STRONTIUM: GESCHIEDENIS, STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, REACTIES EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2026

Het strontium is een aardalkalimetaal waarvan het chemische symbool Mr.Freshly gesneden is, wit is met een zilverachtige glans, maar bij blootstelling aan lucht oxideert en een gelige kleur krijgt. Daarom moet het tijdens opslag tegen zuurstof worden beschermd.

Strontium wordt uit zijn aderen gewonnen in de vorm van de mineralen celestiet of celestien (SrSO ₄ ) en strontianiet (SrCO ₃ ). Celestiet is echter de belangrijkste vorm waarin strontiumwinning plaatsvindt, omdat de afzettingen zich in sedimentaire bodems en in combinatie met zwavel bevinden.

Metallisch strontiummonster beschermd door een argonatmosfeer. Bron: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivatief werk: materiaalwetenschapper

Celestiet komt voor in de vorm van ruitvormige kristallen, het is meestal kleurloos, glasachtig en transparant. Hoewel strontium op deze manier wordt gewonnen, moet het worden omgezet in zijn respectievelijke carbonaat, waaruit het uiteindelijk wordt gereduceerd.

In 1790 werd strontium door Adair Crawford en William Cruickshank geïdentificeerd als een nieuw element in een mineraal uit een loodmijn nabij de stad Strontion in Argyll, Schotland. Strontium werd in 1807 geïsoleerd door Humphry Davy, door middel van elektrolyse.

Strontium is een kneedbaar, taai metaal en een goede geleider van elektriciteit; maar het heeft weinig industrieel en commercieel gebruik. Een van de toepassingen is de vorming van legeringen met aluminium en magnesium, waardoor de hantering en vloeibaarheid van deze metalen wordt verbeterd.

In het periodiek systeem bevindt strontium zich in groep 2, tussen calcium en barium, waarbij wordt geconstateerd dat sommige van zijn fysische eigenschappen, zoals dichtheid, smeltpunt en hardheid, tussenliggende waarden hebben in verhouding tot die getoond voor calcium en barium.

Strontium komt in de natuur voor als vier stabiele isotopen: ⁸⁸ Sr met 0,82,6% abundantie; de ⁸⁶ Sr, met 9,9% overvloed; de ⁸⁷ Sr, met 7,0% overvloed; en ⁸⁴ Sr, met 0,56% overvloed.

⁹⁰ Sr is een radioactieve isotoop die de meest schadelijke component vormt van radioactieve neerslag, een product van nucleaire explosies en lekken uit kernreactoren, aangezien de isotoop door de gelijkenis tussen calcium en strontium in botten wordt opgenomen , waardoor botkanker en leukemie ontstaat.

Geschiedenis

Een mineraal uit een loodmijn nabij het dorp Strontian in Argyll, Schotland, werd bestudeerd. Het werd oorspronkelijk geïdentificeerd als een soort bariumcarbonaat. Maar Adair Crawford en William Cruickshank merkten in 1789 op dat de onderzochte stof een andere stof was.

Chemicus Thomas Charles Hope noemde het nieuwe mineraal strontiet, en de overeenkomstige 'aarde' (strontiumoxide, SrO) noemde het strontia.

In 1790 verbrandden Crawford en Cruickshank de bestudeerde substantie en zagen dat de vlam karmozijnrood van kleur was, anders dan de vlammen die tot dan toe in bekende elementen werden waargenomen. Ze concludeerden dat ze voor een nieuw element stonden.

In 1808, Sir William Humphry Davy, onderworpen aan elektrolyse een nat mengsel van hydroxide of chloride van strontium met oxide van kwik, met behulp van een kathode van kwik. Vervolgens werd het kwik uit het gevormde amalgaam verdampt, waardoor het strontium vrij bleef.

Davy noemde het geïsoleerde element strontium (strontium).

Structuur en elektronenconfiguratie van strontium

Metallisch strontium kristalliseert bij kamertemperatuur tot een vlak gecentreerde kubische (fcc) structuur.

In deze structuur bevinden de Sr-atomen zich op de hoekpunten en op de kubusvlakken van de eenheidscel. Het is relatief dichter dan andere structuren (zoals kubiek of bcc) omdat het in totaal vier atomen van Mr.

De Sr-atomen blijven verenigd dankzij de metaalbinding, het product van de overlapping van hun atomaire valentie-orbitalen in alle richtingen binnen het kristal. Deze orbitaal is de 5s, die volgens de elektronische configuratie twee elektronen heeft:

5s ²

En zo ontstaan ​​een volledige 5s-band en een 5p-geleidingsband (bandtheorie).

Met betrekking tot andere metallische fasen is er niet veel bibliografische informatie, hoewel het zeker is dat hun kristallen transformaties ondergaan wanneer ze aan hoge drukken worden blootgesteld.

Oxidatienummers

Strontium heeft, net als andere metalen, een sterke neiging om zijn valentie-elektronen te verliezen; Dit zijn de twee elektronen van de 5s-orbitaal. Aldus worden de Sr-atomen omgezet in de tweewaardige Sr ²⁺ -kationen (M ²⁺ , net als de rest van de aardalkalimetalen), iso-elektronisch naar het edelgaskrypton. Strontium zou dan een oxidatiegetal hebben van +2.

Wanneer in plaats van twee elektronen te verliezen, het slechts één verliest, wordt het Sr ⁺ kation gevormd ; en daarom is het oxidatiegetal +1. Sr ⁺ is zeldzaam in verbindingen die zijn afgeleid van strontium.

Eigendommen

Verschijning

Zilverachtig wit met metaalglans, met een lichtgele tint.

Molaire massa

87,62 g / mol.

Smeltpunt

777 ° C.

Kookpunt

1.377 ° C.

Dichtheid

-Omgevingstemperatuur: 2,64 g / cm ³

-Vloeibare toestand (smeltpunt): 2,375 g / cm ³

Oplosbaarheid

Oplosbaar in alcohol en zuren. Het is niet oplosbaar in water, aangezien het er sterk mee reageert.

Warmte van fusie

7,43 kJ / mol.

Warmte van verdamping

141 kJ / mol.

Thermische molaire capaciteit

26,4 J / (mol · K).

Elektronegativiteit

0,95 op de schaal van Pauling.

Ionisatieenergie

Eerste ionisatieniveau: 549,5 kJ / mol.

Tweede ionisatieniveau: 1.064,2 kJ / mol.

Derde ionisatieniveau: 4.138 kJ / mol.

Atomaire radio

Empirisch 215 uur.

Covalente straal

195 ± 22 uur.

Thermische uitzetting

22,5 µm / (m · K) bij 25 ° C.

Warmtegeleiding

35,4 W / (mK).

Elektrische weerstand

132 nΩ · m bij 20 ° C.

Hardheid

1.5 op de schaal van Mohs.

Brandpotentieel

Strontium brandt spontaan in lucht wanneer het fijn verdeeld is. Bovendien ontsteekt het bij verhitting boven het smeltpunt en kan het een explosiegevaar zijn bij blootstelling aan de hitte van een vlam.

Opslag

Om oxidatie van het strontium te voorkomen, wordt aanbevolen om het ondergedompeld in kerosine of nafta op te slaan. Strontium moet op een koele, goed geventileerde plaats worden bewaard, uit de buurt van organische en andere gemakkelijk geoxideerde materialen.

Nomenclatuur

Omdat oxidatiegetal +1 niet zo gebruikelijk is, wordt aangenomen dat er alleen +2 bestaat voor vereenvoudiging van de nomenclatuur rond strontiumverbindingen. Daarom wordt in de voorraadnomenclatuur de (II) aan het einde van de namen genegeerd; en in de traditionele nomenclatuur eindigen ze altijd met het achtervoegsel -ico.

SrO is bijvoorbeeld strontiumoxide of tinoxide, volgens respectievelijk voorraad- en traditionele nomenclaturen.

Vormen

Vanwege zijn grote reactiviteit lijkt metallisch strontium niet geïsoleerd in de natuur. Het kan echter worden gevonden in zijn elementaire toestand beschermd tegen zuurstof, door onderdompeling in kerosine of in een atmosfeer van inerte gassen (zoals edelgassen).

Het wordt ook gevonden om legeringen te vormen met aluminium en magnesium, evenals een aggregaat tot een legering van tin en lood. Strontium wordt gevonden in ionische vorm (Sr ²⁺ ) opgelost in bodem of zeewater, enz.

Spreken over strontium betekent daarom verwijzen naar de Sr ²⁺ kationen (en in mindere mate Sr ⁺ ).

Het kan ook in ionische vorm interageren met andere elementen om zouten of andere chemische verbindingen te vormen; zoals strontiumchloride, carbonaat, sulfaat, sulfide, etc.

Strontium komt voornamelijk voor in twee mineralen: celestiet of celestien (SrSO ₄ ) en strontiet (SrCO ₃ ). Celestiet is de belangrijkste bron van winning van strontium.

Strontium heeft 4 natuurlijke isotopen, waarvan er één in grotere hoeveelheden wordt aangetroffen, ^{88 is} . Evenzo zijn er talloze radioactieve isotopen, kunstmatig geproduceerd in kernreactoren.

Biologische rol

Er is geen biologische rol bekend voor strontium bij gewervelde dieren. Vanwege zijn gelijkenis met calcium kan het het in botweefsel vervangen; dat wil zeggen, Sr ²⁺ verplaatst Ca ²⁺ . Maar de verhouding tussen strontium en calcium in bot ligt tussen 1 / 1.000 en 1 / 2.000; dat wil zeggen extreem laag.

Daarom mag strontium geen natuurlijke biologische functie in de botten vervullen.

Strontiumranelaat is gebruikt bij de behandeling van osteoporose, omdat het verharding van de botten veroorzaakt; maar in elk geval is dit een therapeutische actie.

Een van de weinige voorbeelden van een biologische functie van strontium komt voor in Acantharea, een radiolair protozoa met een skelet met de aanwezigheid van strontium.

Waar te vinden en productie

Celestietkristal, een mineralogische bron van strontium. Bron: Aram Dulyan (gebruiker: Aramgutang)

Strontium wordt gevonden in ongeveer 0,034% van alle stollingsgesteenten. Er zijn echter slechts twee mineralen: celestiet of celestien, die worden aangetroffen in afzettingen met een aanzienlijk strontiumgehalte.

Van de twee belangrijke mineralen strontium wordt alleen celestiet in voldoende hoeveelheden in sedimentaire afzettingen aangetroffen om faciliteiten te creëren om strontium te winnen.

Strationiet is nuttiger dan celestiet, aangezien het meeste strontium wordt geproduceerd in de vorm van strontiumcarbonaat; maar er zijn nauwelijks afzettingen gevonden die duurzame mijnbouw mogelijk maken.

Het strontiumgehalte in zeewater ligt tussen 82 en 90 µmol / L, een veel lagere concentratie dan die van calcium, tussen 9,6 en 11 mmol / L.

Bijna alle mijnbouw is gebaseerd op celestietafzettingen, aangezien strontianietaders schaars zijn en niet erg winstgevend voor de winning van strontium daaruit. Desondanks wordt het meeste strontium geproduceerd in de vorm van strontiumcarbonaat.

Pidgeon-methode

Celestiet wordt verbrand in aanwezigheid van steenkool om strontiumsulfaat om te zetten in strontiumsulfide. In de tweede fase wordt het donkere materiaal dat strontiumsulfide bevat opgelost in water en gefiltreerd.

Vervolgens wordt de strontiumsulfide-oplossing behandeld met kooldioxide om neerslag van het strontiumcarbonaat te produceren.

Strontium kan worden geïsoleerd met een variant van de Pidgeon-methode. De reactie van strontiumoxide en aluminium vindt plaats in een vacuüm, waar het strontium wordt omgezet in gas en door de productieretort naar de condensors wordt getransporteerd, waar het als een vaste stof neerslaat.

Elektrolyse

Strontium kan worden verkregen in de vorm van staven door de methode van contactkathode-elektrolyse. Bij deze procedure komt een gekoelde ijzeren staaf die als kathode fungeert, in contact met het oppervlak van een gesmolten mengsel van kaliumchloride en strontiumchloride.

Terwijl het strontium stolt op de kathode (ijzeren staaf), stijgt de staaf.

Reacties

Met chalcogenen en halogenen

Strontium is een actief reducerend metaal en reageert met halogenen, zuurstof en zwavel om respectievelijk halogeniden, oxiden en zwavel te produceren. Strontium is een zilverachtig metaal, maar oxideert tot strontiumoxide bij blootstelling aan lucht:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Het oxide vormt een donkere laag op het oppervlak van het metaal. Terwijl de reactie met chloor en zwavel als volgt is:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Strontium reageert met gesmolten zwavel.

Met de lucht

Het kan combineren met zuurstof om strontiumperoxide te vormen; maar het vereist een hoge zuurstofdruk voor zijn vorming. Het kan ook reageren met stikstof om strontiumnitride te produceren:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

De temperatuur moet echter hoger zijn dan 380 ° C om de reactie te laten plaatsvinden.

Met het water

Strontium kan heftig reageren met water om strontiumhydroxide, Sr (OH) ₂ en waterstofgas te vormen. De reactie tussen strontium en water heeft niet het geweld dat wordt waargenomen in de reactie tussen alkalimetalen en water, evenals die waargenomen in het geval van barium.

Met zuren en waterstof

Strontium kan reageren met zwavelzuur en salpeterzuur om respectievelijk strontiumsulfaat en nitraat te vormen. Het combineert ook heet met waterstof om strontiumhydride te vormen.

Strontium heeft, net als andere zware elementen in het s-blok van het periodiek systeem, een breed scala aan coördinatiegetallen; zoals 2, 3, 4, 22 en 24, te zien in bijvoorbeeld verbindingen als SrCd ₁₁ en SrZn ₁₃ .

Toepassingen

- Elementair strontium

Legeringen

Het wordt gebruikt als een eutectische modificator om de sterkte en ductiliteit van Al-Ag-legering te verbeteren. Het wordt gebruikt als inoculant in nodulair gietijzer om de vorming van grafiet te beheersen. Het wordt ook toegevoegd aan tin- en loodlegeringen om taaiheid en ductiliteit toe te voegen.

Bovendien wordt het gebruikt als desoxidatiemiddel voor koper en brons. Een kleine hoeveelheid strontium wordt toegevoegd aan gesmolten aluminium om de smeltbaarheid van het metaal te optimaliseren, waardoor het geschikter wordt voor het maken van objecten die traditioneel van staal zijn gemaakt.

Het is een legeringsmiddel voor aluminium of magnesium dat wordt gebruikt bij het gieten van motorblokken en wielen. Strontium verbetert de hantering en vloeibaarheid van het metaal waaraan het is gelegeerd.

Isotopen

Ondanks zijn schadelijke werking wordt ⁹⁰ Sr gebruikt als een thermo-elektrische generator, waarbij de warmte-energie van de straling wordt gebruikt om langdurige elektriciteit te produceren, met toepassing in ruimtevoertuigen, afgelegen onderzoeksstations en navigatieboeien.

De ⁸⁹ Sr is gebruikt bij de behandeling van botkanker, waarbij het type radioactieve emissie β wordt gebruikt voor de vernietiging van tumorcellen.

Het strontiumatoom is gebruikt om een ​​systeem voor het meten van de tijd op te zetten, dat amper een seconde achterloopt op 200 miljoen jaar. Dat maakt het het meest nauwkeurige horloge.

- Verbindingen

Carbonaat

Ferrieten en magneten

Strontiumcarbonaat (SrCO ₃ ) reageert met ijzeroxide (Fe ₂ O ₃ ) bij een temperatuur tussen 1.000 en 1.300 ºC om een ​​strontiumferriet te vormen. Deze familie van ferrieten heeft een algemene formule SrFe _x O ₄ .

Keramische magneten zijn gemaakt van ferrieten en worden in verschillende toepassingen gebruikt. Onder hen: vervaardiging van luidsprekers, motoren voor ruitenwissers voor auto's en in speelgoed voor kinderen.

Strontiumcarbonaat wordt ook gebruikt bij de productie van glas voor televisieschermen en beeldschermen.

Bril

Naast het verbeteren van de eigenschappen van glas voor liquid crystal displays (LCD), wordt het ook gebruikt bij het glazuren van keramiek, waardoor de weerstand tegen krassen en bellenvorming tijdens het bakken wordt versterkt.

Het wordt gebruikt bij de productie van glas dat kan worden gebruikt in optica, glaswerk en verlichting. Het maakt ook deel uit van glasvezel en laboratorium- en farmaceutische glazen, omdat het de hardheid en krasvastheid verhoogt, evenals de helderheid.

Productie van metalen en zouten

Het wordt gebruikt om zink van hoge zuiverheid te verkrijgen, omdat het bijdraagt ​​aan de eliminatie van loodverontreinigingen. Het helpt bij de productie van strontiumchromaat, een verbinding die wordt gebruikt als corrosieremmer in drukverf.

Afvalwater en fosforescerende lampen

Het wordt gebruikt bij de behandeling van afvalwater voor de verwijdering van sulfaat. Bovendien wordt het gebruikt bij de productie van orthofosforzuur, dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van fluorescentielampen.

Pyrotechniek

Strontiumcarbonaat wordt, net als andere strontiumzouten, in vuurwerk gebruikt om het een karmozijnrode kleur te geven. Een vlek die ook wordt gebruikt bij strontiumtesten.

Hydroxide

Het wordt gebruikt bij de extractie van suiker uit bieten, omdat strontiumhydroxide wordt gecombineerd met suiker om een ​​complexe saccharide te produceren. Het complex kan worden gescheiden door de werking van kooldioxide, waardoor de suikervrij blijft. Het wordt ook gebruikt bij het stabiliseren van plastic.

Oxyde

Het is aanwezig in het glas dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van een televisiebeeldbuis, waarmee deze toepassing begon in 1970. Kleurentelevisies, evenals andere apparaten die kathodestralen bevatten, moeten strontium in de voorplaat gebruiken om te stoppen Röntgenstralen.

Deze televisies zijn niet meer in gebruik, omdat kathodebuizen zijn vervangen door andere apparaten, waardoor het gebruik van strontiumverbindingen niet nodig is.

Aan de andere kant wordt strontiumoxide gebruikt om de kwaliteit van keramische glazuren te verbeteren.

Chloride

Strontiumchloride wordt in sommige tandpasta's gebruikt voor gevoelige tanden en bij het maken van vuurwerk. Bovendien wordt het in beperkte mate gebruikt voor het verwijderen van ongewenste gassen in vacuümvaten.

Ranelate

Het wordt gebruikt bij de behandeling van osteoporose, omdat het de botdichtheid verhoogt en de incidentie van fracturen vermindert. Topisch toegepast, remt het sensorische irritatie. Het gebruik ervan is echter afgenomen vanwege het bewijs dat het de incidentie van hart- en vaatziekten verhoogt.

Aluminaat

Het wordt gebruikt als doteerstof in de elektronica-industrie. Het wordt ook vaak gebruikt om bepaald speelgoed in het donker te laten gloeien, aangezien het een chemisch en biologisch inerte verbinding is.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Strontium. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Strontium. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
4. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Strontium. PubChem-database. CID = 5359327. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20 mei 2013). Feiten over strontium. Hersteld van: livescience.com
6. Dr. Doug Stewart. (2019). Feiten over strontium-elementen. Hersteld van: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 juli 2019). Strontiumfeiten (atoomnummer 38 of Sr). Hersteld van: thoughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Strontium. Hersteld van: lenntech.com