السترونتيوم (Sr) هو عنصر كيميائي ، وهو معدن قلوي أرضي من المجموعة الثانية من الجدول الدوري. تستخدم في الإشارات الحمراء والفوسفور ، وتشكل خطرا صحيا كبيرا في التلوث الإشعاعي.
تاريخ الاكتشاف
معدن من منجم الرصاص بالقرب من قرية سترونتيان في اسكتلندا. تم التعرف عليه في الأصل على أنه مجموعة متنوعة من كربونات الباريوم ، لكن أدير كروفورد وويليام كروكشانك اقترحوا في عام 1789 أنها كانت مادة مختلفة. أطلق الكيميائي توماس تشارلز هوب على معدن السترونتيت الجديد اسم القرية ، وأكسيد السترونتيوم المقابل SrO ، السترونشيوم. تم عزل المعدن في عام 1808 بواسطة السير همفري ديفي ، الذي قام بتحليل خليط من الهيدروكسيد الرطب أو الكلوريد مع أكسيد الزئبق باستخدام كاثود الزئبق ثم تبخر الزئبق من الملغم الناتج. سمى العنصر الجديد باستخدام جذر كلمة "سترونتيوم".
التواجد في الطبيعة
الوفرة النسبية للسترونشيوم ، العنصر الثامن والثلاثين من الجدول الدوري ، في الفضاء تقدر بـ 18.9 ذرة لكل 106ذرات سيليكون. فهو يقع في حوالي0.04٪ من كتلة القشرة الأرضية. متوسط تركيز العنصر في مياه البحر 8 ملجم / لتر
يوجد عنصر السترونشيوم الكيميائي على نطاق واسع في الطبيعة ويُقدر بأنه المادة الخامسة عشرة الأكثر وفرة على الأرض ، حيث تصل إلى تركيزات تصل إلى 360 جزءًا في المليون. نظرًا لتفاعلها الشديد ، فهي موجودة فقط في شكل مركبات. معادنه الرئيسية هي السيليستين (كبريتات SrSO4) وسترونتيانيت (كربونات SrCO3). من بين هؤلاء ، يوجد السيلستيت بكميات كافية للتعدين المربح ، ويأتي أكثر من ثلثي العرض العالمي منه من الصين ، وتزود إسبانيا والمكسيك بمعظم الباقي. ومع ذلك ، فمن المربح تعدين السترونتيانيت ، لأن السترونتيوم يستخدم غالبًا في شكل كربونات ، ولكن هناك عدد قليل نسبيًا من الرواسب المعروفة.
خصائص
السترونتيوم معدن ناعم ، يشبه الرصاص ، يلمع مثل الفضة عند القطع. في الهواء ، يتفاعل بسرعة مع الأكسجين والرطوبة الموجودة في الغلاف الجوي ، ويكتسب لونًا مصفرًا. لذلك ، يجب تخزينها بمعزل عن الكتل الهوائية. غالبًا ما يتم تخزينه في الكيروسين. لا يحدث في الحالة الحرة في الطبيعة. يتم تضمين السترونتيوم المصاحب للكالسيوم في خامات رئيسية 2 فقط: سيليستيت (SrSO4) وسترونتيانيت (SrCO3).
في سلسلة العناصر الكيميائية ، يوجد المغنيسيوم والكالسيوم والسترونشيوم (معادن الأرض القلوية) Sr في المجموعة 2 (سابقًا 2A) من الجدول الدوري بين Ca و Ba. بالإضافة إلى ذلك ، يقع في الفترة الخامسة بين الروبيديوم والإيتريوم. منذ نصف القطر الذري للسترونشيومعلى غرار نصف قطر الكالسيوم ، فإنه يستبدل بسهولة الأخير بالمعادن. لكنه أكثر ليونة وأكثر تفاعلًا في الماء. يشكل الهيدروكسيد وغاز الهيدروجين عند التلامس. 3 تآصل من السترونشيوم معروفة بنقاط انتقال من 235 درجة مئوية و 540 درجة مئوية.
لا يتفاعل المعدن الأرضي القلوي بشكل عام مع النيتروجين تحت 380 درجة مئوية ويشكل أكسيدًا فقط في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك ، في شكل مسحوق ، يشتعل السترونشيوم تلقائيًا لتشكيل أكسيد ونتريد.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية
توصيف عنصر السترونشيوم الكيميائي وفقًا للخطة:
- الاسم ، الرمز ، العدد الذري: السترونتيوم ، الأب ، 38.
- مجموعة ، نقطة ، كتلة: 2 ، 5 ، ق.
- الكتلة الذرية: 87.62 جم / مول.
- التكوين الإلكتروني: [Kr] 5s2.
- توزيع الإلكترونات في الغلاف: 2 ، 8 ، 18 ، 8 ، 2.
- الكثافة: 2.64 جم / سم3.
- نقاط الانصهار والغليان: 777 درجة مئوية ، 1382 درجة مئوية
- حالة الأكسدة: 2.
النظائر
السترونتيوم الطبيعي هو مزيج من 4 نظائر مستقرة:88Sr (82.6٪) ،86Sr (9 ، 9٪) ،87Sr (7.0٪) و84Sr (0.56٪). من بين هؤلاء ، 87Sr إشعاعي المنشأ - يتكون من اضمحلال النظير المشع للروبيديوم87Rb بعمر نصف يبلغ 4.88 × 1010سنوات. من المعتقد أن87Sr تم إنتاجه خلال "التخليق النووي البدائي" (مرحلة مبكرة من الانفجار العظيم) جنبًا إلى جنب مع النظائر84Sr ،86الأب و 88الأب. يعتمد علىالمواقع ، قد تختلف نسبة 87Sr و86Sr بأكثر من 5 مرات. يستخدم هذا في تحديد تاريخ العينات الجيولوجية وتحديد أصل الهياكل العظمية والتحف الطينية.
نتيجة للتفاعلات النووية ، تم الحصول على حوالي 16 نظيرًا مشعًا اصطناعيًا من السترونشيوم ، وأكثرها ديمومة هو90Sr (نصف عمر 28.9 سنة). يعتبر هذا النظير ، المنتج في انفجار نووي ، أخطر منتج اضمحلال. بسبب تشابهه الكيميائي مع الكالسيوم ، يتم امتصاصه في العظام والأسنان ، حيث يستمر في طرد الإلكترونات ، مما يتسبب في تلف الإشعاع ، وتلف نخاع العظام ، وتعطيل تكوين خلايا الدم الجديدة ، والتسبب في الإصابة بالسرطان.
ومع ذلك ، في ظل ظروف خاضعة للرقابة الطبية ، يتم استخدام السترونشيوم لعلاج بعض الأورام الخبيثة السطحية وسرطانات العظام. كما أنه يستخدم في شكل فلوريد السترونشيوم في مصادر التيار الكيميائي وفي المولدات الكهروحرارية للنظائر المشعة ، والتي تحول حرارة اضمحلالها الإشعاعي إلى كهرباء ، وتعمل كمصادر طاقة طويلة العمر وخفيفة الوزن في عوامات الملاحة ومحطات الطقس البعيدة والمركبات الفضائية.
89يستخدم الأب لعلاج السرطان لأنه يهاجم أنسجة العظام ، وينتج إشعاع بيتا ، ويتحلل بعد بضعة أشهر (نصف عمر 51 يومًا).
عنصر السترونشيوم الكيميائي ليس ضروريًا لأشكال الحياة الأعلى ، وعادة ما تكون أملاحه غير سامة. ماذا يجعل 90خطير ، يستخدم لزيادة كثافة العظام ونموها.
