استرانسیوم (Sr) یک عنصر شیمیایی، فلز قلیایی خاکی از گروه دوم جدول تناوبی است. استفاده در چراغ های سیگنال قرمز و فسفر، یک خطر بزرگ برای سلامتی در آلودگی رادیواکتیو است.
تاریخچه کشف
مواد معدنی از معدن سرب در نزدیکی روستای Strontian در اسکاتلند. در ابتدا به عنوان انواع کربنات باریم شناخته می شد، اما آدایر کرافورد و ویلیام کرویکشانک در سال 1789 پیشنهاد کردند که این ماده متفاوت است. شیمیدان توماس چارلز هوپ کانی جدید استرونتیت را به نام دهکده و اکسید استرانسیوم SrO مربوطه را استرانسیوم نامید. این فلز در سال 1808 توسط سر همفری دیوی، که مخلوطی از هیدروکسید یا کلرید مرطوب را با اکسید جیوه با استفاده از کاتد جیوه الکترولیز کرد و سپس جیوه حاصل از آمالگام را تبخیر کرد، جدا شد. او عنصر جدید را با استفاده از ریشه کلمه "استرانسیوم" نامگذاری کرد.
بودن در طبیعت
فراوانی نسبی استرانسیم، سی و هشتمین عنصر جدول تناوبی، در فضا به ازای هر 106 اتم سیلیکون، 18.9 اتم تخمین زده می شود. در مورد است0.04 درصد از جرم پوسته زمین. میانگین غلظت عنصر در آب دریا 8 میلی گرم در لیتر است.
عنصر شیمیایی استرانسیم به طور گسترده در طبیعت یافت می شود و تخمین زده می شود که پانزدهمین ماده فراوان روی زمین است که غلظت آن به 360 قسمت در میلیون می رسد. با توجه به واکنش شدید آن، فقط به شکل ترکیبات وجود دارد. مواد معدنی اصلی آن سلستین (سولفات SrSO4) و استرونتینیت (کربنات SrCO3) هستند. از این میان، سلستیت به مقدار کافی برای استخراج سودآور وجود دارد که بیش از 2/3 عرضه جهانی آن از چین است و اسپانیا و مکزیک بیشتر مابقی را تامین می کنند. با این حال، استخراج استرونتینیت سودآورتر است، زیرا استرانسیوم بیشتر به شکل کربناته استفاده می شود، اما ذخایر نسبتا کمی شناخته شده است.
خواص
استرانسیوم فلزی نرم شبیه سرب است که هنگام برش مانند نقره می درخشد. در هوا، به سرعت با اکسیژن و رطوبت موجود در اتمسفر واکنش نشان می دهد و رنگ مایل به زردی پیدا می کند. بنابراین، باید جدا از توده های هوا ذخیره شود. اغلب در نفت سفید ذخیره می شود. در حالت آزاد در طبیعت رخ نمی دهد. همراه با کلسیم، استرانسیم تنها در 2 کانه اصلی موجود است: سلستیت (SrSO4) و استرونتیانیت (SrCO3).
در سری عناصر شیمیایی منیزیم-کلسیم-استرونسیم (فلزات قلیایی خاکی) Sr در گروه 2 (2A سابق) جدول تناوبی بین Ca و Ba قرار دارد. علاوه بر این، در دوره پنجم بین روبیدیم و ایتریم قرار دارد. از آنجایی که شعاع اتمی استرانسیوم استمشابه شعاع کلسیم، در مواد معدنی به راحتی جایگزین کلسیم می شود. اما در آب نرمتر و واکنش پذیرتر است. در تماس هیدروکسید و گاز هیدروژن تشکیل می دهد. 3 آلوتروپ استرانسیم با نقاط انتقال 235 درجه سانتی گراد و 540 درجه سانتی گراد شناخته شده است.
فلز قلیایی خاکی معمولاً با نیتروژن کمتر از 380 درجه سانتیگراد واکنش نشان نمی دهد و در دمای اتاق فقط یک اکسید تشکیل می دهد. با این حال، به شکل پودر، استرانسیوم به طور خود به خود مشتعل می شود و اکسید و نیترید تشکیل می دهد.
خواص شیمیایی و فیزیکی
ویژگی عنصر شیمیایی استرانسیوم طبق برنامه:
- نام، نماد، عدد اتمی: استرانسیوم، Sr، 38.
- گروه، دوره، بلوک: 2، 5، s.
- جرم اتمی: 87.62 گرم در مول.
- E-config: [Kr]5s2.
- توزیع الکترونها در پوسته: 2، 8، 18، 8، 2.
- جنسیت: 2.64g/cm3.
- نقطه ذوب و جوش: 777 درجه سانتی گراد، 1382 درجه سانتی گراد.
- وضعیت اکسیداسیون: 2.
