סטרונטיום: היסטוריה, מבנה, תכונות, תגובות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

סטרונציום הוא מתכת ארץ אלקליין אשר סימול כימי הוא חתך מר טרי הוא לבן עם ברק כסוף, אך כאשר הם נחשפים מתחמצנים אוויר רוכש צבע צהבהב. מסיבה זו יש להגן עליו מפני חמצן במהלך האחסון.

סטרונציום מופק מעורקיו בצורה של המינרלים celestite או celestine (SrSO ₄ ) וסטרונטיאניט (SrCO ₃ ). עם זאת, סלסטיט הוא הצורה העיקרית בה מתרחש כריית סטרונציום, כאשר מרבציו נמצאים בקרקעות משקע ובשילוב עם גופרית.

מדגם סטרונציום מתכתי מוגן על ידי אווירת ארגון. מקור: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg מתיאס זפרדרטיביטיבי: חומרים מדעיים

Celestite מתרחשת בצורה של גבישים מעוינים, היא בדרך כלל חסרת צבע, זגוגית ושקופה. אף כי מיצוי סטרונציום בדרך זו, יש להפוך אותו לקרבונט המתאים לו, ממנו הוא צומצם סופית.

בשנת 1790 זוהה סטרונציום כאלמנט חדש על ידי אדיר קרופורד וויליאם קריקשנק, במינרל ממכרה עופרת ליד העיירה סטרונטיון בארגיל, סקוטלנד. סטרונציום מבודד בשנת 1807 על ידי המפרי דייווי, באמצעות אלקטרוליזה.

סטרונציום הוא מתכת ניתנת לדיכאון ומוליך חשמל טוב; אך יש לו מעט שימוש תעשייתי ומסחרי. אחד היישומים שלה הוא היווצרות של סגסוגות עם אלומיניום ומגנזיום, שיפור הטיפול והנזילות של מתכות אלה.

בטבלה המחזורית סטרונציום נמצא בקבוצה 2, בין סידן לבריום, ומגלה שלחלק מתכונותיו הפיזיות, כמו צפיפות, נקודת התכה וקשיות, יש ערכי ביניים ביחס לאלו המוצגים עבור סידן ובריום.

סטרונציום מופיע בטבע כארבעה איזוטופים יציבים: ⁸⁸ Sr עם שפע של .82.6%; ⁸⁶ האב, עם 9.9% שפע; ⁸⁷ האב, עם 7.0% שפע; ו ⁸⁴ Sr, עם שפע של 0.56%.

⁹⁰ Sr הוא איזוטופ רדיואקטיבי המהווה את המרכיב הפוגע ביותר בנפילה רדיואקטיבית, תוצר של פיצוצים גרעיניים ודליפות מכורים גרעיניים, שכן בגלל הדמיון בין סידן וסטרונציום, האיזוטופ משולב בעצמות לייצור סרטן עצמות ולוקמיה.

הִיסטוֹרִיָה

נחקר מינרל ממכרה עופרת ליד הכפר סטרונטיאן בארגיל, סקוטלנד. במקור זוהתה כסוג של בריום פחמתי. אולם אדר קרופורד וויליאם קריקשנק, בשנת 1789, ציינו כי החומר שנחקר היה נושא נוסף.

הכימאי תומס צ'ארלס הופ קרא לסטרונטיט המינרלי החדש ו"ארץ האדמה "המקבילה (תחמוצת סטרונציום, SRO) כינה אותו סטרונטיה.

בשנת 1790 שרפו קרופורד וקריקשנק את החומר הנחקר וצפו כי הלהבה בצבע אדום ארגמן, שונה מהלהבות שנצפו עד לאותה העת באלמנטים ידועים. הם הגיעו למסקנה שהם עומדים מול אלמנט חדש.

בשנת 1808, סר ויליאם האמפרי דייווי, היה חשוף לאלקטרוליזה לתערובת לחה של הידרוקסיד או כלוריד של סטרונציום עם תחמוצת כספית, באמצעות קתודה של כספית. לאחר מכן, התאדה הכספית מהאמלגם שנוצר והשאירה את הסטרונציום חופשי.

דייווי כינה את האלמנט המבודד סטרונציום (סטרונציום).

מבנה ותצורת אלקטרונים של סטרונציום

סטרונציום מתכתי מתגבש בטמפרטורת החדר במבנה מעוקב עם פנים (fcc).