اتصالات
خصائص عنصر السترونشيوم الكيميائي مشابهة جدًا لخصائص الكالسيوم. في المركبات ، Sr لديه حالة الأكسدة الحصرية +2 مثل Sr2 +أيون. المعدن هو عامل اختزال نشط ويتفاعل بسهولة مع الهالوجينات والأكسجين والكبريت لإنتاج هاليدات وأكسيد وكبريتيد.
مركبات السترونتيوم لها قيمة تجارية محدودة نوعًا ما ، حيث أن مركبات الكالسيوم والباريوم المقابلة لها نفس الشيء عمومًا ولكنها أرخص. ومع ذلك ، وجد بعضها تطبيقًا في الصناعة. لم يتم التعرف بعد على المواد اللازمة لتحقيق اللون القرمزي في الألعاب النارية وأضواء الإشارات. حاليًا يتم استخدام أملاح السترونشيوم فقط مثل Sr (NO3)2و Sr (ClO) لتحقيق هذا اللون. 3 )2. تستهلك الألعاب النارية حوالي 5-10٪ من إجمالي إنتاج هذا العنصر الكيميائي. يستخدم هيدروكسيد السترونتيوم Sr (OH)2أحيانًا لاستخراج السكر من دبس السكر لأنه يشكل سكريًا قابلًا للذوبان يمكن من خلاله تجديد السكر بسهولة عن طريق عمل ثاني أكسيد الكربون. يستخدم أحادي كبريتيد SrS كعامل مزيل للشعر ومكون في فوسفورات أجهزة الإنارة الكهربائية والدهانات المضيئة.
حديدي السترونتيوم يشكل عائلة من المركبات بالصيغة العامة SrFexOy، تم الحصول عليها نتيجة لارتفاع درجة الحرارة (1000-1300 ° C) تفاعل SrCO3وFe2O3. يتم استخدامها لصنع مغناطيس السيراميك ، والذي يستخدم على نطاق واسع في مكبرات الصوت ومحركات ممسحة الزجاج الأمامي للسيارة ولعب الأطفال.
الإنتاج
يتم تحويل معظم السيليستيت الممعدن SrSO4إلى كربونات بطريقتين: إما أن يتم ترشيحها مباشرة بمحلول كربونات الصوديوم أو تسخينها بالفحم لتكوين كبريتيد. في المرحلة الثانية ، يتم الحصول على مادة داكنة اللون تحتوي بشكل رئيسي على كبريتيد السترونشيوم. هذا "الرماد الأسود" يذوب في الماء ويتم ترشيحه. تترسب كربونات السترونتيوم من محلول الكبريتيد عن طريق إدخال ثاني أكسيد الكربون. يتم تقليل الكبريتات إلى كبريتيد عن طريق الاختزال الحراري للكربوهيدرات SrSO4+ 2C → SrS + 2CO2. يمكن إنتاج الخلية عن طريق التلامس الكهروكيميائي الكاثودي ، حيث يلامس قضيب حديدي مبرد ، يعمل ككاثود ، سطح خليط من كلوريد البوتاسيوم والسترونتيوم ، ويرتفع عندما يتصلب السترونشيوم عليه. يمكن تمثيل التفاعلات على الأقطاب الكهربائية على النحو التالي: Sr2 ++ 2e-→ Sr (الكاثود) ؛ 2Cl-→ Cl2+ 2e-(الأنود).
يمكن أيضًا استرداد المعادن المعدنية من أكسيدها بالألمنيوم. إنه مرن وقابل للطرق ، وهو موصل جيد للكهرباء ، ولكنه يستخدم قليلًا نسبيًا. أحد استخداماته هو كعامل خلط للألمنيوم أو المغنيسيوم في صب كتل الأسطوانات. يعمل السترونشيوم على تحسين التشغيل الآلي ومقاومة الزحففلز. طريقة بديلة للحصول على السترونتيوم هو تقليل أكسيد الألومنيوم في فراغ عند درجة حرارة التقطير.
