Strontsium (Sr) on keemiline element, perioodilisuse tabeli 2. rühma leelismuldmetall. Kasutatakse punastes signa altuledes ja luminofoorides, kujutab endast suurt terviseohtu radioaktiivse saastumise tõttu.
Avastuste ajalugu
Mineraal Šotimaal Strontiani küla lähedal asuvast pliikaevandusest. Algselt peeti seda baariumkarbonaadiks, kuid Adair Crawford ja William Cruikshank pakkusid 1789. aastal välja, et see on erinev aine. Keemik Thomas Charles Hope nimetas uuele mineraalile küla järgi strontiidi ja sellele vastava strontsiumoksiidi SrO strontsiumi. Metalli eraldas 1808. aastal Sir Humphry Davy, kes elektrolüüsis elavhõbekatoodi abil märja hüdroksiidi või kloriidi segu elavhõbedaoksiidiga ja seejärel aurutas elavhõbeda saadud amalgaamist. Ta andis uuele elemendile nime, kasutades sõna "strontsium" juurt.
Looduses viibimine
Periooditabeli kolmekümne kaheksanda elemendi strontsiumi suhteline arvukus ruumis on hinnanguliselt 18,9 aatomit iga 106 räni aatomi kohta. See on umbes0,04% maakoore massist. Selle elemendi keskmine kontsentratsioon merevees on 8 mg/l.
Keemilist elementi strontsium leidub looduses laialdaselt ja see on hinnanguliselt 15. kohal kõige levinum aine Maal, ulatudes kontsentratsioonini 360 miljondikosa. Arvestades selle äärmist reaktsioonivõimet, eksisteerib see ainult ühendite kujul. Selle peamised mineraalid on tselestiin (sulfaat SrSO4) ja strontianiit (karbonaat SrCO3). Neist tselestiiti leidub kasumlikuks kaevandamiseks piisavas koguses, mille üle 2/3 maailma tarnimisest tuleb Hiinast ning ülejäänu varustavad Hispaania ja Mehhiko. Siiski on strontianiiti tulusam kaevandada, sest strontsiumi kasutatakse sagedamini karbonaadi kujul, kuid teadaolevaid maardlaid on suhteliselt vähe.
Atribuudid
Strontsium on pliiga sarnane pehme metall, mis lõigates särab nagu hõbe. Õhus reageerib see kiiresti atmosfääris oleva hapniku ja niiskusega, omandades kollaka varjundi. Seetõttu tuleb seda hoida õhumassidest eraldatuna. Enamasti hoitakse seda petrooleumis. Looduses seda vabas olekus ei esine. Kaasnev k altsium, strontsium sisaldub ainult kahes peamises maagis: tselestiit (SrSO4) ja strontianiit (SrCO3).
Keemiliste elementide reas magneesium-k altsium-strontsium (leelismuldmetallid) on Sr perioodilisustabeli rühmas 2 (endine 2A) Ca ja Ba vahel. Lisaks asub see rubiidiumi ja ütriumi vahel 5. perioodil. Kuna strontsiumi aatomiraadiussarnaselt k altsiumi raadiusega, asendab see kergesti viimast mineraalides. Kuid see on vees pehmem ja reageerivam. Kokkupuutel moodustab hüdroksiidi ja gaasilise vesiniku. Tuntakse 3 strontsiumi allotroopi üleminekupunktidega 235 °C ja 540 °C.
Leelismuldmetall ei reageeri üldiselt lämmastikuga temperatuuril alla 380 °C ja moodustab toatemperatuuril ainult oksiidi. Pulbri kujul süttib strontsium aga spontaanselt, moodustades oksiidi ja nitriidi.
Keemilised ja füüsikalised omadused
Keemilise elemendi strontsiumi iseloomustus vastav alt plaanile:
- Nimi, sümbol, aatomnumber: strontsium, Sr, 38.
- Rühm, periood, plokk: 2, 5, s.
- Aatommass: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Elektronide jaotus kestades: 2, 8, 18, 8, 2.
- Tihedus: 2,64 g/cm3.
- Sulamis- ja keemistemperatuurid: 777 °C, 1382 °C.
- Oksüdatsiooni olek: 2.