במבנה זה אטומי ה- Sr ממוקמים בקודקודים ובפני הקוביה של תא היחידה. זה יחסית צפוף יותר ממבנים אחרים (כמו מעוקב או עותק מוסתר) שיש להם ארבעה אטומים של מר בסך הכל.

אטומי ה- Sr נותרו מאוחדים בזכות הקשר המתכתי, תוצר של חפיפה של מסלולי הערך האטומי שלהם לכל הכיוונים בתוך הגביש. מסלול זה הוא ה- 5s, שיש לו שני אלקטרונים לפי התצורה האלקטרונית:

5s ²

וכך מקורם של להקת 5s מלאה, ולהקת הולכה 5p (תיאוריית הלהקה).

לגבי שלבים מתכתיים אחרים, אין הרבה מידע ביבליוגרפי, אם כי בטוח שהגבישים שלהם עוברים טרנספורמציות כאשר הם נתונים ללחץ גבוה.

מספרי חמצון

לסטרונציום, כמו מתכות אחרות, נטייה גבוהה לאבד את האלקטרונים הערכיים שלה; אלה שני האלקטרונים של מסלול ה- 5s. לפיכך, אטומי ה- Sr מומרים לקטיונים של ה- Sr ²⁺ דו-ערכיים (M ²⁺ , כמו שאר מתכות האדמה האלקליות), איזואלקטרוניים לקריפטון הגז האצילי. לאחר מכן נאמר כי לסטרונציום יש מספר חמצון של +2.

כאשר במקום לאבד שני אלקטרונים הוא מאבד רק אחד, האב ⁺ קטיון נוצר ; ולכן מספר החמצון שלו הוא +1. Sr ⁺ נדיר בתרכובות הנגזרות מסטרונציום.

נכסים

מראה חיצוני

לבן כסוף עם ברק מתכתי, עם גוון צהוב קל.

מסה מולארית

87.62 גרם / מול.

נקודת המסה

777 מעלות צלזיוס.

נקודת רתיחה

1,377 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

-טמפרטורת הסביבה: 2.64 גרם / ס"מ ³

-מצב נוזל (נקודת התכה): 2.375 גרם / ס"מ ³

מְסִיסוּת

מסיסים באלכוהול וחומצות. זה לא מסיס במים, מכיוון שהוא מגיב איתם חזק.

חום של היתוך

7.43 kJ / mol.

חום האידוי

141 kJ / mol.

קיבולת טוחנת תרמית

26.4 J / (mol · K).

אלקטרונגטיביות

0.95 בסולם פאולינג.

אנרגיית יינון

דרגה ראשונה של יינון: 549.5 קילוואט / מול.

רמת יינון שנייה: 1,064.2 קילוגרם / מול.

דרגה שלישית של יינון: 4,138 kJ / mol.

רדיו אטומי

אמפירית 215 בערב.

רדיוס קוולנטי

195 ± 10 בערב.

התפשטות תרמית

22.5 מיקרומטר (m · K) ב 25 מעלות צלזיוס.

מוליכות תרמית

35.4 W / (mK).

התנגדות חשמלית

132 ננומטר · מעלות צלזיוס

קַשִׁיוּת

1.5 בסולם מוהס.

פוטנציאל אש

סטרונציום, כשהוא מחולק דק, נשרף באופן ספונטני באוויר. בנוסף, הוא מתלקח כשהוא מחומם מעל נקודת ההיתוך, ויכול להוות סכנת פיצוץ כאשר הוא נחשף לחום של להבה.

אִחסוּן

כדי להימנע מחמצון סטרונציום, מומלץ לאחסן אותו שקוע בנפט או בנפטה. יש לאחסן את סטרונציום במקום קריר ומאוורר היטב, הרחק מחומרים אורגניים וחומרים אחרים המחומצנים בקלות.

מִנוּחַ

מכיוון שמספר החמצון +1 אינו כה נפוץ, ההנחה היא שרק +2 קיימת לפישוט של הנוטוריה סביב תרכובות סטרונציום. זו הסיבה שבמניית המניות מתעלמים מה- (II) בסוף השמות; ובנושאים מסורתיים הם תמיד מסתיימים בסיומת-ico.

לדוגמה, SrO הוא תחמוצת סטרונציום או תחמוצת פח, על פי מלאי ונומיות מסורתיות, בהתאמה.

