STRONTIUM: GESCHICHTE, STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, REAKTIONEN UND VERWENDUNGEN - CHEMIE - 2025

Das Strontium ist ein Erdalkalimetall, dessen chemisches Symbol Mr. Freshly Cut ist. Es ist weiß mit einem silbrigen Schimmer, oxidiert jedoch an der Luft und nimmt eine gelbliche Farbe an. Aus diesem Grund muss es während der Lagerung vor Sauerstoff geschützt werden.

Strontium wird aus seinen Venen in Form der Mineralien Celestit oder Celestin (SrSO ₄ ) und Strontianit (SrCO ₃ ) extrahiert . Celestit ist jedoch die Hauptform des Strontiumabbaus, da sich seine Ablagerungen in Sedimentböden und in Verbindung mit Schwefel befinden.

Metallische Strontiumprobe, geschützt durch eine Argonatmosphäre. Quelle: Strontium unter Argon Schutzgas Aktivierung.jpg Matthias Zepperderivative Arbeit: Materialwissenschaftler

Celestit kommt in Form von rhombischen Kristallen vor, es ist normalerweise farblos, glasartig und transparent. Obwohl Strontium auf diese Weise extrahiert wird, muss es in sein jeweiliges Carbonat umgewandelt werden, aus dem es schließlich reduziert wird.

Im Jahr 1790 wurde Strontium von Adair Crawford und William Cruickshank als neues Element in einem Mineral aus einer Bleimine in der Nähe der Stadt Strontion in Argyll, Schottland, identifiziert. Strontium wurde 1807 von Humphry Davy durch Elektrolyse isoliert.

Strontium ist ein formbares, duktiles Metall und ein guter Stromleiter. aber es hat wenig industrielle und kommerzielle Verwendung. Eine seiner Anwendungen ist die Bildung von Legierungen mit Aluminium und Magnesium, wodurch das Handling und die Fließfähigkeit dieser Metalle verbessert werden.

Im Periodensystem befindet sich Strontium in Gruppe 2 zwischen Calcium und Barium und stellt fest, dass einige seiner physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Schmelzpunkt und Härte Zwischenwerte in Bezug auf die für gezeigten aufweisen Kalzium und Barium.

Strontium kommt in der Natur als vier stabile Isotope vor: ⁸⁸ Sr mit einer Häufigkeit von 0,82,6%; die ⁸⁶ Sr mit 9,9% Häufigkeit; die ⁸⁷ Sr mit 7,0% Häufigkeit; und ⁸⁴ Sr mit einer Häufigkeit von 0,56%.

⁹⁰ Sr ist ein radioaktives Isotop, das die schädlichste Komponente des radioaktiven Ausfalls darstellt, ein Produkt von nuklearen Explosionen und Leckagen aus Kernreaktoren, da das Isotop aufgrund der Ähnlichkeit zwischen Calcium und Strontium in Knochen eingebaut wird , Knochenkrebs und Leukämie.

Geschichte

Ein Mineral aus einer Bleimine in der Nähe des Dorfes Strontian in Argyll, Schottland, wurde untersucht. Es wurde ursprünglich als eine Art Bariumcarbonat identifiziert. Adair Crawford und William Cruickshank stellten 1789 fest, dass es sich bei der untersuchten Substanz um eine andere handelt.

Der Chemiker Thomas Charles Hope nannte das neue Mineral Strontit und die entsprechende „Erde“ (Strontiumoxid, SrO) Strontia.

Im Jahr 1790 verbrannten Crawford und Cruickshank die untersuchte Substanz und stellten fest, dass die Flamme eine purpurrote Farbe hatte, die sich von den bis dahin in bekannten Elementen beobachteten Flammen unterschied. Sie kamen zu dem Schluss, dass sie vor einem neuen Element standen.

Im Jahr 1808 wurde Sir William Humphry Davy einer Elektrolyse zu einem feuchten Gemisch aus Strontiumhydroxid oder Chloridchlorid mit Quecksilberoxid unter Verwendung einer Quecksilberkathode unterzogen. Dann wurde das Quecksilber aus dem gebildeten Amalgam verdampft, wobei das Strontium frei blieb.

Davy nannte das isolierte Element Strontium (Strontium).

Struktur und Elektronenkonfiguration von Strontium

Metallisches Strontium kristallisiert bei Raumtemperatur zu einer flächenzentrierten kubischen (fcc) Struktur.

