Ստրոնցիում

Կաղապար:Քիմիական տարր Կաղապար:Պարբերական համակարգի տարր Ստրոնցիում (Կաղապար:Lang-lat), Sr, տարրերի պարբերական համակարգի 5-րդ պարբերության 2-րդ խմբի տարր։ Կարգահամարը՝ 38, ատոմական զանգվածը՝ 87,62։ s տարր է։ Բնական ստրոնցիումը բաղկացած է ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr և ⁸⁸Sr կայուն իզոտոպներից, որոնցից ամենատարածվածը (82,56 %) վերջինն է։ Ստրոնցիումը սպիտակ, արծաթափայլ, փափուկ մետաղ է (կտրվում է դանակով)։ Առաջացնում է ալոտրոպային երեք ձևափոխություն՝ α, β, γ։

Պատմություն և անվան ծագում

Ստրոնցիումը հայտնաբերել է (1790) շոտլանդացի բժիշկ Ա․ Կրոֆորդը (1748-1795), շրջակայքում գտնվող միներալից նա անջատեց մինչ այդ անհայտ «հող» (SrO), որն անվանվեց սարոնցիան (միներալը՝ սարոնցիանիա)։

Ստրոնցիումն իր անունն ստացել է Շոտլանդիայում գտնվող Սթրոնշիան (Կաղապար:Lang-en) գյուղի անունից, որի մոտի կապարի հանքաքարերի մեջ առաջին անգամ 1764 թվականին հայտնաբերվել է։

Մետաղական մաքուր ստրոնցիում առաջին անգամ ստացել է Հեմփրի Դևին 1808 թվականին։

Բնության մեջ

Ստրոնցիումը բնության մեջ տարածված տարր է, կազմում է երկրակեղևի զանգվածի 3,4•10⁻² % (տարածվածությամբ 12-րղ տարրն է)։ Ուղեկցում է կալցիումին, առաջացնում է մոտ 30 միներալ, որոնցից արտադրյունաբերական նշանակություն ունեն ցկեսաինը (SrSO₄) և ստրոնցիանիտը՝ SrCO₃։

Կոելստին

Ստրոնցիում միներալները՝

• SrAl₃(AsO₄)SO₄(OH)₆ - կելկմմլիցի,
• Sr₂Al(CO₃)F₅ - ստենոնիտ,
• SrAl₂(CO₃)₂(OH)₄•Н₂О - ստրոնցիոդրեսերիտ,
• SrAl₃(PO₄)₂(OH)₅•Н₂О - գոյասիտ,
• Sr₂Al(PO₄)₂OH - գուդկենիտ,
• SrAl₃(PO₄)SO₄(OH)₆ - սվանբերգիտ,
• Sr(AlSiO₄)₂ - սլոսոնիտ,
• Sr(AlSi₃O₈)₂•5Н₂О - բյուստերիտ,
• Sr₅(AsO₄)₃F - ֆերմորիտ,
• Sr₂(B₁₄O₂₃)•8Н₂О - ստոնցիոջինորիտ,
• Sr₂(B₅O₉)Cl•Н₂О - ստրոնցիոխիլհարդիտ,
• SrFe₃(PO₄)₂(OH)₅•Н₂О - լյուսունիտ,
• SrMn₂(VO₄)₂•4Н₂О - սանտաֆեիտ,
• Sr₅(PO₄)₃OH - բելովիտ,
• SrV(Si₂O₇) - խարադաիտ։

Ստրոնցիումը ցրված է նաև մագմային ապարներում, որպես իզոմորֆ խառնուրդ մտնում է կալցիումի, կալիումի և բարիումի միներալների բաղադրության մեջ։ Կուտակվում է կարբոնատային ապարներում և աղի լճային նստվածքներում։

