Стронций
Группа веществ: Катионы

Sr²⁺

Ион стронция - химического элемента 2-й группы периодической системы Менделеева.

Стронций (лат. Strontium), Sr, атомный номер 38, атомная масса 87,62, серебристо-белый металл. Природный стронций состоит из смеси четырёх стабильных изотопов: ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr и ⁸⁸Sr; наиболее распространён ⁸⁸Sr (82,56%). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в том числе ⁹⁰Sr (Т 1/2 = 27,7 года), образующийся при делении урана.

В 1790 году шотландский врач А. Крофорд, исследуя найденный близ населённого пункта Строншиан (в Шотландии) минерал, обнаружил, что он содержит неизвестную ранее "землю", которая была названа стронцианом. Позднее оказалось, что это окись стрнция SrO. В 1808 году Г.Дэви, подвергая электролизу с ртутным катодом смесь увлажнённой гидроокиси Sr(ОН)₂ с окисью ртути, получил амальгаму стронция.

Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов 1,21·10^-28 м². Конфигурация внешней электронной оболочки атома 5s²; степень окисления +2, очень редко + 1; энергии ионизации Sr⁰:Sr⁺:Sr²⁺ соответствеенно равны 5,69410 и 11,0302 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,0; сродство к электрону —1,51 эВ; работа выхода электрона 2,35 эВ; атомный радиус 0,215 нм, ионный радиус (в скобках указано координационное число) Sr²⁺ 0,132 нм (6), 0,140 нм (8), 0,150 нм (10), 0,158 нм (12). Содержание стронция в земной коре 3,4·10^-2% по массе, в океанических водах 11097000 т (8,1 мг/л). В свободном виде не встречается. Cтронций образует около 40 минералов, из которых промышленное значение имеют целестин (целестит) SrSO₄ и стронцианит SrCO₃. Стронций присутствует в качестве изоморфной примеси в различных магниевых, кальциевых и бариевых минералах, а также содержится в природных минерализованных водах (около 24% общих запасов стронция). Среднее содержание стронция в почвах 0,035% по массе, в речной воде 0,08 мг/л. Часть стронция в океане концентрируется в железомарганцевых конкрециях (4900 т в год).

Свойства. Стронций – мягкий серебристо-белый металл, ковкий и пластичный. В неочищенном состоянии окрашен в желтый цвет. Существует в трех полиморфных модификациях: до 231°С устойчив α-Sr с кубической гранецентрированной решеткой типа Сu, а = 0,6085 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m, плотность 2,63 г/см³; при температурах 231-623°C – β-Sr с гексагональной решеткой типа Mg, а = 0,431 нм, с = 0,705 нм, z = 2, пространственная группа Р6₃/mmс; выше 623 °C – γ-Sr с кубической объемноцентрированной решеткой типа α-Fe, а = 0,485 нм, z = 2, пространственная группа Im3m. t пл. 768 °С, t кип. 1390°С; С⁰_p 26,79 Дж/(моль·К); ∆H^o_пл 8,2 кДж/моль, ∆H^o_исп  133,8 кДж/моль, ∆H^o_возг 160,5 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 55,70 Дж/(моль·К); температурный коэффициент линейного расширения 20,6·10^-6 К^-1 (273-503 К), 22,6·10^-6 К^-1 (503-773 К); ρ 0,2 мкОм·м (0°С), 21,5 мкОм·м (22 °С), 60 мкОм·м (400 °С), температурный коэффициент ρ 5,2·10^-3 К^-1 (273-473 К); парамагнетик, магнитная восприимчивость +1,05·10^-9; g 350 мН/м (768°С). Пластичен, модуль упругости 16,0 ГПа, модуль сдвига 6,08 ГПа; s_раст 49,0 МПа (20 °С), 53,9 МПа (110°С), 200 МПа (200 °С), 1,0 МПа (700 °С); твердость по Бринеллю 190 МПа (20 °С), 90 МПа (200 °С), 2,0 МПа (700 °С); относительное удлинение 1,0% (20 °С), 5,3% (200 °С), 40% (700 °С).

Стронций отличается большой химической активностью, по химическим свойствам сходен с Са и Ва. Стандартный электродный потенциал Sr²⁺/Sr⁰ — 2,89 В. При обычных температурых металлический Sr взаимодействует с воздухом, покрываясь пленкой из SrO и SrO₂, при нагревании воспламеняется. Энергично реагирует с водой с образованием Sr(OH)₂ и выделением Н₂. Металлический стронций взаимодействует с галогенами, образуя галогениды стронция. С СО₂ реагирует при повышенных температурах: 5Sr + 2СО₂ : : SrC₂ + 4SrO. При 300-400 °С с Н₂ образует гидрид SrH₂, при нагревании с S, Se и Те – соответственно сульфид SrS, селенид SrSe и теллурид SrTe, с N₂-нитрид Sr₃N₂, с углеродом – карбид SrC₂, с газообразным NН₃ – амид Sr(NH₂)₂ и т.д.

