Strontsium

Allikas: Vikipeedia
Üldised omadused
Pilt
Strontium.jpg
Nimi, sümbol, järjekorranumber strontsium, Sr, 38
Kategooria leelismuldmetall
Grupp, periood, plokk 2, 5, s
Aatommass 87,62 g/mol
Elektronkonfiguratsioon 2, 8,18, 8, 2
Electron shell 038 Strontium.svg
CAS registrinumber 7440-24-6
Füüsikalised omadused
Faas tahke
Tihedus 2,64 g • cm−3
Sulamistemperatuur 1050 K, 777 °C, 1431 °F
Keemistemperatuur 1655 K, 1382 °C, 2520 °C
Molaarne soojusmahtuvus 26,4 J • mol−1• K −1
Aatomi omadused
Oksüdatsiooniastmed 2, 1[1] (tugevalt aluseline oksiid)
Elektronegatiivsus 0,95 (Paulingi skaala)
Ionisatsioonienergiad I 549.5 kJ • mol−1

II 1064,2 kJ • mol−1

III 4138 kJ • mol−1
Aatomiraadius 215 pm
Kovalentraadius 195±10 pm
Van der Waalsi raadius 249 pm
Füüsikalised omadused
Kristallstruktuur tahktsentreeritud kuubiline, heksagonaalne [2] Cubic-face-centered.svg

Strontsium on keemiline element, mille sümbol on Sr ja järjenumber 38. Kuulub perioodilisussüsteemi teise peaalarühma. Elektronkonfiguratsioonilt s2p6, on elemendi oksüdatsiooniaste ühendites alati II. Loovutab kergesti oma valentselektronid, muutudes kaht positiivset laengut kandvaks iooniks.[3]

Strontsium on oma omadustelt pehme, kerge ja hõbevalge või kollaka värvusega väga reaktsioonivõimeline leelismuldmetall. Õhuga kokku puutudes kattub metallipind kollaka hapnikuühendite kihiga (õhu koostisosade ning metalli vahel toimuva reaktsiooni tulemusena), kuid on kaitstud edasise oksüdeerimise eest.[4]

Looduslikult leidub teda strontsiumimineraalides, millest tähtsamad on strontsianiit (SrCO3) ja tsölestiin (SrSO4). Kui looduslik strontsium on püsiv, siis seevastu tema sünteetiline isotoop 90Sr on radioaktiivne, poolestusajaga 28,90 aastat.

Nii strontsium kui ka strontsianiit on oma nime saanud Strontiani küla järgi. Küla, kus metalli avastati, asub Šotimaal Loch Sunarti kaldal.[5]


Iseloomulikud omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Strontsium on hõbevalge kaltsiumist pehmem metall, mis veega kokku puutudes on veel reaktsioonivõimelisem – saadusteks on strontsiumhüdroksiid ja vesinik. Moodustuv hüdroksiid lahustub üsna hästi[2]. Metalliline strontsium reageerib intensiivselt aktiivsete mittemetallidega juba tavalistes tingimustes. Õhuga kokku puutudes annab produktideks kas strontsiumoksiidi või strontsium peroksiidi.[4]

2Sr + O2 → 2SrO (strontsiumoksiid)

Sr + O2 → SrO2 (strontsiumperoksiid)

Nõrgal või mõõdukal soojendamisel reageerib halogeenidega. Vähem aktiivsetega, näiteks lämmastiku, vesiniku, süsiniku ja räniga, reageerib strontsium kuumutamisel. Reaktsioonidel eraldub soojust.[3]

Reageerides lämmastikuga on produktiks strontsiumnitriit.

3Sr + N2→ Sr3N2

Kui temperatuur on alla 380 °C, siis strontsium lämmastikuga ei reageeri ning võimalikuks saaduseks on ainult strontsiumioksiidid (SrO ja SrO2).[6]

Kõrge reaktsioonivõime tõttu reageerib strontsium aktiivselt vee ja hapnikuga, mistõttu metalli looduses puhtal kujul ei leidu, vaid ainult seotult teiste ühenditega, nagu näiteks mineraalides strontsianiit (SrCO3) ja tsölestiin (SrSO4.)

Strontsiumit säilitatakse vedelas süsivesinikus nagu mineraalõlis, kinnijoodetud nõus või petrooleumis, et vältida oksüdeerumist. Õhus kattub strontsiumi pind juba toatemperatuuril kollaka hapnikuühendite kihiga.

Peenestatud pulbriline strontsium on toatemperatuuril isesüttiv. Strontsiumisoolad põlevad punase leegiga, mistõttu kasutatakse neid pürotehnika ja signaalrakketide tootmises. Maakoores esineb loodulik strontsium seguna neljast stabiilsest isotoobist.[6], millest levinuim on 88Sr (88,56%).

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Strontiumi avastamisloos on suur osa Strontiani küla pliikaevandusel Šotimaal.[7] 1790. aastal avastas Adair Crawford, et strontsiumimaakide omadused erinevad tavaliste pehmete metallide omadustest.[8] Ta järeldas, et Šoti mineraal on uut liiki metall, mida ei ole varem uuritud. 1793. aastal andis Glasgow’ ülikooli professor Thomas Charles Hope uuele mineraalile nimeks strontsianiit.[9] [10] Strontsium kui element oli seega tuvastatud, kuid mitte eraldatud. Elemendi eraldas Sir Humphry Davy 1808. aastal. Selleks kasutati elektrolüüsil segu strontsiumkloriidist ja elavhõbedaoksiidist.[11] Jätkamaks leelismuldmetallide loetelu, muutis ta metalli nime strontiumiks.[12] [13] [14] [15]

Strontsiumi kasutati esmalt suhkru tootmisel suhkrupeedist. Kuigi Agustin-Pierre Dubrunfaut patendeeris 1849. aastal strontsiumhüdroksiidipõhise kristalliseerumisprotsessi, saabus läbimurre 1870. aastate esimesel poolel. [16] 19. sajandil oli see Saksamaa suhkrutööstuse peamine meetod. Enne esimest maailmasõda pruukis suhkrutööstus 100 000 kuni 150 000 tonni strontsiumhüdroksiidi aastas. [17] Kuigi strontsiumhüdroksiidi käideldi korduvalt, oli siiski tarvis piirata substituendi kadusid. See sai strontsianiidi taaskaevandamise ajendiks Saksamaal. See kestis, kuni alustati tsölestiini kaevandamisega Gloucestershire’is. Need kaks mineraali moodustasid kogu maailma strontsiumivarud aastatel 1884–1941. [18] [19]

Levik[muuda | redigeeri lähteteksti]

Strontsium on maakoores elementide levimuselt 15. kohal, esinedes keskmiselt 0,034% ulatuses kõigis tardkivimites. Strontsiumi leidub peamiselt kahe ühendina: strontsianiit (SrCO3) ja tsölestiin (SrSO4). Neist kahest mineraalist esineb tsölestiin settekivimites sobivamas kvantiteedis, mis muudab selle mineraali kaevandamise levinumaks. Kuna strontsiumi kasutatakse põhiliselt karbonaadi kujul, siis oleks strontsianiit eelistatum, kuid selle mineraali töötlemiseks on leitud vähe setteid.[20]

Strontsiummetalli saab elektrolüüsida sulatatud strontsiumkloriidi segust kaaliumkloriidiga.

Sr2+ + 2e → Sr

2 Cl- → Cl2 g + 2e-

Alternatiiviks on strontsiumoksiidi redutseerimine alumiiniumiga vaakumkeskkonnas temperatuuril, millel strontsium destilleerub välja.

Esineb kolm metallilise strontsiumi allotroopi, mille faasilisi üleminekuid märgistavad temperatuurid 235 ja 540 ºC.

Isotoobid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Strontsiumil on neli püsivat, looduses esinevat isotoop: 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87 (7,0%) ja Sr (82,58%).[2] Neist on radiogeenne ainult 87Sr. 87Sr tekib radioaktiivse leelismetalli 87Rb lagunemisel. 87Rb poolestusaeg on 4,88*1010 aastat. Seega on igas materjalis kaht liiki päritoluga isotoop 87Sr: esiteks see osa, mis on moodustunud koos isotoopidega 84Sr, 86Sr ja 88Sr, ning teiseks 87Rb lagunemisel tekkinud osa. Suhtarv 87Sr/86Sr on geoloogilistes uurimustes esitatud parameetrina. Mineraalide ja kivide isotoopide relatsioon on vahemikus 0,7 kuni 4,0. Kuna strontsiumil on kaltsiumiga lähedane aatomiraadius, siis asendab see kergesti kaltsiumit mineraalides.

Teadaolevalt leidub kuusteist ebapüsivat isotoopi. Kõige suurema tähtsusega on 90Sr, mille poolestusaeg on 28,78 aastat ja 89Sr poolestusajaga 50,5 päeva. 90Sr on tuumapommi lõhkemise kõrvalsaadus, mis toob kaasa terviseprobleemi, sest see vahetab luudes välja kaltsiumi 90Sr on teadaolevalt üks kõige kõrgema energiaga beetakiirgur.

89Sr on lühikese elueaga tehislik radioaktiivne isotoop, mida kasutatakse meditsiinis luuvähi ravimisel. Teatud juhtudel, kui patsientidel on laialdased ja piinarikkad metafaasid, juhitakse isotoobi 89Sr radioaktiivne kiirgus sinna piirkonda, kus on luuprobleemid (kaltsiumisisaldus kõige suurem). 89Sr on manustatakse kui kloorisoolana (mis on lahustuv) ja kui seda lahustada füsioloogilises lahuses, siis saab seda süstida veeni. Tavaliselt ravitakse patsiente doosiga 150 MBq. Patsiendid peavad võtma kasutusele ettevaatusabinõud, sest nende uriin saastub radioaktiivse ainega. Beetaosakesed liiguvad luusiseselt 3,5 mm (energiaga 0,583 MeV) ja 6,5 mm koesiseselt, seega ei peeta vajalikuks patsiente raviperioodil isoleerida (küll aga lastest eraldada: 10–40 päeva ei tohi lapsed patsiendi süles istuda).

Kõige kergem isotoop on 73Sr; kõige raskem 107Sr.

Kõikidel teistel strontsiumi isotoopidel on poolestusajad lühemad kui 55 päeva, enamasti isegi alla 100 minuti.

Rakendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mõju inimesele[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esimesed strontsiumi hoiatusilmingud olid seotud Urovi jõega. XIX sajandil asusid jõe kaldale elama Baikali äärest kasakad. Mullad olid viljakad, kliima hea. Mõne aasta pärast haigestusid ümberasujad salapärasesse haigusse, millega kaasnesid luude deformatsioonid (sarnased rahhiidiga) ja sagedased luumurrud. Strontsium ei ole mürkmetall (inimkehas 140 mg), kuid põhjustab ainevahetushäireid, kui teda sisaldub palju kas joogivees või toiduainetes.[5]