In dieser Struktur befinden sich die Sr-Atome an den Eckpunkten und auf den Würfelflächen der Einheitszelle. Es ist relativ dichter als andere Strukturen (wie kubisch oder bcc), da es insgesamt vier Atome von Mr.

Die Sr-Atome bleiben dank der metallischen Bindung, die sich aus der Überlappung ihrer Atomvalenzorbitale in alle Richtungen innerhalb des Kristalls ergibt, vereint. Dieses Orbital ist das 5s, das je nach elektronischer Konfiguration zwei Elektronen hat:

5s ²

Und so entstehen ein volles 5s-Band und ein 5p-Leitungsband (Bandentheorie).

In Bezug auf andere Metallphasen gibt es nicht viele bibliografische Informationen, obwohl es sicher ist, dass ihre Kristalle Transformationen unterliegen, wenn sie hohen Drücken ausgesetzt werden.

Oxidationszahlen

Strontium neigt wie andere Metalle stark dazu, seine Valenzelektronen zu verlieren; Dies sind die beiden Elektronen des 5s-Orbitals. Somit werden die Sr-Atome in die zweiwertigen Sr ²⁺ -Kationen (M ²⁺ , wie der Rest der Erdalkalimetalle) umgewandelt, die isoelektronisch zum Edelgas Krypton sind. Strontium soll dann eine Oxidationszahl von +2 haben.

Wenn statt zwei Elektronen nur eines verloren geht, entsteht das Sr ⁺ -Kation ; und daher ist seine Oxidationszahl +1. Sr ⁺ ist in Verbindungen, die von Strontium abgeleitet sind, selten.

Eigenschaften

Aussehen

Silberweiß mit metallischem Glanz, mit einem leichten Gelbstich.

Molmasse

87,62 g / mol.

Schmelzpunkt

777 ° C.

Siedepunkt

1.377 ° C.

Dichte

Umgebungstemperatur: 2,64 g / cm ³

-Flüssiger Zustand (Schmelzpunkt): 2,375 g / cm ³

Löslichkeit

Löslich in Alkohol und Säuren. Es ist nicht wasserlöslich, da es stark damit reagiert.

Schmelzwärme

7,43 kJ / mol.

Verdampfungswärme

141 kJ / mol.

Wärmekolare Kapazität

26,4 J / (mol · K).

Elektronegativität

0,95 auf der Pauling-Skala.

Ionisationsenergie

Erster Ionisationsgrad: 549,5 kJ / mol.

Zweiter Ionisationsgrad: 1.064,2 kJ / mol.

Dritter Ionisationsgrad: 4.138 kJ / mol.

Atomradio

Empirisch 215 Uhr.

Kovalenter Radius

195 ± 22 Uhr.

Wärmeausdehnung

22,5 um / (m · K) bei 25ºC.

Wärmeleitfähigkeit

35,4 W / (mK).

Elektrischer widerstand

132 nΩ · m bei 20 ° C.

Härte

1,5 auf der Mohs-Skala.

Feuerpotential

Wenn Strontium fein verteilt ist, brennt es spontan an der Luft. Darüber hinaus entzündet es sich beim Erhitzen über den Schmelzpunkt und kann eine Explosionsgefahr darstellen, wenn es der Hitze einer Flamme ausgesetzt wird.

Lager

Um eine Oxidation des Strontiums zu vermeiden, wird empfohlen, es in Kerosin oder Naphtha getaucht aufzubewahren. Strontium sollte an einem kühlen, gut belüfteten Ort aufbewahrt werden, fern von organischen und anderen leicht oxidierbaren Materialien.

Nomenklatur

Da die Oxidationszahl +1 nicht so häufig ist, wird angenommen, dass nur +2 zur Vereinfachung der Nomenklatur um Strontiumverbindungen existiert. Deshalb wird in der Aktiennomenklatur das (II) am Ende der Namen ignoriert; und in der traditionellen Nomenklatur enden sie immer mit dem Suffix -ico.

Zum Beispiel ist SrO Strontiumoxid oder Zinnoxid, je nach Stamm- bzw. traditioneller Nomenklatur.

Formen

Metallisches Strontium erscheint aufgrund seiner hohen Reaktivität in der Natur nicht isoliert. Es kann jedoch in seinem vor Sauerstoff geschützten Elementarzustand durch Eintauchen in Kerosin oder in eine Atmosphäre von Inertgasen (wie Edelgasen) gefunden werden.