Стронций растворяется в разбавленных кислотах с образованием солей и Н₂. Концентрированная H₂SO₄ дает со стронцием SrSO₄, SO₂, H₂S и S, концентрированная HNO₃ – Sr(NO₃)₂ и NO. При растворении стронция в жидком NH₃ может быть получен аддукт Sr(NH₃)₆. Хорошо растворяются в воде хлорид, бромид, иодид, ацетат и некоторые другие соли стронция, плохо растворяются сульфат, фторид, карбонат, оксалат, арсенит, хромат, иодат, фосфат, молибдат стронция.

Сульфат SrSО₄ – бесцветный кристаллы ромбической сингонии; выше 1157 °С переходит в гексагональные β-SrSO₄, DH перехода α↔β 10 кДж/моль; разлагается выше 1580 °С; растворимость в воде 0,0113 г в 100 мл при 0°С; получают осаждением из растворов солей стронция сульфатом Na; наполнитель при изготовлении красок и резины, утяжелитель в буровых жидкостях. Хромат SrCrO₄ – желтые кристаллы моноклинной сингонии; получают осаждением из растворов Н₂СrО₄ и Sr(OH)₂; желтый пигмент в производстве лаков, художественных красок ("стронционовый желтый"), антикоррозионное покрытие для Zr, Mg, Al. Гексаферрит SrO·6Fe₂O₃ получают спеканием смеси Fe₂O₃ и SrCO₃ при 1000 °С; магнитный материал.

Гидрид SrН₂ – бесцветные кристаллы ромбической сингонии, выше 355 °С существует p-SrH₂, ∆H полиморфного перехода 7,2 кДж/моль; получают восстановлением SrO водородом при 700-800 °С или из Sr и Н₂.

Сульфид SrS – бесцветные кристаллы кубической сингонии; разлагается водой; получают при нагревании Sr и S, восстановлением SrSO₄ углем, Н₂ и др.; компонент люминофоров, фосфоресцирующих составов, средство для удаления волос в кожевенной промышленности.

Стронций в организме. Основные источники загрязнения природы стабильным стронцием – сточные воды металлургических, электротехнических, стекольного, керамического и свеклосахарного производства. Радиоактивный стронций может поступать в окружающую среду в результате ядерных испытаний и аварий на АЭС. При крупных ядерных испытаниях выход ⁹⁰Sr(T1/2 29,12 лет, β-излучатель) составляет 3,5%. Небольшие количества ⁹⁰Sr, образующиеся в ядерных реакторах, из-за дефектов в оболочке твэла могут поступать в теплоноситель, а затем при его очистке попадать в жидкие и газообразные отходы. ⁹⁰Sr как аналог Са активно участвует в обмене веществ у растений. В растения ⁹⁰Sr попадает при загрязнении листьев и из почвы через корни. Особенно много ⁹⁰Sr накапливают бобовые, корне- и клубнеплоды, злаки.

При избытке стронция прежде всего поражаются костная ткань, печень и кровь. ПДК стронция в воде 8 мг/л, в воздухе для гидроксида, нитрата и оксида стронция 1 мг/м³, для карбоната, сульфата и фосфата 6 мг/м³. Радиоактивный стронций избирательно накапливается в скелете, мягкие ткани задерживают менее 1%, с возрастом отложение ⁹⁰Sr в скелете понижается, у мужчин он накапливается больше, чем у женщин, в первые месяцы жизни ребенка отложение ⁹⁰Sr на порядок, а ⁸⁹Sr на два порядка выше, чем у взрослого человека. Для категории А допустимая концентрация ⁹⁰Sr в воздухе рабочей зоны ДК_А 4,4·10^-2 Бк/л, допустимое содержание в костях ДС_А 7,4·10⁴ Бк, в легких 2,8·10⁴ Бк.

В растения ⁹⁰Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое влияние имеет тип почвы, её влажность, pH, содержание Ca и органических веществ и т.д.). Относительно больше накапливают ⁹⁰Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше – злаки, в том числе зерновые, и лён. В семенах и плодах накапливается значительно меньше ⁹⁰Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы ⁹⁰Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) ⁹⁰Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения ⁹⁰Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и др. Большую опасность ⁹⁰Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Биологическое действие ⁹⁰Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы β-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом ⁹⁰Y. Попадая в окружающую среду, ⁹⁰Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы ⁹⁰Sr принято рассчитывать отношение ⁹⁰Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с.е. = 1 мк мккюри ⁹⁰Sr на 1 г Ca). При длительном поступлении ⁹⁰Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании ⁹⁰Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca.