Strontium (Sr) ist ein chemisches Element, ein Erdalkalimetall der 2. Gruppe des Periodensystems. Wird in roten Signallichtern und Leuchtstoffen verwendet und stellt ein großes Gesundheitsrisiko bei radioaktiver Kontamination dar.
Discovery-Verlauf
Mineral aus einer Bleimine in der Nähe des Dorfes Strontian in Schottland. Es wurde ursprünglich als eine Art Bariumcarbonat anerkannt, aber Adair Crawford und William Cruikshank schlugen 1789 vor, dass es sich um eine andere Substanz handelte. Der Chemiker Thomas Charles Hope benannte das neue Mineral Strontit nach dem Dorf und das entsprechende Strontiumoxid SrO, Strontium. Das Metall wurde 1808 von Sir Humphry Davy isoliert, der eine Mischung aus nassem Hydroxid oder Chlorid mit Quecksilberoxid unter Verwendung einer Quecksilberkathode elektrolysierte und dann das Quecksilber aus dem resultierenden Amalgam verdampfte. Er benannte das neue Element nach der Wurzel des Wortes „Strontium“.
In der Natur sein
Die relative Häufigkeit von Strontium, dem achtunddreißigsten Element des Periodensystems, im Weltraum wird auf 18,9 Atome pro 106 Siliziumatomen geschätzt. Es geht um0,04 % der Masse der Erdkruste. Die durchschnittliche Konzentration des Elements im Meerwasser beträgt 8 mg/L.
Das chemische Element Strontium ist in der Natur weit verbreitet und wird mit Konzentrationen von 360 Teilen pro Million als die 15. häufigste Substanz auf der Erde geschätzt. Aufgrund seiner extremen Reaktivität existiert es nur in Form von Verbindungen. Seine wichtigsten Mineralien sind Coelestin (Sulfat SrSO4) und Strontianit (Carbonat SrCO3). Von diesen kommt Coelestin in ausreichenden Mengen für einen profitablen Abbau vor, wobei mehr als 2/3 des weltweiten Angebots aus China stammt, und Spanien und Mexiko liefern den größten Teil des Rests. Es ist jedoch rentabler, Strontianit abzubauen, da Strontium häufiger in Karbonatform verwendet wird, aber es gibt relativ wenige bekannte Vorkommen.
Eigenschaften
Strontium ist ein weiches Metall, ähnlich wie Blei, das beim Schneiden wie Silber glänzt. In der Luft reagiert es schnell mit Sauerstoff und Feuchtigkeit in der Atmosphäre und nimmt eine gelbliche Färbung an. Daher muss es von Luftmassen isoliert gelagert werden. Meistens wird es in Kerosin gelagert. Es kommt im freien Zustand in der Natur nicht vor. Begleitend zu Calcium ist Strontium nur in 2 Haupterzen enth alten: Coelestin (SrSO4) und Strontianit (SrCO3).
In der Reihe der chemischen Elemente Magnesium-Calcium-Strontium (Erdalkalimetalle) steht Sr in der Gruppe 2 (früher 2A) des Periodensystems zwischen Ca und Ba. Außerdem liegt es in der 5. Periode zwischen Rubidium und Yttrium. Da der Atomradius von StrontiumÄhnlich wie der Radius von Calcium ersetzt es letzteres leicht in Mineralien. Aber es ist weicher und reaktiver in Wasser. Bildet bei Kontakt Hydroxid und Wasserstoffgas. Es sind 3 Allotrope von Strontium mit Übergangspunkten von 235 °C und 540 °C bekannt.
Erdalkalimetall reagiert im Allgemeinen nicht mit Stickstoff unter 380°C und bildet bei Raumtemperatur nur ein Oxid. In Pulverform entzündet sich Strontium jedoch spontan unter Bildung von Oxid und Nitrid.
Chemische und physikalische Eigenschaften
Charakterisierung des chemischen Elements Strontium nach Plan:
- Name, Symbol, Ordnungszahl: Strontium, Sr, 38.
- Gruppe, Punkt, Block: 2, 5, s.
- Atommasse: 87,62 g/mol.
- E-Konfig: [Kr]5s2.
- Elektronenverteilung in Schalen: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensity: 2.64g/cm3.
- Schmelz- und Siedepunkte: 777 °C, 1382°C.
- Oxidationszustand: 2.
Isotope
Natürliches Strontium ist eine Mischung aus 4 stabilen Isotopen: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7,0%) und 84Sr (0,56%). Von diesen ist nur 87Sr radiogen - es entsteht durch den Zerfall des radioaktiven Isotops von Rubidium 87Rb mit einer Halbwertszeit von 4,88 × 10 10 Jahre. Es wird angenommen, dass 87Sr während der "primordialen Nukleosynthese" (einem frühen Stadium des Urknalls) zusammen mit den Isotopen 84Sr,produziert wurde 86 Sr und 88Sr. Abhängig vonStandorten kann das Verhältnis von 87Sr und 86Sr um mehr als das 5-fache abweichen. Dies wird zur Datierung geologischer Proben und zur Bestimmung der Herkunft von Skeletten und Tonartefakten verwendet.