Բնության մեջ հանդիպող ստրոնցիումը նրա չորս իզոտոպների խառնուրդն է՝ ⁸⁴Sr (0, 56 %), ⁸⁶Sr (9, 86 %), ⁸⁷Sr (7, 02 %), ⁸⁸Sr (82, 56 %)։ Բնական ստրոնցիում բաղկացած է ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr և ⁸⁸Sr կայուն իզոտոպներից, որոնցից ամենատարածվածը (82,56%) վերջինն է։ Ստացվել են 80-97 զանգվածի թվերով ռադիոակտիվ իզոտոպները, որոնք առաջանում են ²³⁵Ս իզոտոպի քայքայման ժամանակ։ Ամենաերկարա- կյացը ⁹⁰Sr է (T_1/2=27,7 տարի), որը ուժեղ p ճառագայթիչ է։

Հանքավայրեր

Հայտնի հանքավայրերը գտնվում են Կալիֆոռնիայում, Արիզոնայում (ԱՄՆ), Ռուսաստան և այլ երկրներում։

Ստացում

Ստրոնցիումի միացությունների ստացման հիմնական հումքը ցելեստինը և ստրոնցիանիտն են։ Մետաղական ստրոնցիում ստանում են օքսիդը ալյումինով վերականգնելով (1100-1150 °C)՝ էլեկտրավակուումային վառարաններում SrCl₂(85%) և KCl (15%) պարունակող հալույթի էլեկտրոլիզով։

Մետաղական ստրոնցումի կիրառությունը սահմանափակ է (պատրաստում են լյումինաֆորներ, ֆոտոէլեմենտներ, հրկիզվող համաձուլվածքներ)։

Ֆիզիկական հատկություններ

Դենդրոիդային՝ ճյուղավորված կառուցվածքով օքսիդացված ստրոնցիում։

Ստրոնցիումի վառվող աղերի կրակի բոցը ստանում է վառ կարմիր գույն։

Ստրոնցիումy սպիտակ, արծաթափայլ, փափուկ մետաղ է (կտրվում է դանակով)։ Առաջացնում է ալոտրոպային երեք ձևափոխություն՝ α, β, γ։ Հալման ջերմաստիճանը՝ 768 °С, եռմանը՝ 1390 °С, խտությունը՝ 2630 կգ/մ³։ Ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 4s²4p⁶5s², К, L, М թաղանթները լրացված են։

Ստրոնցիումը հողալկալիական մետաղ է, հատկություններով նման է կալցիումին և բարիումին։ Քիմիապես շատ ակտիվ է, միացություններում՝ երկարժեք։ Օդում արագ պատվում է օքսիդի՝ SrO, գերօքսիդի՝ SrO₂ և նիտրիդի՝ Sr₃N² խառնուրդի դեղնավուն շերտով։ Օդում տաքացնելիս բոցավառվում է, փոշին՝ ինքնաբոցավառվում։

Ստրոնցիումը մոխրագույն, արծաթափայլ, կալցիումից ավելի փափուկ մետաղ է։ Օդի մեջ վառվում է առաջացնելով ստրոնցիումի օքսիդ։ Մետաղական ստրոնցիումի երեք ալոտրոպ ձևերը հանդիպում են 235 և 540 °C-ում։ Թթվածնի և ջրի հանդեպ բարձր ակտիվության պատճառով բնության մեջ հանդիպում է այլ տարրերի հետ կազմած խառնուրդների տեսքով, ինչպես, օրինակ՝ ստրոնցիանիտ և ցելեստիտ միներալներում։ Ստրոնցիումի փոշին կարող է բոցավառվել սենյակի ջերմաստիճանի պայմաններում։

Ստրոնցիումի ցնդող աղերը կրակի բոցերին հաղորդում են վառ կարմիր գույն և այս աղերն օգտագործվում են հրավառության նյութերի արտադրության ժամանակ։ Այս նպատակով օգտագործվող ստրոնցիումի բաժինը կազմում է համաշխարհային արտադրության 5%-ը։