Isotoobid
Looduslik strontsium on 4 stabiilse isotoobi segu: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) ja 84Sr (0,56%). Neist ainult 87Sr on radiogeenne – see tekib rubiidiumi radioaktiivse isotoobi lagunemisel 87Rb poolestusajaga 4,88 × 10 10 aastat. Arvatakse, et 87Sr tekkis "ürgse nukleosünteesi" käigus (Suure Paugu varases staadiumis) koos isotoopidega 84Sr,86 Sr ja 88Sr. Sõltuv alt sellest,asukohtades võib 87Sr ja 86Sr suhe erineda rohkem kui 5 korda. Seda kasutatakse geoloogiliste proovide dateerimisel ning skelettide ja saviesemete päritolu määramisel.
Tuumareaktsioonide tulemusena saadi umbes 16 strontsiumi sünteetilist radioaktiivset isotoopi, millest kõige vastupidavam on 90Sr (poolestusaeg 28,9 aastat). Seda tuumaplahvatuse käigus tekkinud isotoopi peetakse kõige ohtlikumaks lagunemissaaduseks. Keemilise sarnasuse tõttu k altsiumiga imendub see luudesse ja hammastesse, kus see jätkab elektronide väljutamist, põhjustades kiirguskahjustusi, luuüdi kahjustusi, häirides uute vererakkude moodustumist ja põhjustades vähki.
Kuid meditsiiniliselt kontrollitud tingimustes kasutatakse strontsiumi teatud pindmiste pahaloomuliste kasvajate ja luuvähi raviks. Seda kasutatakse ka strontsiumfluoriidi kujul keemilistes vooluallikates ja radioisotoopide termoelektrilistes generaatorites, mis muudavad selle radioaktiivse lagunemise soojuse elektriks, toimides pikaealiste ja kergete toiteallikatena navigatsioonipoides, kaugetes ilmajaamades ja kosmoselaevades.
89Sr-i kasutatakse vähi raviks, kuna see ründab luukudet, tekitab beetakiirgust ja laguneb mõne kuu pärast (poolväärtusaeg 51 päeva).
Keemiline element strontsium ei ole kõrgemate eluvormide jaoks hädavajalik, selle soolad on tavaliselt mittetoksilised. Mis teeb90Sr ohtlik, kasutatakse luutiheduse ja -kasvu suurendamiseks.
Ühendused
Keemilise elemendi strontsiumi omadused on väga sarnased k altsiumi omadustega. Ühendites on Sr ainulaadne oksüdatsiooniaste +2 kui Sr2+ ioon. Metall on aktiivne redutseerija ja reageerib kergesti halogeenide, hapniku ja väävliga, moodustades halogeniide, oksiidi ja sulfiide.
Strontsiumiühendite kaubanduslik väärtus on üsna piiratud, kuna vastavad k altsiumi- ja baariumiühendid teevad üldiselt sama, kuid on odavamad. Mõned neist on aga leidnud rakendust tööstuses. Milliste ainetega saavutada ilutulestikus ja signa altuledes karmiinpunast värvi, pole veel välja selgitatud. Praegu kasutatakse selle värvi saavutamiseks ainult strontsiumisoolasid, nagu Sr(NO3)2 ja Sr(ClO) kloraati.3)2 . Umbes 5-10% selle keemilise elemendi kogutoodangust tarbib pürotehnika. Strontsiumhüdroksiidi Sr(OH)2 kasutatakse mõnikord suhkru ekstraheerimiseks melassist, kuna see moodustab lahustuva sahhariidi, millest suhkrut saab süsinikdioksiidi toimel kergesti regenereerida. SrS-monosulfiidi kasutatakse depileeriva ainena ning elektroluminestseeruvate seadmete ja helendavad värvide luminofooride koostisosana.
Strontsiumferriidid moodustavad ühendite perekonna üldvalemiga SrFexOy, mis on saadud kõrge temperatuuri (1000-1300 °C) reaktsioon SrCO3 jaFe2O3. Neid kasutatakse keraamiliste magnetite valmistamiseks, mida kasutatakse laialdaselt kõlarites, autode klaasipuhastite mootorites ja laste mänguasjades.
Tootmine
Enamik mineraliseerunud tselestiiti SrSO4 muudetakse karbonaadiks kahel viisil: kas leostatakse otse naatriumkarbonaadi lahusega või kuumutatakse söega, moodustades sulfiidi. Teises etapis saadakse tumedat värvi aine, mis sisaldab peamiselt strontsiumsulfiidi. See "must tuhk" lahustub vees ja filtreeritakse. Strontsiumkarbonaat sadestub sulfiidi lahusest süsihappegaasi sisseviimisega. Sulfaat redutseeritakse karbotermilise redutseerimise teel sulfiidiks SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Elementi saab toota katoodse elektrokeemilise kontakti teel, mille käigus kaalium- ja strontsiumkloriidide segu pinda puudutab kaalium- ja strontsiumkloriidide segu pinda ja strontsiumi tahkumisel tõuseb katoodina toimiv jahutatud raudvarras. Elektroodidel toimuvaid reaktsioone saab esitada järgmiselt: Sr2+ + 2e- → Sr (katood); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anood).