الاستخدام التجاري
عنصر السترونشيوم الكيميائي يستخدم على نطاق واسع في زجاج أنابيب أشعة الكاثود في التلفزيون الملون لمنع اختراق الأشعة السينية. يمكن استخدامه أيضًا في الدهانات بالرش. يبدو أن هذا هو أحد أكثر المصادر احتمالية لتعرض الجمهور للسترونشيوم. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام العنصر لإنتاج مغناطيس الفريت وتنقية الزنك.
تستخدم أملاح السترونتيوم في الألعاب النارية لأنها تلون اللهب باللون الأحمر عند الاحتراق. ويتم استخدام سبيكة من أملاح السترونشيوم مع المغنيسيوم كجزء من الخلائط الحارقة والإشارة.
تيتانات لديها معامل انكسار عالي للغاية وتشتت بصري ، مما يجعلها مفيدة في البصريات. يمكن استخدامه كبديل للماس ، ولكن نادرًا ما يستخدم لهذا الغرض نظرًا لنعومته الشديدة وقابليته للخدوش.
السترونتيوم ألومينات هو فوسفور لامع مع استقرار فسفوري طويل الأمد. يستخدم الأكسيد أحيانًا لتحسين جودة طلاء السيراميك. النظير90Sr هو أحد أفضل بواعث بيتا عالية الطاقة طويلة العمر. يتم استخدامه كمصدر للطاقة للمولدات الكهروحرارية للنظائر المشعة (RTGs) ، والتي تحول الحرارة المنبعثة أثناء تحلل العناصر المشعة إلى كهرباء. تستخدم هذه الأجهزة فيمركبة فضائية ومحطات أرصاد جوية بعيدة وعوامات ملاحة وما إلى ذلك - حيث يلزم وجود مصدر طاقة نووي كهربائي خفيف وطويل العمر.
الاستخدام الطبي للسترونتيوم: توصيف الخصائص ، والعلاج بالعقاقير
النظير89Sr هو العنصر النشط في العقار المشع Metastron ، يستخدم لعلاج آلام العظام الناجمة عن سرطان البروستاتا النقيلي. يعمل عنصر السترونتيوم الكيميائي مثل الكالسيوم ، وهو مدرج بشكل أساسي في العظام في الأماكن التي يزداد فيها تكوين العظم. هذا التوطين يركز تأثير الإشعاع على الآفة السرطانية.
يستخدم النظائر المشعة90الأب أيضًا في علاج السرطان. يعتبر إشعاع بيتا وعمره النصفي الطويل مثاليين للعلاج الإشعاعي السطحي.
دواء تجريبي مصنوع عن طريق الجمع بين السترونتيوم وحمض الرانيليك يعزز نمو العظام ويزيد من كثافة العظام ويقلل من الكسور. رانيلات Stronium مسجلة في أوروبا كعلاج لهشاشة العظام.
يستخدم كلوريد السترونتيوم أحيانًا في معاجين الأسنان للأسنان الحساسة. يصل محتواها إلى 10٪
الاحتياطات
السترونتيوم النقي له نشاط كيميائي عالٍ ، وفي حالة التكسير ، يشتعل المعدن تلقائيًا. لذلك ، يعتبر هذا العنصر الكيميائي من مخاطر الحريق.
التأثير على جسم الإنسان
يمتص جسم الإنسان السترونشيوم بنفس طريقة امتصاص الكالسيوم. هذينالعناصر متشابهة كيميائيًا لدرجة أن الأشكال المستقرة لـ Sr لا تشكل مخاطر صحية كبيرة. في المقابل ، يمكن أن يؤدي النظير المشع90Sr إلى العديد من اضطرابات وأمراض العظام ، بما في ذلك سرطان العظام. تستخدم وحدة السترونشيوم لقياس إشعاع الامتصاص90Sr.