Քիմիական հատկություններ

Քիմիապես շատ ակտիվ է, միացություններում՝ երկարժեք։ Օդում արագ պատվում է օքսիդի՝ SrO, գերօքսիդի՝ SrO₂ և նիտրիդի՝ Sr₃N₂ խառնուրդի դեղնավուն շերտով։ Օդում տաքացնելիս բոցավառվում է, փոշին՝ ինքնաբոցավառվում։

Բուռն փոխազդում է ջրի հետ անջատելով ջրածին։

$𝖲𝗋\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖲𝗋\mathsf{(}𝖮𝖧{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

Պահում են հերմետիկ փակվող անոթներում, կերոսինի մեջ։ SrO-ն սպիտակ, մոխրագույն փոշի է, օդում փոխարկվում է կարբոնատի՝ SrCO₃, ջրում՝ հիդրօքսիդի՝ Sr(OH)₂, որը ալկալի է, ավելի ուժեղ հիմք՝ քան Ca(OH)₂։ Ստրոնցիումը միանում է հալոգենների, տաքացնելիս նաև ջրածնի (>200°С), ազոտի (>400°С), հալկոգենների (S, Se, Те), ֆոսֆորի հետ, առաջացնելով հալոգենիդներ (SrF₂, SrCl₂ և այլն), հիդրիդ (SrH₂), նիտրիդ, հալկոգենիդներ (SrS, և այլն), ֆոսֆիդ (Sr₂P₃)։

$\mathrm{𝟧}𝖲𝗋\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖲𝗋{𝖢}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}𝖲𝗋𝖮$

Մետաղների հետ տաքացնելիս առաջացնում է ներմետաղական միացություններ (օրինակ՝ SrPt₃, SrAg₄ և այլն) և համաձուլվածքներ։ Ստրոնցիումի հալոգենիդները (բացառությամբ CaF₂), նիտրատը, ացետատը, քլորատը լավ են լուծվում ջրում։ Քիչ են լուծվում կարբոնատը, սուլֆատը, ֆոսֆատը, օքսալատը։ Ստրոնցիումի աղերից շատերը առաջացնում են բյուրեղահիդրատներ (1-6 մոլեկուլ ջուր)։ Տr²⁺-ը բոցը ներկում է ծիրանակարմիր գույնով։

Կիրառություն

⁹⁰Sr օգտագործվում է էլեկտրականության ատոմական մարտկոցներ պատրաստելու համար։ Ստրոնցիումի օքսիդը մտնում է որոշ օպտիկական ապակիների և էլեկտրոնային լամպերի կաթոդների բաղադրության մեջ։ Ստրոնցիումի միացությունները մտնում են գունավոր բոց արձակող (բալի կարմիր) հրկիզվող խառնուրդների, պլաստմասսաների կայունացուցիչների, կրեկինգի կատալիզատորների բաղադրության մեջ։

Ստրոնցիանիտը օգտագործվում է բարձրորակ պողպատները ծծմբի և ֆոսֆորի խառնուրդներից մաքրելու, հախճապակու բարձրկայուն ջնարակներ, SrCrO₄՝ գեղարվեստական ներկեր պատրաստելու համար։ Ստրոնցիումֆերիտային մագնիսները անփոխարինելի են դյուրակիր էլեկտրաշարժիչների համար։ Հեռանկարային է ստրոնցումային ապակիների կիրառությունը գունավոր հեռուստացույցների էկրաններ պատրաստելու համար (կլանում են ռենտգենյան ճառագայթները)։

Ստրոնցիում-90

Ստրոնցիումի ⁹⁰Sr իզոտոպը 28.9 տարի կիսատրոհման պարբերությունով ռադիոակտիվ նյութ է։ Ենթարկվում է β-տրոհման, անցնելով ռադիոակտիվ ⁹⁰Y-ի, որի կիսատրոհման պարբերությունը 64 ժամ է։
Կիրառվում է հոսանքի ռադիոիզոտոպ աղբյուրների արտադրությունում՝ տրոնցիումի տիտանատի տեսքով (խտությունը՝ 4.8 գ/սմ³, էներգաարտազատումը՝ ≈0.54 Վտ/սմ³)։