צורות

בשל תגובתיות רבה, סטרונציום מתכתי אינו נראה מבודד בטבעו. עם זאת, ניתן למצוא אותו במצבו היסודי המוגן מפני חמצן, על ידי טבילה בנפט או באטמוספרה של גזים אינרטיים (כמו גזים אצילים).

הוא נמצא גם ויוצר סגסוגות עם אלומיניום ומגנזיום, כמו גם צבירה לסגסוגת פח ועופרת. סטרונציום נמצא בצורה יונית (Sr ²⁺ ) המומס באדמה או במי ים וכו '.

לכן לדבר על סטרונציום זה להתייחס לקטגוריות ה- Sr ²⁺ (ובמידה פחותה, Sr ⁺ ).

זה יכול גם ליצור אינטראקציה בצורה יונית עם אלמנטים אחרים ליצירת מלחים או תרכובות כימיות אחרות; כמו סטרונציום כלוריד, קרבונט, סולפט, גופרתי וכו '.

סטרונציום קיים בעיקר בשני מינרלים: סלסטיט או שמאל (SrSO ₄ ) וסטרונטיט (SrCO ₃ ). Celestite הוא המקור העיקרי למיצוי כריית סטרונציום.

לסטרונציום יש 4 איזוטופים טבעיים, מהם זה שנמצא בשפע רב יותר הוא ⁸⁸ מר. כמו כן, ישנם מספר איזוטופים רדיואקטיביים המיוצרים באופן מלאכותי בכורים גרעיניים.

תפקיד ביולוגי

אין שום תפקיד ביולוגי לסטרונציום בחוליות. בשל הדמיון שלו לסידן, הוא יכול להחליף אותו ברקמות העצם; כלומר Sr ²⁺ מעקר את Ca ²⁺ . אולם היחס שנמצא בעצם בין סטרונציום לסידן הוא בין 1 / 1,000 ל- 1 / 2,000; כלומר נמוך מאוד.

לכן אסור לסטרונציום למלא פונקציה ביולוגית טבעית בעצמות.

סטרונציום ראנלט שימש לטיפול באוסטיאופורוזיס, מכיוון שהוא גורם להתקשות העצמות; אבל בכל מקרה מדובר בפעולה טיפולית.

אחת הדוגמאות הבודדות לתפקוד ביולוגי של סטרונציום מתרחשת באקנתרהאה, פרוטוזואן רדיואריאלי שיש לו שלד עם נוכחות סטרונציום.

היכן למצוא והפקה

קריסטל סלסטיט, מקור מינרלוגי לסטרונציום. מקור: Aram Dulyan (משתמש: Aramgutang)

סטרונציום נמצא בכ- 0.034% מכלל הסלעים הנגרמים. עם זאת, רק שני מינרלים: celestite או celestine, נמצאים בשקעים בעלי תכולת סטרונציום משמעותית.

מבין שני המינרלים החשובים סטרונציום, רק סלסטיט נמצא בכמות מספקת במרבצי משקע כדי לאפשר יצירת מתקנים לחילוץ סטרונציום.

סטרטיניט מועיל יותר מאשר סלסטיט, מכיוון שרוב סטרונציום מיוצר בצורה של סטרונציום קרבונט; אך כמעט ולא נמצאו פיקדונות המאפשרים כרייה בת-קיימא.

תכולת סטרונציום במי ים נע בין 82 ל 90 מיקרומול / ל ', ריכוז נמוך בהרבה מזה של סידן, בין 9.6 ל 11 מ"מול ל"ל.

כמעט כל הכרייה מבוססת על משקעי שמימן, מאחר ורידי סטרונטיאניט הם נדירים ולא רווחיים במיוחד למיצוי סטרונציום מהם. למרות זאת, רוב הסטרונציום מיוצר בצורה של סטרונציום קרבונט.

שיטת פידגון

סלסטיט נשרף בנוכחות פחם כדי להפוך סטרונציום סולפט לסטרונציום גופרתי. בשלב השני, החומר הכהה המכיל סטרונציום סולפיד מומס במים ומסונן.

לאחר מכן, הטיפול בתמיסת סטרונציום סולפיד מטפל בפחמן דו חמצני, כדי לייצר משקעים של סטרונציום קרבונט.

ניתן לבודד סטרונציום על ידי וריאנט של שיטת Pidgeon. התגובה של תחמוצת סטרונציום ואלומיניום מתרחשת בוואקום, שם המומר סטרונציום לגז ומועבר דרך retort הייצור אל המעבים, שם הוא משקע כמוצק.