ایزوتوپ
استرانسیوم طبیعی مخلوطی از 4 ایزوتوپ پایدار است: 88Sr (82.6%)، 86Sr (9، 9%) ، 87Sr (7.0%) و 84Sr (0.56٪). از این میان، فقط 87Sr رادیوژنیک است - از فروپاشی ایزوتوپ رادیواکتیو روبیدیم 87Rb با نیمه عمر 4.88 تشکیل می شود. × 10 10 سال. اعتقاد بر این است که 87Sr در طول "نوکلئوسنتز اولیه" (مرحله اولیه انفجار بزرگ) همراه با ایزوتوپ های 84Sr،تولید شده است. 86 Sr و 88Sr. بسته بهدر مکان‌ها، نسبت 87Sr و 86Sr ممکن است بیش از ۵ برابر متفاوت باشد. این در قدمت گذاری نمونه های زمین شناسی و در تعیین منشاء اسکلت ها و مصنوعات رسی استفاده می شود.
در نتیجه واکنش های هسته ای، حدود 16 ایزوتوپ رادیواکتیو مصنوعی استرانسیم به دست آمد که بادوام ترین آنها 90Sr (نیمه عمر 28.9 سال) است. این ایزوتوپ که در یک انفجار هسته ای تولید می شود، خطرناک ترین محصول فروپاشی در نظر گرفته می شود. به دلیل شباهت شیمیایی آن به کلسیم، جذب استخوان ها و دندان ها می شود و از آنجا به دفع الکترون ها ادامه می دهد و باعث آسیب تشعشع، آسیب مغز استخوان، اختلال در تشکیل سلول های خونی جدید و ایجاد سرطان می شود..
با این حال، تحت شرایط کنترل شده پزشکی، استرانسیم برای درمان برخی از بدخیمی های سطحی و سرطان استخوان استفاده می شود. همچنین به شکل فلوراید استرانسیم در منابع جریان شیمیایی و در ژنراتورهای ترموالکتریک رادیو ایزوتوپی استفاده می شود که گرمای واپاشی رادیواکتیو آن را به الکتریسیته تبدیل می کند و به عنوان منابع انرژی با عمر طولانی و سبک وزن در شناورهای ناوبری، ایستگاه های هواشناسی از راه دور و فضاپیماها استفاده می شود.
89Sr برای درمان سرطان استفاده می شود زیرا به بافت استخوان حمله می کند، تشعشع بتا تولید می کند و پس از چند ماه (نیمه عمر 51 روز) پوسیدگی می کند..
عنصر شیمیایی استرانسیم برای اشکال حیاتی بالاتر ضروری نیست، نمک های آن معمولاً غیر سمی هستند. چه چیزی باعث می شود90Sr خطرناک است که برای افزایش تراکم و رشد استخوان استفاده می شود.
اتصالات
خواص عنصر شیمیایی استرانسیوم بسیار شبیه به کلسیم است. در ترکیبات، Sr دارای حالت اکسیداسیون انحصاری +2 به عنوان یون Sr2+ است. این فلز یک عامل کاهنده فعال است و به راحتی با هالوژن، اکسیژن و گوگرد واکنش می دهد و هالید، اکسید و سولفید تولید می کند.
ترکیبات استرانسیوم ارزش تجاری نسبتاً محدودی دارند، زیرا ترکیبات کلسیم و باریم مربوطه معمولاً همین کار را می کنند اما ارزان تر هستند. با این حال، برخی از آنها در صنعت کاربرد پیدا کرده اند. هنوز مشخص نشده است که با چه موادی می توان به رنگ زرشکی در آتش بازی و چراغ های سیگنال دست یافت. در حال حاضر تنها از نمک های استرانسیوم مانند Sr(NO3)2 و کلرات Sr(ClO) برای دستیابی به این رنگ استفاده می شود.3)2 . حدود 5 تا 10 درصد از کل تولید این عنصر شیمیایی توسط مواد آتش‌زی مصرف می‌شود. هیدروکسید استرانسیوم Sr(OH)2 گاهی اوقات برای استخراج قند از ملاس استفاده می شود زیرا یک ساکارید محلول را تشکیل می دهد که قند را می توان به راحتی با اثر دی اکسید کربن بازسازی کرد. SrS monosulfide به عنوان یک عامل موبر و یک عنصر در فسفر دستگاه های الکترولومینسانس و رنگ های درخشان استفاده می شود.
فریت های استرانسیوم خانواده ای از ترکیبات با فرمول کلی SrFexOy را تشکیل می دهند که در نتیجه دمای بالا (1000-1300 درجه سانتیگراد) واکنش SrCO3 وFe2O3. از آنها برای ساخت آهنرباهای سرامیکی استفاده می شود که به طور گسترده در بلندگوها، موتورهای برف پاک کن شیشه اتومبیل و اسباب بازی های کودکان استفاده می شود.
تولید
اکثر سلستیت های معدنی SrSO4 به دو روش به کربنات تبدیل می شوند: یا مستقیماً با محلول کربنات سدیم شسته می شوند یا با زغال سنگ گرم می شوند تا سولفید تشکیل شود. در مرحله دوم، یک ماده تیره رنگ به دست می آید که عمدتاً حاوی سولفید استرانسیم است. این "خاکستر سیاه" در آب حل می شود و فیلتر می شود. کربنات استرانسیم از محلول سولفید با وارد کردن دی اکسید کربن رسوب می کند. سولفات با احیای کربوترمال به سولفید کاهش می یابد SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. سلول را می توان با تماس الکتروشیمیایی کاتدی تولید کرد، که در آن یک میله آهنی خنک شده، که به عنوان کاتد عمل می کند، سطح مخلوطی از پتاسیم و کلرید استرانسیم را لمس می کند و زمانی که استرانسیم روی آن جامد می شود، بالا می رود. واکنش های روی الکترودها را می توان به صورت زیر نشان داد: Sr2+ + 2e- → Sr (کاتد). 2Cl- → Cl2 + 2e- (آند).