Տարածվածություն

Ստրոնցիումը քիմիական տարրերի մեջ ըստ տարածվածության 15-րդն է, կազմում է երկրակեղևի բաղադրության 360 միլիոներորդ մասը (0.036%)։ և գտնվում է հիմնականում սուլֆատային ցելեստիտ (SrSO₄, 51.2% Sr) և կարբոնատային ստրոնցիանիտ (SrCO₃ 64.4% Sr) միներալների ձևով։ Քանի որ ստրոնցիումն առավել հաճախ կիրառվում է կարբոնատային վիճակով, այդ երկու միներալներից ստրոնցիանիտն ավելի արժեքավոր է։

Արտադրություն

SrSO₄ բյուրեղները

2007 թվականին աշխարհում ամենաշատ ստրոնցիում արտադրող երկիրը եղել է Չինաստանը, որի բաժինն է համաշխարհային արտադրության երկու երրորդը, նրան հետևում են Իսպանիան, Մեքսիկան, Թուրքիան, Արգենտինան և Իրանը։ Արդյունահանված ցելեստիտը փոխակերպվում է կարբոնատի երկու եղանակներով։ Կամ ցելեստիտն ուղղակիորեն լուծվում է ազոտի կարբոնատի մեջ կամ սուլֆիդ ստանալու համար այրում են ածխի միջոցով։ Երկրորդ պրոցեսի արդյունքում ստացվում է առավելապես ստրոնցիումի սուլֆիդ պարունակող մուգ գույնի նյութ՝ այսպես կոչված սև մոխիր, որը լուծում են ջրի մեջ և զտում։ Ստրոնցիումի սուլֆիդի լուծույթին ազոտի երկօքսիդ խառնելու միջոցով ստանում են ստրոնցիումի կարբոնատի նստվածք։ Սուլֆատից սուլֆիդը վերականգնվում է ստացվում կարբոթերմիայի միջոցով։

$𝖲𝗋𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖢\mathsf{\to }𝖲𝗋𝖲\mathsf{+}\mathrm{𝟤}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

Այս եղանակով տարեկան աշխարհում արտադրվում է շուրջ 300 հազար տոննա ստրոնցիում։

Ազդեցությունը մարդու օրգանիզմի վրա

Բուսական և կենդանական ծագում ունեցող սննդի, ինչպես նաև միկրոօրգանիզմների միջոցով մարդու օրգանիզմ թափանցող ստրոնցիումը որպես կալցիումին համարժեք տարր առավելապես կուտակվում է ոսկրային հյուսվածքներում։ Փափուկ հյուսվածքներում մնացող քանակը 1 %-ից պակաս է։ Առավել մեծ արագությամբ ստրոնցիումը կուտակվում է մինչև չորս տարեկան երեխաների օրգանիզմում, երբ ակտիվորեն ընթանում է ոսկորների ձևավորումը։

Ռադիոակտիվ ստրոնցիումը մարդու օրգանիզմի վրա ունենում է բացասական ազդեցություն։ Ոսկրային հյուսվածքների մեջ կուտակվելով շողահարում է ոսկրային հյուսվածքներն ու ոսկրածուծը, ինչը մեծացնում է վերջինիս քաղցկեղով վարակվելու հավանականությունը։

Տես նաև

• Ստրոնցիումի դեղին
• Պարբերական աղյուսակ

Գրականություն

• J. Paul MacMillan, Jai Won Park, Rolf Gerstenberg, Heinz Wagner, Karl Köhler, Peter Wallbrecht: Strontium and Strontium Compounds, in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim 2005
• A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1236–1258

Արտաքին հղումներ

• WebElements.com – Strontium
• Chemistry in its element podcast (MP3) from the Royal Society of Chemistry's Chemistry World: Strontium
• Strontium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)