Es wird auch gefunden, Legierungen mit Aluminium und Magnesium sowie ein Aggregat zu einer Legierung aus Zinn und Blei zu bilden. Strontium liegt in ionischer Form (Sr ²⁺ ) vor, gelöst in Boden oder Meerwasser usw.

Von Strontium zu sprechen bedeutet daher, sich auf die Sr ²⁺ -Kationen (und in geringerem Maße auf Sr ⁺ ) zu beziehen .

Es kann auch in ionischer Form mit anderen Elementen unter Bildung von Salzen oder anderen chemischen Verbindungen interagieren. wie Strontiumchlorid, Carbonat, Sulfat, Sulfid usw.

Strontium kommt hauptsächlich in zwei Mineralien vor: Celestit oder Celestin (SrSO ₄ ) und Strontit (SrCO ₃ ). Celestite ist die Hauptquelle für die Gewinnung von Strontium.

Strontium hat 4 natürliche Isotope, von denen das in größerer Menge gefundene ⁸⁸ Mr. ist. Außerdem gibt es zahlreiche radioaktive Isotope, die künstlich in Kernreaktoren hergestellt werden.

Biologische Rolle

Es ist keine biologische Rolle von Strontium bei Wirbeltieren bekannt. Aufgrund seiner Ähnlichkeit mit Kalzium kann es es im Knochengewebe ersetzen. das heißt, Sr ²⁺ verdrängt Ca ²⁺ . Das im Knochen gefundene Verhältnis zwischen Strontium und Kalzium liegt jedoch zwischen 1 / 1.000 und 1 / 2.000; das heißt, extrem niedrig.

Daher darf Strontium keine natürliche biologische Funktion in den Knochen erfüllen.

Strontiumranelat wurde zur Behandlung von Osteoporose verwendet, da es eine Verhärtung der Knochen verursacht; In jedem Fall ist dies jedoch eine therapeutische Wirkung.

Eines der wenigen Beispiele für eine biologische Funktion von Strontium findet sich in Acantharea, einem radioaktiven Protozoon, das ein Skelett mit Strontium aufweist.

Wo zu finden und zu produzieren

Celestitkristall, eine mineralogische Quelle von Strontium. Quelle: Aram Dulyan (Benutzer: Aramgutang)

Strontium kommt in etwa 0,034% aller magmatischen Gesteine ​​vor. In Lagerstätten mit signifikantem Strontiumgehalt kommen jedoch nur zwei Mineralien vor: Celestit oder Celestin.

Von den beiden wichtigen Mineralien Strontium befindet sich nur Celestit in ausreichender Menge in Sedimentablagerungen, um Einrichtungen zur Gewinnung von Strontium zu schaffen.

Strationit ist nützlicher als Celestit, da der größte Teil des Strontiums in Form von Strontiumcarbonat hergestellt wird; Es wurden jedoch kaum Ablagerungen gefunden, die einen nachhaltigen Bergbau ermöglichen.

Der Strontiumgehalt im Meerwasser liegt zwischen 82 und 90 µmol / l, eine viel niedrigere Konzentration als der von Calcium, zwischen 9,6 und 11 mmol / l.

Fast der gesamte Abbau basiert auf Celestitvorkommen, da Strontianitadern knapp und für die Gewinnung von Strontium aus diesen nicht sehr rentabel sind. Trotzdem wird das meiste Strontium in Form von Strontiumcarbonat hergestellt.

Pidgeon-Methode

Celestit wird in Gegenwart von Kohle verbrannt, um Strontiumsulfat in Strontiumsulfid umzuwandeln. In der zweiten Stufe wird das Strontiumsulfid enthaltende dunkle Material in Wasser gelöst und filtriert.

Dann wird die Strontiumsulfidlösung mit Kohlendioxid behandelt, um eine Ausfällung des Strontiumcarbonats zu erzeugen.

Strontium kann durch eine Variante der Pidgeon-Methode isoliert werden. Die Reaktion von Strontiumoxid und Aluminium findet im Vakuum statt, wo das Strontium in Gas umgewandelt und durch die Produktionsretorte zu den Kondensatoren transportiert wird, wo es als Feststoff ausfällt.

Elektrolyse

Strontium kann in Form von Stäben durch das Verfahren der Kontaktkathodenelektrolyse erhalten werden. Bei diesem Verfahren kommt ein gekühlter Eisenstab, der als Kathode fungiert, mit der Oberfläche eines geschmolzenen Gemisches aus Kaliumchlorid und Strontiumchlorid in Kontakt.

