Стронций

Стронций-90 Править

Стабильные изотопы стронция сами по себе малоопасны, но радиоактивные изотопы стронция представляют собой большую опасность для всего живого. Радиоактивный изотоп стронция стронций-90 по праву считается одним из наиболее страшных и опасных антропогенных радиационных загрязнителей. Связано это прежде всего с тем что он имеет весьма короткий период полураспада — 29 лет, что обуславливает очень высокий уровень его активности и мощное радиоционное излучение, а с другой стороны его способностью эффективно метаболизироваться и включаться в жизнедеятельность организма.

Стронций является почти полным химическим аналогом кальция, поэтому проникая в организм он откладывается во всех содержащих кальций тканях и жидкостях — в костях и зубах, обеспечивая эффективное радиационное поражения тканей организма изнутри. Стронций-90, а также образующийся при его распаде дочерний изотоп иттрий-90 (с периодом полураспада 64 часа, излучает бета-частицы) поражают костную ткань и, самое главное, особо чувствительный к действию радиации костный мозг. Под действием облучения в живом веществе происходят химические изменения. Нарушаются нормальная структура и функции клеток. Это приводит к серьезным нарушениям обмена веществ в тканях. А в итоге развитие смертельно опасных болезней – рака крови (лейкемия) и костей. Кроме того, излучение действует на молекулы ДНК и влияет на наследственность.

Стронций-90 легко передается по пищевым цепям биосферы, передавая заражение на большие расстояния. Так стронций-90, освободишвийся например в результате техногенной катострофы, попадает в виде пыли в воздух, заражая землю и воду, оседает в дыхательных путях людей и животных. Из земли он попадает в растения, продукты питания и молоко, а далее и в организм людей принявших зараженные продукты. Cтронций-90 не только поражает организм носителя, но и сообщает его потомкам высокий риск врожденных уродств и дозу через молоко кормящей матери.

Стронций-90 активно участвует в обмене веществ у растений. В растения стронций-90 попадает при загрязнении листьев и из почвы через корни.Особенно много стронция-90 накапливают бобовые, корне- и клубнеплоды и злаки. В организме человеке радиоактивный стронций избирательно накапливается в скелете, мягкие ткани задерживают менее 1% исходного количества. С возрастом отложение стронция-90 в скелете понижается, у мужчин он накапливается больше, чем у женщин, а в первые месяцы жизни ребенка отложение стронция-90 на порядок, а Sr на два порядка выше, чем у взрослого человека.

Совокупность свойств стронция-90 приводит его наряду с цезием-137 и радиоактивными изотопами иода в разряд самых опасных и страшных радиоктивных загрязнителей. Радиоактивный стронций может поступать в окружающую среду в результате ядерных испытаний и аварий на АЭС. При крупных ядерных испытаниях выход стронция-90 можед достигать 3,5%, а небольшие количества стронция-90, образующиеся в ядерных реакторах, из-за дефектов в оболочке твэла могут поступать в теплоноситель, а затем при его очистке попадать в жидкие и газообразные отходы.

При работах с радиоактивным стронцием (например в составе источников радиоактивных излучений) требуется большая осторожность. Для категории А допустимая концентрация стронция-90 в воздухе рабочей зоны составляет 4,4*10−2 Бк/л, допустимое содержание в костях ДСа 7,4*104 Бк, в легких 2,8*104 Бк.

Биологическая роль

Влияние на организм человека

Не следует путать действие на организм человека природного стронция (не радиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция.

Стронций природный — составная часть микроорганизмов, растений и животных. Стронций является аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырёхлетнего возраста, когда идёт активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы.

Пути попадания:

1. вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ — 8 мг/л, а в США — 4 мг/л)
2. пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)
3. интратрахеальное поступление
4. через кожу (накожное)
5. ингаляционное (через лёгкие)
6. люди, работа которых связана со стронцием (в медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней.

Основные области применения:

• природного стронция — радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, металлотермия, пищевая промышленность, производство магнитных материалов;
• радиоактивного — производство атомных электрических батарей, атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы и другое).

Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина D, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких, как барий, молибден, селен и другие). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» — поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения.

Радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека. Откладываясь в костях, он облучает костную ткань и костный мозг, что увеличивает риск заболевания злокачественными опухолями костей, а при поступлении большого количества может вызвать лучевую болезнь.