Als Ergebnis von Kernreaktionen wurden etwa 16 synthetische radioaktive Strontiumisotope erh alten, von denen das dauerhafteste 90Sr ist (Halbwertszeit 28,9 Jahre). Dieses Isotop, das bei einer Atomexplosion entsteht, gilt als das gefährlichste Zerfallsprodukt. Aufgrund seiner chemischen Ähnlichkeit mit Kalzium wird es von den Knochen und Zähnen absorbiert, wo es weiterhin Elektronen abgibt, Strahlenschäden und Knochenmarksschäden verursacht, die Bildung neuer Blutkörperchen stört und Krebs verursacht.
Unter medizinisch kontrollierten Bedingungen wird Strontium jedoch zur Behandlung bestimmter oberflächlicher bösartiger Erkrankungen und Knochenkrebs eingesetzt. Es wird auch in Form von Strontiumfluorid in chemischen Stromquellen und in thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren verwendet, die die Wärme seines radioaktiven Zerfalls in Elektrizität umwandeln und als langlebige, leichte Energiequellen in Navigationsbojen, entfernten Wetterstationen und Raumfahrzeugen dienen.
89Sr wird zur Behandlung von Krebs eingesetzt, da es Knochengewebe angreift, Betastrahlung produziert und nach einigen Monaten abgebaut wird (Halbwertszeit 51 Tage).
Das chemische Element Strontium ist für höhere Lebewesen nicht essentiell, seine Salze sind in der Regel ungiftig. Was macht90Sr gefährlich, wird verwendet, um die Knochendichte und das Knochenwachstum zu erhöhen.
Verbindungen
Die Eigenschaften des chemischen Elements Strontium sind denen von Calcium sehr ähnlich. In Verbindungen hat Sr als Sr2+-Ion ausschließlich die Oxidationsstufe +2. Das Metall ist ein aktives Reduktionsmittel und reagiert leicht mit Halogenen, Sauerstoff und Schwefel unter Bildung von Halogeniden, Oxiden und Sulfiden.
Strontiumverbindungen haben einen eher begrenzten kommerziellen Wert, da die entsprechenden Calcium- und Bariumverbindungen im Allgemeinen dasselbe tun, aber billiger sind. Einige von ihnen haben jedoch Anwendung in der Industrie gefunden. Es ist noch nicht herausgefunden worden, mit welchen Substanzen man bei Feuerwerkskörpern und Signallichtern eine purpurrote Farbe erreichen kann. Derzeit werden nur Strontiumsalze wie Sr(NO3)2 und Sr(ClO) Chlorat verwendet, um diese Farbe zu erreichen.3)2 . Etwa 5-10 % der Gesamtproduktion dieses chemischen Elements wird durch Pyrotechnik verbraucht. Strontiumhydroxid Sr(OH)2 wird manchmal verwendet, um Zucker aus Melasse zu extrahieren, weil es ein lösliches Saccharid bildet, aus dem der Zucker leicht durch Einwirkung von Kohlendioxid regeneriert werden kann. SrS-Monosulfid wird als Enthaarungsmittel und als Bestandteil von Leuchtstoffen in Elektrolumineszenzgeräten und Leuchtfarben verwendet.
Strontiumferrite bilden eine Familie von Verbindungen mit der allgemeinen Formel SrFexOy, erh alten durch Hochtemperatur (1000-1300 °C) Reaktion SrCO3 undFe2O3. Sie werden zur Herstellung von Keramikmagneten verwendet, die in Lautsprechern, Scheibenwischermotoren und Kinderspielzeug weit verbreitet sind.
Produktion
Der am meisten mineralisierte Coelestin SrSO4 wird auf zwei Arten in Karbonat umgewandelt: entweder direkt mit Natriumkarbonatlösung ausgelaugt oder mit Kohle erhitzt, um Sulfid zu bilden. In der zweiten Stufe wird eine dunkel gefärbte Substanz erh alten, die hauptsächlich Strontiumsulfid enthält. Diese „schwarze Asche“löst sich in Wasser auf und wird filtriert. Strontiumcarbonat fällt aus der Sulfidlösung durch Einleiten von Kohlendioxid aus. Sulfat wird durch carbothermische Reduktion zu Sulfid reduziert SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. Die Zelle kann durch kathodischen elektrochemischen Kontakt hergestellt werden, bei dem ein gekühlter Eisenstab als Kathode die Oberfläche einer Mischung aus Kalium- und Strontiumchlorid berührt und aufsteigt, wenn das Strontium darauf erstarrt. Die Reaktionen an den Elektroden lassen sich wie folgt darstellen: Sr2+ + 2e- → Sr (Kathode); 2Cl- → Cl2 + 2e- (Anode).