Wenn sich das Strontium an der Kathode (Eisenstab) verfestigt, steigt der Stab an.

Reaktionen

Mit Chalkogenen und Halogenen

Strontium ist ein aktives reduzierendes Metall und reagiert mit Halogenen, Sauerstoff und Schwefel unter Bildung von Halogeniden, Oxiden bzw. Schwefel. Strontium ist ein silbernes Metall, oxidiert jedoch an der Luft zu Strontiumoxid:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

Das Oxid bildet eine dunkle Schicht auf der Oberfläche des Metalls. Während seine Reaktion mit Chlor und Schwefel wie folgt ist:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

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

Strontium reagiert mit geschmolzenem Schwefel.

Mit der Luft

Es kann sich mit Sauerstoff zu Strontiumperoxid verbinden; es erfordert jedoch einen hohen Sauerstoffdruck für seine Bildung. Es kann auch mit Stickstoff unter Bildung von Strontiumnitrid reagieren:

3Sr (s) + N ₂ (g) => Sr ₃ N ₂ (s)

Die Temperatur muss jedoch über 380 ° C liegen, damit die Reaktion stattfinden kann.

Mit dem Wasser

Strontium kann heftig mit Wasser unter Bildung von Strontiumhydroxid, Sr (OH) ₂ und Wasserstoffgas reagieren . Die Reaktion zwischen Strontium und Wasser hat nicht die Gewalt, die bei der Reaktion zwischen Alkalimetallen und Wasser beobachtet wird, sowie die bei Barium beobachtete.

Mit Säuren und Wasserstoff

Strontium kann mit Schwefelsäure und Salpetersäure unter Bildung von Strontiumsulfat bzw. Nitrat reagieren. Es verbindet sich auch heiß mit Wasserstoff, um Strontiumhydrid zu bilden.

Strontium hat wie andere schwere Elemente im s-Block des Periodensystems eine breite Palette von Koordinationszahlen; wie 2, 3, 4, 22 und 24, beispielsweise in Verbindungen wie SrCd ₁₁ und SrZn ₁₃ .

Anwendungen

- Elementares Strontium

Legierungen

Es wird als eutektischer Modifikator verwendet, um die Festigkeit und Duktilität der Al-Ag-Legierung zu verbessern. Es wird als Impfmittel in Gießereien aus duktilem Eisen verwendet, um die Bildung von Graphit zu kontrollieren. Es wird auch Zinn- und Bleilegierungen zugesetzt, um die Zähigkeit und Duktilität zu erhöhen.

Darüber hinaus wird es als Desoxidationsmittel für Kupfer und Bronze verwendet. Geschmolzenem Aluminium wird eine kleine Menge Strontium zugesetzt, um die Schmelzbarkeit des Metalls zu optimieren und es für die Herstellung von Objekten, die traditionell aus Stahl bestehen, besser geeignet zu machen.

Es ist ein Legierungsmittel für Aluminium oder Magnesium, das beim Gießen von Motorblöcken und Rädern verwendet wird. Strontium verbessert die Handhabung und Fließfähigkeit des Metalls, auf das es legiert ist.

Isotope

Trotz seiner schädlichen Wirkung wird ⁹⁰ Sr als thermoelektrischer Generator verwendet, der die Wärmeenergie seiner Strahlung zur Erzeugung von langlebigem Strom nutzt und in Raumfahrzeugen, entfernten Forschungsstationen und Navigationsbojen eingesetzt wird.

Das ⁸⁹ Sr wurde zur Behandlung von Knochenkrebs verwendet, wobei der Typ der radioaktiven Emission β zur Zerstörung von Tumorzellen verwendet wurde.

Das Strontiumatom wurde verwendet, um ein System zur Zeitmessung zu etablieren, das alle 200 Millionen Jahre kaum eine Sekunde zurückliegt. Das macht es zur genauesten Uhr.

- Verbindungen

Karbonat

Ferrite und Magnete

Strontiumcarbonat (SrCO ₃ ) reagiert mit Eisenoxid (Fe ₂ O ₃ ) bei einer Temperatur zwischen 1.000 und 1.300 ºC unter Bildung eines Strontiumferrits. Diese Familie von Ferriten hat eine allgemeine Formel SrFe _x O ₄ .