Metallic Sr-i saab oksiidist taastada ka alumiiniumiga. See on tempermalmist ja plastiline, hea elektrijuht, kuid seda kasutatakse suhteliselt vähe. Üks selle kasutusalasid on alumiiniumi või magneesiumi legeeriva ainena silindriplokkide valamisel. Strontsium parandab töödeldavust ja roomamiskindlustmetallist. Alternatiivne viis strontsiumi saamiseks on redutseerida selle oksiid alumiiniumiga vaakumis destilleerimistemperatuuril.
Ärikasutus
Keemilist elementi strontsiumi kasutatakse laialdaselt värvitelerite elektronkiiretorude klaasides, et vältida röntgenikiirguse läbitungimist. Seda saab kasutada ka pihustusvärvides. See näib olevat üks tõenäolisemaid strontsiumiga kokkupuute allikaid. Lisaks kasutatakse elementi ferriitmagnetite tootmiseks ja tsingi puhastamiseks.
Strontsiumisoolasid kasutatakse pürotehnikas, kuna need värvivad põlemisel leegi punaseks. Ja strontsiumisoolade sulamit magneesiumiga kasutatakse süüte- ja signaalisegude osana.
Titanaadil on äärmiselt kõrge murdumisnäitaja ja optiline dispersioon, mistõttu on see optikas kasulik. Seda saab kasutada teemantide asendajana, kuid selle äärmise pehmuse ja kriimustustundlikkuse tõttu kasutatakse seda sel eesmärgil harva.
Strontsiumaluminaat on ere luminofoor, millel on kauakestev fosforestsentsi stabiilsus. Mõnikord kasutatakse oksiidi keraamiliste glasuuride kvaliteedi parandamiseks. Isotoop 90Sr on üks parimaid pikaealisi suure energiaga beeta-emittereid. Seda kasutatakse toiteallikana radioisotooptermoelektriliste generaatorite (RTG) jaoks, mis muudavad radioaktiivsete elementide lagunemisel vabaneva soojuse elektriks. Neid seadmeid kasutataksekosmoselaevad, kauged ilmajaamad, navigatsioonipoid jne – kus on vaja kerget ja pikaealist tuumaelektrienergiaallikat.
Strontsiumi meditsiiniline kasutamine: omaduste iseloomustamine, ravi ravimitega
Isotoop 89Sr on radioaktiivse ravimi Metastron toimeaine, mida kasutatakse metastaatilise eesnäärmevähi põhjustatud luuvalu raviks. Keemiline element strontsium toimib nagu k altsium, see sisaldub peamiselt suurenenud osteogeneesiga kohtades luudes. See lokaliseerimine keskendub kiirguse mõjule vähikahjustusele.
Radioisotoopi 90Sr kasutatakse ka vähiravis. Selle beetakiirgus ja pikk poolestusaeg sobivad ideaalselt pinnakiiritusraviks.
Eksperimentaalne ravim, mis on valmistatud strontsiumi ja raneelhappe kombineerimisel, soodustab luude kasvu, suurendab luutihedust ja vähendab luumurde. Strooniumranelaat on Euroopas registreeritud osteoporoosi raviks.
Strontsiumkloriidi kasutatakse mõnikord tundlike hammaste hambapastades. Selle sisaldus ulatub 10%.
Ettevaatusabinõud
Puhtal strontsiumil on kõrge keemiline aktiivsus ja purustatud olekus süttib metall spontaanselt. Seetõttu peetakse seda keemilist elementi tuleohtlikuks.
Mõju inimkehale
Inimkeha omastab strontsiumi samamoodi nagu k altsiumi. Need kaksElemendid on keemiliselt nii sarnased, et Sr-i stabiilsed vormid ei kujuta endast olulist terviseriski. Seevastu radioaktiivne isotoop 90Sr võib põhjustada mitmesuguseid luuhaigusi ja -haigusi, sealhulgas luuvähki. Strontsiumiühikut kasutatakse neeldunud 90Sr. kiirguse mõõtmiseks