Свойства простого вещества и соединений

Оксид стронция SrO — бесцветные кристаллы, жадно присоединяющие воду с образованием основания Sr(OH)2. Стронцианит — Sr[СО₃]. Назван по месту нахождения вблизи с. Строншен в Шотландии, где впервые был обнаружен

Гидроксид стронция— более сильное основание, чем Са(ОН)2. На воздухе расплавляется, так как поглощает воду. Если через водный раствор пропускать СO2, то образуется осадок карбоната стронция :

Sr(ОН)2 + СO2 = SrCO3 + Н2O

Растворимость солей стронция обычно выше, чем бария, но ниже, чем растворимость солей кальция. Хорошо растворимы галогениды (кроме SrF2), нитрат, ацетат, хлорат. Сульфат стронция лучше растворим, чем BaSO4, но хуже, чем CaSO4.

Стронций в продуктах

Стронций входит в состав многих живых организмов: он есть в бактериях, растениях, в тканях животных, и его количество зависит от особенностей того или иного вида, а также от присутствия других химических элементов.

В организм животных он попадает с пищей и водой; точно так же он поступает в организм человека – от 0,8 до 3 мг в сутки, хотя мы можем получать его и другими путями: из воздуха; при работе на производствах, где используется природный стронций; в медицине – там применяется стронций радиоактивный.

Если стронций поступает с пищей и водой, то организм усваивает его только на 5-10%; больше всего стронция в растительных продуктах – пшенице, ржи, ячмене, капусте, луке, редисе, редьке, петрушке, укропе, свекле, помидорах; а также в хрящах и костной ткани – там он накапливается чаще всего.

У человека он тоже концентрируется в костях, и во взрослом организме его может быть примерно 320 мг; есть он также в лимфоузлах, лёгких, печени, почках и крови. Ещё стронций попадает в наш организм через кожу и при вдыхании воздуха.

Что касается воды, то в нашей стране допустимое количество в ней стронция почему-то вдвое превышает такой же показатель для США.

СТРОНЦИЙ ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕМЕНТА

Еще задолго до открытия стронция его  не расшифрованные  соединения применяли в пиротехнике для получения красных огней. И до середины 40-х годов нашего века стронций был прежде всего металлом фейерверков, потех и салютов. Атомный век заставил взглянуть на него по-иному. Во-первых, как на серьезную угрозу всему живому на Земле; во-вторых, как на материал, могущий быть очень полезным при решении серьезных проблем медицины и техники. Но об атом позже, а начнем с истории «потешного» металла, с истории, в которой встречаются имена многих больших ученых.

Четырежды открытый стронций

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 ВаСО₃, 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. Ловиц писал тогда: «Я был приятно поражен, когда прочел… прекрасную статью г-на профессора Клапрота о стронциановой земле, о которой до этого имелось очень неясное представление… Все указанные им свойства солекислых и селитрокислых средних солей во всех пунктах совершеннейшим образом совпадают со свойствами моих таких же солей… Мне оставалось только  проверить…   замечательное   свойство  стронциановой земли — окрашивать спиртовое пламя в карминово-красный цвет, и, действительно, моя соль… обладала в полной мере этим свойством».

Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементном 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.

Металл этот белого цвета, не тяжелый (плотность 2,6 г/см3), довольно мягкий, плавящийся при 770° С. По химическим свойствам он типичный представитель семейства щелочноземельных металлов. Сходство с кальцием, магнием, барием настолько велико, что в монографиях и учебниках индивидуальные свойства стронция, как правило, не рассматриваются— их разбирают на примере кальция или магния.

И в области практических применений эти металлы не раз заступали дорогу стронцию, потому что они более доступны и дешевы. Так произошло, например, в сахарном производстве. Когда-то один химик обнаружил, что с помощью дисахарата стронция (C12H22О4 • 2SrO), нерастворимого в воде, можно выделять сахар из мелассы

Внимание к стронцию сразу же возросло, получать его стали больше, особенно в Германии и Англии. Но скоро другой химик нашел, что аналогичный сахарат кальция тоже нерастворим

И интерес к стронцию тут же пропал. Выгоднее ведь использовать дешевый, чаще встречающийся кальций.

Статья на тему Стронций история

Химические свойства

Стронций в своих соединениях всегда проявляет степень окисления +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+2H2O→Sr(OH)2+H2↑{\displaystyle {\mathsf {Sr+2H_{2}O\rightarrow Sr(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }}}

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H₂SO₄, HNO₃) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой, помимо оксида SrO, всегда присутствуют пероксид SrO₂ и нитрид Sr₃N₂. При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами — серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 °С), азотом (выше 400 °С). Практически не реагирует со щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO₂, образуя карбид:

5Sr+2CO2→SrC2+4SrO{\displaystyle {\mathsf {5Sr+2CO_{2}\rightarrow SrC_{2}+4SrO}}}

Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl−, I−, NO₃−. Соли с анионами F−, SO₄2−, CO₃2−, PO₄3− малорастворимы.