Keramikmagnete bestehen aus Ferriten und werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Darunter: Herstellung von Lautsprechern, Motoren für Scheibenwischer für Kraftfahrzeuge und Spielzeug für Kinder.

Strontiumcarbonat wird auch zur Herstellung von Glas für Fernsehbildschirme und Anzeigeeinheiten verwendet.

Brille

Zusätzlich zur Verbesserung der Eigenschaften von Glas für Flüssigkristallanzeigen (LCD) wird es auch zum Glasieren von Keramik verwendet, wodurch seine Beständigkeit gegen Kratzer und Blasenbildung während des Brennens verstärkt wird.

Es wird zur Herstellung von Glas verwendet, das in Optik, Glaswaren und Beleuchtung verwendet werden kann. Es ist auch Teil von Glasfaser- und Labor- und Pharmagläsern, da es die Härte und Kratzfestigkeit sowie die Helligkeit erhöht.

Herstellung von Metallen und Salzen

Es wird verwendet, um hochreines Zink zu erhalten, da es zur Beseitigung von Bleiverunreinigungen beiträgt. Es hilft bei der Herstellung von Strontiumchromat, einer Verbindung, die als Korrosionsinhibitor in Druckfarben verwendet wird.

Abwasser- und Leuchtstofflampen

Es wird bei der Abwasserbehandlung zur Sulfatentfernung eingesetzt. Darüber hinaus wird es bei der Herstellung von Orthophosphorsäure verwendet, die bei der Herstellung von Leuchtstofflampen verwendet wird.

Pyrotechnik

Strontiumcarbonat wird wie andere Strontiumsalze in Feuerwerkskörpern verwendet, um ihm eine purpurrote Farbe zu verleihen. Ein Fleck, der auch bei Strontiumtests verwendet wird.

Hydroxid

Es wird zur Extraktion von Zucker aus Rüben verwendet, da sich Strontiumhydroxid mit Zucker zu einem komplexen Saccharid verbindet. Der Komplex kann durch die Einwirkung von Kohlendioxid dissoziiert werden, wodurch der Zucker frei bleibt. Es wird auch zur Stabilisierung von Kunststoff verwendet.

Oxid

Es ist in dem Glas vorhanden, das bei der Herstellung einer Fernsehbildröhre verwendet wird, beginnend mit dieser Anwendung im Jahr 1970. Farbfernseher sowie andere Geräte, die Kathodenstrahlen enthalten, müssen Strontium in der Frontplatte verwenden, um zu stoppen Röntgenstrahlen.

Diese Fernseher werden nicht mehr verwendet, da Kathodenröhren durch andere Geräte ersetzt wurden und daher die Verwendung von Strontiumverbindungen nicht erforderlich ist.

Andererseits wird Strontiumoxid verwendet, um die Qualität von Keramikglasuren zu verbessern.

Chlorid

Strontiumchlorid wird in einigen Zahnpasten für empfindliche Zähne und zur Herstellung von Feuerwerkskörpern verwendet. Darüber hinaus wird es in begrenztem Umfang zur Entfernung unerwünschter Gase in Behältern eingesetzt, die einem Vakuum ausgesetzt sind.

Ranelate

Es wird zur Behandlung von Osteoporose eingesetzt, da es die Knochendichte erhöht und das Auftreten von Frakturen verringert. Topisch angewendet hemmt es sensorische Reizungen. Seine Verwendung hat jedoch aufgrund des Nachweises, dass es die Inzidenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöht, abgenommen.

Aluminat

Es wird als Dotierstoff in der Elektronikindustrie verwendet. Es wird auch häufig verwendet, um bestimmte Spielzeuge im Dunkeln zum Leuchten zu bringen, da es sich um eine chemisch und biologisch inerte Verbindung handelt.

Verweise

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie . (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Strontium. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
3. Timothy P. Hanusa. (2019). Strontium. Encyclopædia Britannica. Wiederhergestellt von: britannica.com
4. Nationales Zentrum für Informationen zur Biotechnologie. (2019). Strontium. PubChem-Datenbank. CID = 5359327. Wiederhergestellt von: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Traci Pedersen. (20. Mai 2013). Fakten über Strontium. Wiederhergestellt von: livingcience.com
6. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakten zu Strontiumelementen. Wiederhergestellt von: chemicool.com
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. Juli 2019). Strontium-Fakten (Ordnungszahl 38 oder Sr). Wiederhergestellt von :oughtco.com
8. Lenntech BV (2019). Strontium. Wiederhergestellt von: lenntech.com