Metallisches Sr kann auch aus seinem Oxid mit Aluminium gewonnen werden. Es ist formbar und dehnbar, ein guter elektrischer Leiter, wird aber relativ wenig gebraucht. Eine seiner Anwendungen ist als Legierungsmittel für Aluminium oder Magnesium beim Gießen von Zylinderblöcken. Strontium verbessert die Bearbeitbarkeit und KriechfestigkeitMetall. Ein alternativer Weg zur Gewinnung von Strontium ist die Reduktion seines Oxids mit Aluminium im Vakuum bei Destillationstemperatur.
Kommerzielle Nutzung
Das chemische Element Strontium wird häufig im Glas von Kathodenstrahlröhren für Farbfernseher verwendet, um das Eindringen von Röntgenstrahlen zu verhindern. Es kann auch in Sprühfarben verwendet werden. Dies scheint eine der wahrscheinlichsten Quellen für die Exposition der Öffentlichkeit gegenüber Strontium zu sein. Darüber hinaus wird das Element zur Herstellung von Ferritmagneten und zur Veredelung von Zink verwendet.
Strontiumsalze werden in der Pyrotechnik verwendet, weil sie beim Abbrennen die Flamme rot färben. Und eine Legierung aus Strontiumsalzen mit Magnesium wird als Teil von Brand- und Signalmischungen verwendet.
Titanat hat einen extrem hohen Brechungsindex und eine extrem hohe optische Dispersion, was es in der Optik nützlich macht. Es kann als Ersatz für Diamanten verwendet werden, wird jedoch aufgrund seiner extremen Weichheit und Anfälligkeit für Kratzer selten für diesen Zweck verwendet.
Strontiumaluminat ist ein heller Leuchtstoff mit lang anh altender Phosphoreszenzstabilität. Das Oxid wird manchmal verwendet, um die Qualität von Keramikglasuren zu verbessern. Das Isotop 90Sr ist einer der langlebigsten hochenergetischen Betastrahler. Es wird als Energiequelle für thermoelektrische Radioisotopengeneratoren (RTGs) verwendet, die die beim Zerfall radioaktiver Elemente freigesetzte Wärme in Strom umwandeln. Diese Geräte werden in verwendetRaumfahrzeuge, entfernte Wetterstationen, Navigationsbojen usw. - wo eine leichte und langlebige nuklearelektrische Energiequelle benötigt wird.
Medizinische Verwendung von Strontium: Charakterisierung der Eigenschaften, Behandlung mit Medikamenten
Isotop 89Sr ist der Wirkstoff in dem radioaktiven Medikament Metastron, das zur Behandlung von Knochenschmerzen eingesetzt wird, die durch metastasierten Prostatakrebs verursacht werden. Das chemische Element Strontium wirkt wie Calcium, es wird hauptsächlich an Stellen mit erhöhter Osteogenese in den Knochen eingebaut. Diese Lokalisierung fokussiert die Strahlungswirkung auf die kanzeröse Läsion.
Das Radioisotop 90Sr wird auch in der Krebstherapie eingesetzt. Seine Betastrahlung und lange Halbwertszeit sind ideal für die Oberflächenstrahlentherapie.
Ein experimentelles Medikament, das durch die Kombination von Strontium mit Ranelsäure hergestellt wird, fördert das Knochenwachstum, erhöht die Knochendichte und reduziert Knochenbrüche. Stroniumranelat ist in Europa zur Behandlung von Osteoporose zugelassen.
Strontiumchlorid wird manchmal in Zahnpasten für empfindliche Zähne verwendet. Sein Inh alt erreicht 10%.
Vorsichtsmaßnahmen
Reines Strontium hat eine hohe chemische Aktivität, und in zerkleinertem Zustand entzündet sich das Metall spontan. Daher wird dieses chemische Element als brandgefährlich angesehen.
Wirkung auf den menschlichen Körper
Der menschliche Körper nimmt Strontium auf die gleiche Weise wie Kalzium auf. Diese zweiDie Elemente sind sich chemisch so ähnlich, dass die stabilen Formen von Sr kein nennenswertes Gesundheitsrisiko darstellen. Im Gegensatz dazu kann das radioaktive Isotop 90Sr zu verschiedenen Knochenstörungen und -krankheiten führen, einschließlich Knochenkrebs. Die Strontium-Einheit wird verwendet, um die absorbierte Strahlung 90Sr. zu messen.