Из-за высокой химической активности стронция его хранят в закрытой стеклянной посуде под слоем керосина.

Описание

Стронций (лат. Strontium) представляет собой металл, которому в периодической таблице химических элементов присвоен атомный номер 38. В контексте данной статьи попробуем предоставить больше информации об этом металле для тех, кто интересуется составляющими стронция, какую важную роль играет элемент для человека, область его применения и не только.

Данный элемент обнаружили в конце 18 столетия в Шотландском городке Строншиан. По этой причине минерал и получил название «стронцианит». По прошествии 30 лет данную находку ученому из Англии сэру Х. Дэви удалось отделить от других минералов и получить элемент в самостоятельной форме.

Сегодня без оксида стронция не обходится металлургическое производство, пищевая промышленность и медицина. Благодаря интересной и своеобразной форме горения, при которой выделяются красные огоньки, описываемым элементом заинтересовалась пиротехническая индустрия еще в начале прошлого века.

Применение

Основные области применения стронция и его химических соединений — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Металлургия

Стронций применяется для легирования меди и некоторых её сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для десульфурации чугуна, меди и сталей.

Магнитные материалы

Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

Пиротехника

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в карминово-красный цвет.
Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Ядерная энергетика

Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронций-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и, в частности, разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

Вакуумные электронные приборы

Оксид стронция, в составе твёрдого раствора оксидов других щёлочноземельных металлов — бария и кальция (BaO, CaO), используется в качестве активного слоя катодов косвенного накала в вакуумных электронных приборах. На пике производства телевизионных электронно-лучевых трубок 75 % потребления стронция в Соединенных Штатах использовалось для производства стекла лицевой панели. С заменой электронно-лучевых трубок другими методами отображения потребление стронция резко сократилось.

Химические источники тока

Фторид стронция используется в качестве компонента твёрдотельных фторионных аккумуляторных батарей с большой энергоёмкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий — для анодов гальванических элементов.

Медицина

Изотоп с атомной массой 89, имеющий период полураспада 50,55 суток, применяется (в виде хлорида) в качестве противоопухолевого средства.

Ссылки Править

• Страница 0 — краткая статья
• Страница — энциклопедическая статья
• Разное — на страницах: , , ,

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического стронция.

Металлический стронций имеет серебристо-белую окраску. В неочищенном состоянии он окрашен в бледно-желтый цвет. Это сравнительно мягкий металл, легко режется ножом. При комнатной температуре стронций имеет кубическую гранецентрированную решетку (a-Sr); при температуре выше 231° С превращается в гексагональную модификацию (b-Sr); при 623° С переходит в кубическую объёмноцентрированную модификацию (g-Sr). Стронций относится к легким металлам, плотность его a-формы 2,63г/см3 (20° С). Температура плавления стронция равна 768° С, температура кипения составляет 1390° С.

Являясь щелочноземельным металлом, стронций активно реагирует с неметаллами. При комнатной температуре металлический стронций покрывается пленкой из оксида и пероксида. При нагревании на воздухе воспламеняется. Стронций легко образует нитрид, гидрид и карбид. При повышенных температурах стронций реагирует с диоксидом углерода:

5Sr + 2CO₂ = SrC₂ + 4SrO

Металлический стронций взаимодействует с водой и кислотами, выделяя из них водород:

Sr + 2H₃O+ = Sr2+ + H₂­ + 2H₂O

Реакция не идет в тех случаях, когда образуются малорастворимые соли.

Стронций растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синих растворов, из которых при выпаривании можно получить блестящий аммиакат медного цвета Sr(NH₃)₆, постепенно разлагающийся до амида Sr(NH₂)₂.

Для получения металлического стронция из природного сырья целестиновый концентрат сначала восстанавливают при нагревании углем до сульфида стронция. Затем сульфид стронция обрабатывают соляной кислотой, а полученный хлорид стронция обезвоживают. Стронцианитовый концентрат разлагают обжигом при 1200° С, а затем растворяют образовавшийся оксид стронция в воде или кислотах. Нередко стронцианит сразу растворяют в азотной или соляной кислоте.