Metallic Sr را نیز می توان از اکسید آن با آلومینیوم بازیابی کرد. چکش خوار و انعطاف پذیر است، رسانای خوبی برای الکتریسیته است، اما نسبتاً کم استفاده می شود. یکی از کاربردهای آن به عنوان عامل آلیاژی برای آلومینیوم یا منیزیم در ریخته گری بلوک های سیلندر است. استرانسیوم ماشین کاری و مقاومت در برابر خزش را بهبود می بخشدفلز. یک راه جایگزین برای به دست آوردن استرانسیم، کاهش اکسید آن با آلومینیوم در خلاء در دمای تقطیر است.
استفاده تجاری
عنصر شیمیایی استرانسیوم به طور گسترده ای در شیشه ای از لوله های پرتو کاتدی تلویزیون رنگی برای جلوگیری از نفوذ اشعه ایکس استفاده می شود. همچنین می توان از آن در رنگ های اسپری استفاده کرد. به نظر می رسد این یکی از محتمل ترین منابع مواجهه عمومی با استرانسیوم باشد. علاوه بر این، این عنصر برای تولید آهنرباهای فریت و پالایش روی استفاده می شود.
نمک‌های استرانسیوم در مواد آتش‌زی مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا هنگام سوختن شعله را قرمز می‌کنند. و آلیاژی از نمک های استرانسیوم با منیزیم به عنوان بخشی از مخلوط های آتش زا و سیگنال استفاده می شود.
تیتانات دارای ضریب شکست بسیار بالا و پراکندگی نوری است که آن را در اپتیک مفید می کند. می توان از آن به عنوان جایگزینی برای الماس استفاده کرد، اما به دلیل نرمی بسیار زیاد و آسیب پذیری آن در برابر خراش، به ندرت برای این منظور استفاده می شود.
آلومینات استرانسیوم یک فسفر روشن با پایداری فسفرسانس طولانی مدت است. گاهی اوقات از اکسید برای بهبود کیفیت لعاب سرامیکی استفاده می شود. ایزوتوپ 90Sr یکی از بهترین ساطع کننده های بتا پر انرژی با عمر طولانی است. این به عنوان منبع انرژی برای ژنراتورهای ترموالکتریک رادیو ایزوتوپی (RTG) استفاده می شود که گرمای آزاد شده در طول تجزیه عناصر رادیواکتیو را به الکتریسیته تبدیل می کند. این دستگاه ها درفضاپیما، ایستگاه‌های هواشناسی از راه دور، شناورهای ناوبری، و غیره - جایی که به یک منبع انرژی هسته‌ای سبک و با عمر طولانی نیاز است.
استفاده پزشکی از استرانسیم: توصیف خواص، درمان با دارو
ایزوتوپ 89Sr ماده فعال داروی رادیواکتیو متاسترون است که برای درمان درد استخوان ناشی از سرطان پروستات متاستاتیک استفاده می شود. عنصر شیمیایی استرانسیم مانند کلسیم عمل می کند، عمدتاً در مکان هایی با افزایش استخوان زایی در استخوان قرار می گیرد. این محلی سازی اثر تشعشع را روی ضایعه سرطانی متمرکز می کند.
رادیوایزوتوپ 90Sr نیز در درمان سرطان استفاده می شود. تابش بتا و نیمه عمر طولانی آن برای پرتودرمانی سطحی ایده آل است.
یک داروی تجربی ساخته شده از ترکیب استرانسیوم با اسید رانلیک باعث رشد استخوان، افزایش تراکم استخوان و کاهش شکستگی می شود. استرونیوم رانلات در اروپا به عنوان یک درمان برای پوکی استخوان ثبت شده است.
کلرید استرانسیوم گاهی اوقات در خمیردندان های دندان های حساس استفاده می شود. محتوای آن به 10% می رسد.
احتیاطات
استرانسیوم خالص دارای فعالیت شیمیایی بالایی است و در حالت له شده، فلز خود به خود مشتعل می شود. بنابراین، این عنصر شیمیایی یک خطر آتش سوزی در نظر گرفته می شود.
تاثیر بر بدن انسان
بدن انسان استرانسیوم را همانند کلسیم جذب می کند. این دوعناصر از نظر شیمیایی به قدری مشابه هستند که اشکال پایدار Sr خطر قابل توجهی برای سلامتی ایجاد نمی کند. در مقابل، ایزوتوپ رادیواکتیو 90Sr می تواند منجر به اختلالات و بیماری های استخوانی از جمله سرطان استخوان شود. واحد استرانسیم برای اندازه گیری تابش جذب شده 90Sr. استفاده می شود.