Inimkeha absorbeerib strontsiumit nagu oleks see kaltsium. Keemilise sarnasuse tõttu ei ole strontsiumi stabiilsed vormid inim- ja loomorganismidele ohtlikud. Teatud kogustes võib strontsium olla isegi kasulik. Ainult radioaktiivne 90Sr on elutegevusele ohtlik, mis põhjustab leukeemiat ja teisi vähktõve vorme.[4]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. P.Colarusso et al.(1996): "High-Resolution Infrared Emission Spectrum of Strontium Monofluoride"J.Molecular Spectroscopy 175:158.: "doi:1010.1006/jmsp.1996.0019"
  2. 2,0 2,1 2,2 Anorgaaniline keemia.N. Ahmetov.Valgus.1974.Tallinn
  3. 3,0 3,1 Üldine ja anorgaaniline keemia.H.Karik, U.Palm, V.Past. Valgus.1981.Tallinn
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Elementide keemia. Hergi Karik.Kalle Truus.Ilo.2003.Tallinn
  5. 5,0 5,1 5,2 Metallid ja mittemetallid meis ja meie ümber. Hergi Karik.Koolibri.2004
  6. 6,0 6,1 6,2 C.R Hammond The elements(p.4-35) in Lide, D.R., ed. (2005)CRC Handbook of Chemistry and Physics(86Th ed.)Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5
  7. Murray, W. H(1977).The Companion Guide to the West Highlands of Scotland. London: Collins. ISBN 0-00-211135-7
  8. Adair Crawford(1790)"on the medicinal properties of the muriated bartytes," Medical Communications (London), vol. 2, pages 301–359
  9. Although Thomas C. Hope had investigated strontium ores since 1791, he research was published in: Thomas Charles Hope(1798)"Account of a mineral from Strontian and of a particular species of earth which it contains, "Transactions of the Royal Society of Edinburg, vol 4, no. 2, pages 3–39.
  10. Murray, T(1993)."Elementary Scots: The Discovery of Strontium".Scottish Medical Journal 38(6): 188–189PMID 8146640
  11. Davy, H (1808) "Electro-chemical researches on the decomposition of the earts; with observations on the metals obtained from the alkaline earths,and on thte amalgam procured from ammonia", "Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 98, pages 333–370.
  12. "Strontian gets set for anniversary"Lochaber News. 19 June
  13. Weeks, Mary Elvira(1932)."The discovery of the elements: X.The alkaline eart metals and magnesium and cadmium".Journal of Chemical Education 9 (6): 1046–1057.Bibcode""Bibcode 1932JChEd...9.1046W""doi:10.1021/ed009p1046"
  14. Partington, J.R(1942)" The early history of strontium".Annals of Scienece 5(2): 157"doi:10.1080/00033794200201411"
  15. Many other early investigators examined strontium ore, among them: (1) Martin Heinrich Klaproth, "Chemische Versuche über die Strontianerde" (Chemical experiments on strontian ore), Crell's Annalen (September 1793) no. ii, pages 189–202 ; and "Nachtrag zu den Versuchen über die Strontianerde" (Addition to the Experiments on Strontian Ore), Crell's Annalen (February 1794) no. i, page 99 ; also (2) Richard Kirwan (1794) "Experiments on a new earth found near Stronthian in Scotland," The Transactions of the Royal Irish Academy, vol. 5, pages 243–256.
  16. Fachgruppe Geschichte Der Chemie, Gesellschaft Deutscher Chemiker (2005). "Metalle in der Elektochemie"p.p 158-162
  17. Heriot, T. H. P (2008)."strontium saccharate process".Manufacture of Sugar from the Cane and Beet. ISBN 978-1-4437-2504-0
  18. Börnchen, Martin."Der Strontianitbergbau im Münsterland"Retrieved 2010-11-09.
  19. "Strontium""doi: 10.1002/0471238961.192018150809020"
  20. Ober, Joyce A."Mineral Commodity Summaries 2008: Strontium"(PDF)United States Geological Survey.United States Geological Survey. Retrieved 2010-05-14.
  21. ""Chemistry of Firework Colors – How Fireworks Are Colored"Chemistry.about.com. 2012-04-10. http://chemistry.about.com/od/fireworkspyrotechnics/a/fireworkcolors.htm. Retrieved 2012-04-14.
  22. Steinhauser, Georg; Musilek, Andreas (2009). "Do pyrotechnics contain radium?". Environmental Research Letters 4 (3): 034006." Bibcode 2009ERL.....4c4006S"doi: 10.1088/1748-9326/4/3/034006"
  23. Moreno, Teresa; Querol, Xavier; Alastuey, Andrés; Cruz Minguillón, Mari; Pey, Jorge; Rodriguez, Sergio; Vicente Miró, José; Felis, Carles et al. (2007). "Recreational atmospheric pollution episodes: Inhalable metalliferous particles from firework displays". Atmospheric Environment 41 (5): 913."doi:10.1016/j.atmosenv.2006.09.019"
  24. Ravindra, Khaiwal; Mor, Suman; Kaushik, C. P. (2003).""Short-term variation in air quality associated with firework events: A case study"Journal of Enviromental Monitoring 5 (2): 260–4. "doi: 10.1039/B211943A" "PMID: 12729265"
  25. Steinhauser, Georg; Sterba, Johannes H.; Foster, Michaela; Grass, Friedrich; Bichler, Max (2008). "Heavy metals from pyrotechnics in New Years Eve snow". Atmospheric Environment 42 (37): 8616. "doi:10.1016/j.atmosenv.2008.08.023"
Keemiliste elementide perioodilisussüsteem
Metallid Poolmetallid Väärisgaasid Mittemetallid Leelismetallid Leelismuldmetallid Lantanoidid Aktinoidid
Kaltsium - Strontsium - Baarium - Raadium