הַפרָדָה חַשְׁמָלִית

ניתן להשיג סטרונציום בצורה של מוטות בשיטת אלקטרוליזה של קתודה במגע. בהליך זה מוט מוט ברזל מקורר הפועל כקתודה בא במגע עם פני השטח של תערובת מותכת של אשלגן כלורי וסטרונציום כלוריד.

ככל שהסטרונציום מתמצק על הקתודה (מוט הברזל), המוט מתרומם.

תגובות

עם כלקוגנים והלוגנים

סטרונציום הוא מתכת מפחיתה פעילה ומגיב עם הלוגנים, חמצן וגופרית לייצור הלידים, תחמוצות וגופרית, בהתאמה. סטרונציום הוא מתכת כסופה, אך הוא מתחמצן לתחמוצת סטרונציום כאשר הוא נחשף לאוויר:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

התחמוצת יוצרת שכבה כהה על פני המתכת. בעוד תגובתו עם כלור וגופרית היא כדלקמן:

Sr (ים) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

Sr (s) + S (l) => SrS (s)

סטרונציום מגיב עם גופרית מותכת.

עם האוויר

זה יכול לשלב עם חמצן ליצירת סטרונציום מי חמצן; אך הוא דורש לחץ גבוה של חמצן לצורך היווצרותו. זה יכול גם להגיב עם חנקן כדי לייצר סטרונציום ניטריד:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

עם זאת, הטמפרטורה חייבת להיות מעל 380 מעלות צלזיוס כדי שהתגובה תתרחש.

עם המים

סטרונציום יכול להגיב באלימות עם מים ליצירת סטרונציום הידרוקסיד, Sr (OH) _2, וגז מימן. בתגובה בין סטרונציום למים אין האלימות שנצפה בתגובה בין מתכות אלקליות למים, כמו גם זו שנצפתה במקרה של בריום.

עם חומצות ומימן

סטרונציום יכול להגיב עם חומצה גופרתית וחומצה חנקתית ליצירת, בהתאמה, סטרונציום סולפט וניטרט. זה גם משלב חם עם מימן ליצירת סטרונציום הידריד.

לסטרונציום, כמו אלמנטים כבדים אחרים בגוש הטבלה המחזורית, יש מגוון רחב של מספרי קואורדינציה; כמו 2, 3, 4, 22 ו 24, הנראים בתרכובות כמו SrCd ₁₁ ו- SrZn ₁₃ , למשל.

יישומים

- סטרונטיום יסודי

סגסוגות

הוא משמש כשינוי אאוטקטי לשיפור חוזק ומידתיות של סגסוגת Al-Ag. הוא משמש כחומר חיסון בבתי יציקה מברזל רקיע כדי לשלוט על היווצרות גרפיט. הוא מתווסף גם לסגסוגות פח ועופרת כדי להוסיף קשיחות ומידתיות.

בנוסף, הוא משמש כחומר deoxidizer לנחושת וברונזה. כמות קטנה של סטרונציום מתווספת לאלומיניום מותך כדי לייעל את יכולת ההיתוך של המתכת, מה שהופך אותו מתאים יותר לייצור חפצים העשויים מסורתית מפלדה.

זהו חומר מסגסוגת לאלומיניום או מגנזיום שמשמש ליציקת בלוקי מנוע וגלגלים. סטרונציום משפר את הטיפול והנזילות של המתכת שאליה היא סגורה.

איזוטופים

למרות פעולתו המזיקה, ⁹⁰ Sr משמש כגנרטור תרמו-אלקטרי, המשתמש באנרגיית החום של קרינתו לייצור חשמל לאורך זמן, עם יישום בכלי רכב בחלל, תחנות מחקר מרחוק ומצופי ניווט.

ה- ⁸⁹ Sr שימש לטיפול בסרטן העצמות, תוך שימוש בסוג ה- β פליטת רדיואקטיב להשמדת תאים סרטניים.

אטום סטרונציום שימש להקמת מערכת למדידת זמן, שבקושי מפגרת שנייה אחת ל -200 מיליון שנה. מה שהופך אותו לשעון המדויק ביותר.

- תרכובות

פַּחמָה

Ferrites ומגנטים

סטרונציום קרבונט (SrCO ₃ ) מגיב עם תחמוצת הברזל (Fe ₂ O ₃ ) בטמפרטורה שבין 1,000 ל -1,300 מעלות צלזיוס, ליצירת סטרונציום פריט. למשפחת ferrites זו נוסחה כללית SrFe _x O ₄ .

מגנטים קרמיים עשויים מפרטים ומשמשים ביישומים שונים. ביניהם: ייצור רמקולים, מנועים למגבי שמשה קדמית לרכב ובצעצועים לילדים.

סטרונטיום קרבונט משמש גם בייצור זכוכית למסכי טלוויזיה ויחידות תצוגה.

משקפיים

בנוסף לשיפור רכוש הזכוכית לתצוגות גביש נוזלי (LCD), הוא משמש גם בכלי קרמיקה לזיגוג, ומחזק את עמידותו בפני שריטות ויצירת בועות במהלך הירי.

הוא משמש בייצור זכוכית שמיש לשימוש באופטיקה, כלי זכוכית ותאורה. זהו גם חלק מכוסות פיברגלס ומשקפי מעבדה ותרופות, מכיוון שהוא מגביר את הקשיות ואת העמידות בפני שריטות, כמו גם את בהירותו.

ייצור מתכות ומלחים

הוא משמש להשגת אבץ טהור גבוה, מכיוון שהוא תורם לביטול טומאת העופרת. זה עוזר בייצור סטרונציום כרומט, תרכובת המשמשת כמעכב קורוזיה בהדפסת צבעים.

שפכים ומנורות זרחן

הוא משמש לטיפול בשפכים להסרת גופרפט. בנוסף, הוא משמש בייצור חומצה אורתופוספורית, המשמשת לייצור מנורות פלורסנט.

פִּירוֹטֶכנִיקָה

סטרונציום פחמתי, כמו מלחי סטרונציום אחרים, משמשים בזיקוקים כדי להעניק לו צבע אדום ארגמן. כתם שמשמש גם בבדיקת סטרונציום.

הידרוקסיד

הוא משמש למיצוי סוכר מסלק, שכן סטרונציום הידרוקסיד משתלב עם סוכר כדי לייצר סכריד מורכב. ניתן לנתק את המתחם על ידי פעולת פחמן דו חמצני, ולהשאיר את הסוכר חופשי. הוא משמש גם לייצוב הפלסטיק.

תַחמוֹצֶת

היא קיימת בזכוכית המשמשת לייצור צינור תמונה לטלוויזיה, החל ביישום זה בשנת 1970. טלוויזיות צבעוניות, כמו גם התקנים אחרים המכילים קרני קתודה, נדרשים להשתמש בסטרונטיום בצלחת הקדמית כדי לעצור. צילומי רנטגן.

טלוויזיות אלה אינן בשימוש עוד מכיוון שפופרות הקתודה הוחלפו במכשירים אחרים, ולכן השימוש בתרכובות סטרונציום אינו נדרש.

לעומת זאת, תחמוצת סטרונציום משמשת לשיפור איכות זיגוגי הקרמיקה.

כלוריד

סטרונציום כלוריד משמש בכמה משחות שיניים לשיניים רגישות ולהפקת זיקוקים. בנוסף, הוא משמש בצורה מוגבלת לפינוי גזים לא רצויים בכלי ים הנתון לוואקום.

Ranelate

הוא משמש לטיפול באוסטאופורוזיס, מכיוון שהוא מגביר את צפיפות העצם ומפחית את שכיחות השברים. מיושם באופן מקומי, זה מעכב גירוי תחושתי. עם זאת, השימוש בו פחת בגלל הראיות שהוא מגדיל את שכיחות מחלות לב וכלי דם.

אלומיניום

הוא משמש כתרופת סמים בתעשיית האלקטרוניקה. זה משמש לעתים קרובות כדי לגרום לצעצועים מסוימים להאיר בחושך, שכן מדובר בתרכובת אינרטית כימית וביולוגית.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2019). סטרונציום. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. טימותי פ. חנוסה. (2019). סטרונציום. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
4. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). סטרונציום. מאגר PubChem. CID = 5359327. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. טרייסי פדרסן. (20 במאי 2013). עובדות על סטרונציום. התאושש מ: livescience.com
6. ד"ר דאג סטיוארט. (2019). עובדות אלמנט סטרונציום. התאושש מ: chemicool.com
7. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (03 ביולי 2019). עובדות סטרונציום (מספר אטומי 38 או Sr). התאושש מ: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). סטרונציום. התאושש מ: lenntech.com