé. Reaguje s vodou nebo oxidem uhličitým, takže jej nelze použít jako hasivo. K hašení by se měly použít kovové hasicí přístroje (třída D) a je také možné použít suchý písek, sůl a hasicí prášek. Vodík se při kontaktu s vodou tvoří, což je výbušné. Pro odstranění malých množství může stroncium reagovat s isopropanolem, terc-butanolem nebo oktanolem.

Připojení

Stejně jako všechny kovy alkalických zemin se stroncium vyskytuje ve stabilních sloučeninách pouze v oxidačním stavu + 2. Jsou to obvykle bezbarvé, často snadno rozpustné soli.

halogenidy

S halogeny tvoří fluor, chlor, brom a jód stroncium vždy halogenid obecného vzorce SrX2. Jsou typické, bezbarvé a, s výjimkou fluoridu strontnatého, snadno rozpustné soli. Mohou být připraveny reakcí uhličitanu strontnatého s halogenovodíkovými kyselinami, jako je kyselina fluorovodíková nebo kyselina chlorovodíková. Chlorid strontnatý se používá jako meziprodukt pro výrobu dalších sloučenin stroncia a také ve zubní pastě, kde má působit proti zubům citlivým na bolest.

Soli kyslíkových kyselin

Průmyslově důležité jsou především stronciové soli kyslíkových kyselin, jako je uhličitan strontnatý, dusičnan strontnatý, síran strontnatý nebo chroman strontnatý. Uhličitan strontnatý je nejdůležitější komerční formou sloučenin stroncia, většina degradovaného celestinu se převádí na uhličitan strontnatý. Používá se hlavně pro výrobu rentgenového absorpčního skla pro katodové trubice, ale také pro výrobu feronů stroncia pro permanentní magnety nebo elektrokeramiku. Dusičnan strontnatý se používá hlavně v pyrotechnických látkách pro zbarvení červeného plamene typického pro stroncium, žlutý chroman strontnatý slouží jako základní nátěr proti korozi hliníku v letadle nebo při stavbě lodí.

Další sloučeniny stroncia

Sloučeniny stroncia (I) byly detekovány jako nestabilní meziprodukty v horkých plamenech. Zde je hydroxid strontnatý, SrOH, podobný chloridu strontnatého, SrCl, silným zářičem v červené spektrální oblasti a působí jako jediné barvivo ve vysoce intenzivních a hluboko nasycených červených pyrotechnických světlech.

Organické sloučeniny stroncia

Organické sloučeniny stroncia jsou známé a studovány jen nepatrně, protože jsou velmi reaktivní a mohou také reagovat s mnoha rozpouštědly, jako jsou ethery. V nepolárních rozpouštědlech jsou však nerozpustná. Mimo jiné byl ukázán metalocen s pentamethylcyklopentadienylovými anionty (Cp *), který je v plynné fázi nakloněn na rozdíl od jiných metalocenů, jako je ferrocen.

Ceny stroncia

Cena stroncia -> ceny strategických kovů