Металлический стронций получают электролизом смеси расплавленных хлорида стронция (85%) и хлорида калия или аммония (15%) на никелевом или железном катоде при 800° С. Полученный этим методом стронций обычно содержит 0,3–0,4% калия.

Используют также высокотемпературное восстановление оксида стронция алюминием:

4SrO + 2Al = 3Sr + SrO·Al₂O₃

Для металлотермического восстановления оксида стронция применяют также кремний или ферросилиций. Процесс ведут при 1000° С в вакууме в стальной трубке. Хлорид стронция восстанавливают металлическим магнием в атмосфере водорода.

Крупнейшими производителями стронция являются Мексика, Испания, Турция и Великобритания.

Несмотря на довольно большое содержание в земной коре, широкого применения металлический стронций еще не нашел. Как и другие щелочноземельные металлы, он способен очищать черный металл от вредных газов и примесей. Это свойство дает стронцию перспективу применения в металлургии. Кроме того, стронций является легирующей добавкой к сплавам магния, алюминия, свинца, никеля и меди.

Металлический стронций поглощает многие газы и поэтому используется в качестве геттера в электровакуумной технике.

Биологическая роль стронция.

Стронций – составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий скелет состоит из сульфата стронция – целестина. Морские водоросли содержат 26–140 мг стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения – около 2,6, морские животные – 2–50, наземные животные – около 1,4, бактерии – 0,27–30. Накопление стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения содержания стронция и других элементов, главным образом кальция и фосфора, в окружающей среде.

Животные получают стронций с водой и пищей. Некоторые вещества, например полисахариды водорослей, препятствует усвоению стронция. Стронций накапливается в костной ткани, в золе которой содержится около 0,02% стронция (в других тканях – около 0,0005%).

Соли и соединения стронция относятся к малотоксичным веществам, однако при избытке стронция поражаются костная ткань, печень и мозг. Будучи близок к кальцию по химическим свойствам, стронций резко отличается от него по своему биологическому действию. Избыточное содержание этого элемента в почвах, водах и продуктах питания вызывает «уровскую болезнь» у человека и животных (по названию реки Уров в Восточном Забайкалье) – поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения.

Особенно опасны радиоактивные изотопы стронция.

В результате ядерных испытаний и аварий на АЭС в окружающую среду поступило большое количество радиоактивного стронция-90, период полураспада которого составляет 29,12 года. До тех пор, пока не были запрещены испытания атомного и водородного оружия в трех средах, число пострадавших от радиоактивного стронция росло из года в год.

В течение года после завершения атмосферных ядерных взрывов в результате самоочищения атмосферы большая часть радиоактивных продуктов, в том числе стронция-90, выпала из атмосферы на поверхность земли. Загрязнение природной среды за счет выведения из стратосферы радиоактивных продуктов ядерных взрывов, проводившихся на полигонах планеты в 1954–1980, сейчас играет второстепенную роль, вклад этого процесса в загрязнение атмосферного воздуха 90Sr на два порядка меньше, чем от ветрового подъема пыли с почвы, загрязненной при ядерных испытаниях и в результате радиационных аварий.

Стронций-90, наряду с цезием-137, являются основными загрязняющими радионуклидами на территории России. На радиационную обстановку существенно влияет наличие загрязненных зон, появившихся вследствие аварий на Чернобыльской АЭС в 1986 и на ПО «Маяк» в Челябинской области в 1957 («Кыштымская авария»), а также в окрестностях некоторых предприятий ядерно-топливного цикла.

Сейчас время средние концентрации 90Sr в воздухе за пределами территорий, загрязненных в результате Чернобыльской и Кыштымской аварий, вышли на уровни, наблюдавшиеся до аварии на Чернобыльской АЭС. В гидрологических системах, связанных с зонами, загрязненными при этих авариях, существенно сказывается смыв стронция-90 с поверхности почвы.

Попадая в почву, стронций вместе с растворимыми соединениями кальция поступает в растения. Больше других накапливают 90Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше – злаки, в том числе зерновые, и лён. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90Sr в 10 раз больше, чем в зерне).

Из растений стронций-90 может непосредственно или через животных перейти в организм человека. У мужчин стронций-90 накапливается в большей степени, чем у женщин. В первые месяцы жизни ребенка отложение стронция-90 на порядок выше, чем у взрослого человека, он поступает в организм с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Радиоактивный стронций сосредотачивается в скелете и, таким образом, подвергает организм длительному радиоактивному воздействию. Биологическое действие 90Sr связано с характером его распределения в организме и зависит от дозы b-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90Y. При длительном поступлении 90Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет.