Prezzo, presenza, estrazione e utilizzo dello stronzio

Lo stronzio è un elemento chimico con l'elemento simbolo Sr e il numero atomico 38. Nella tavola periodica è in 5. Periodo e 2. Gruppo principale o 2. Gruppo IUPAC e quindi appartiene ai metalli alcalini della terra. È un metallo morbido (durezza Mohs: 1,5) e molto reattivo.

L'elemento è stato scoperto da Adair Crawford 1790 e prende il nome dal suo primo sito Strontian in Scozia. Elementale, sebbene contaminato da miscele estranee, 1808 potrebbe essere rappresentato dall'elettrolisi di Humphry Davy. Robert Bunsen successe a 1855 anche la rappresentazione del puro stronzio. L'elemento viene utilizzato solo in piccole quantità, in particolare per tubi a raggi catodici, articoli pirotecnici (colore rosso fiamma), magneti permanenti e fusione di alluminio.

Lo stronzio si presenta in piccole quantità nel corpo umano, ma non ha alcun significato biologico noto e non è essenziale. Il ranelato di stronzio è un farmaco per il trattamento dell'osteoporosi.

Storia

Le prime prove dell'esistenza dell'elemento sono state trovate da Adair Crawford e William Cruickshank nell'anno 1790, quando hanno esaminato più in dettaglio un minerale strontiano originario della Scozia che inizialmente si pensava fosse "barite trasportata dall'aria" (carbonato di bario, witherite). Hanno preparato il cloruro e confrontato diverse proprietà del cloruro di stronzio successivo con quelle del cloruro di bario. Tra le altre cose, hanno trovato diverse solubilità in acqua e altre forme cristalline. 1791 di nome Friedrich Gabriel Sulzer (1749-1830) il minerale dopo la sua località Strontian Strontianite. Lui e Johann Friedrich Blumenbach hanno studiato il minerale più da vicino e hanno quindi trovato maggiori differenze con Witherit, come la diversa tossicità e il colore della fiamma. Negli anni seguenti, chimici come Martin Heinrich Klaproth, Richard Kirwan, Thomas Charles Hope e Johann Tobias Lowitz investigarono ulteriormente la strontianite e ottennero da essa altri composti dello stronzio.

1808 successe a Humphry Davy con la riduzione elettrolitica della presenza di ossido di mercurio rosso, la rappresentazione dell'amalgama di stronzio, che poi depurò per distillazione e ricevette quindi il metallo - sebbene contaminato. Lo chiamò come lo strontianite analogo all'altro stronzio di metalli alcalino terrosi. Lo stronzio puro è stato vinto da Robert Bunsen 1855 per elettrolisi di una fusione di cloruro di stronzio. Determinò anche le proprietà del metallo come il peso specifico dell'elemento.

Presenza

Lo stronzio è relativamente abbondante con una quota di 370 ppm sulla crosta continentale sulla Terra, l'abbondanza di elementi nella crosta terrestre è paragonabile a quella di bario, zolfo o carbonio. Anche nell'acqua di mare è presente una maggiore quantità di stronzio. L'elemento non appare solido, ma sempre in connessioni diverse. A causa delle basse solubilità, i più importanti minerali di stronzio sono lo stronzio solfato o celestin con un contenuto di stronzio fino al 47,7%. così come il carbonato di stronzio o la strontianite con un contenuto di stronzio fino al 59,4% Complessivamente (a partire da: 2011) intorno ai minerali contenenti stronzio 200 sono noti.

I depositi del più importante minerale di stronzio, il celestino, sono stati formati dalla precipitazione del solfato di stronzio con parsimonia solubile dall'acqua di mare. È anche possibile una formazione idrotermale del minerale. La strontianite si forma anche idrotermicamente o come minerale secondario dal celestino. I principali depositi di stronzio e siti minerari si trovano in Spagna, Messico, Turchia, Cina e Iran. La Gran Bretagna è stata anche un importante stato di produzione per molto tempo, ma la produzione si è conclusa con 1992. L'estrazione di minerali di stronzio in 2008 in tutto il mondo ammontava a 496.000 tonnellate.

Estrazione e presentazione

Il materiale di partenza per la produzione di composti di stronzio e stronzio è generalmente celestin (stronzio solfato). Il carbonato di stronzio viene di solito inizialmente ottenuto da questo. Questo è il composto e la materia prima di stronzio industrialmente più importanti per l'estrazione di metallo e altri composti.

Per produrre carbonato di stronzio, lo stronzio solfato viene prima fatto reagire con carbonio a 1100-1200 ° C. In questo caso, il solfato viene ridotto al solfuro e ci sono solfuro di stronzio e anidride carbonica. Il solfuro di stronzio viene purificato per estrazione con acqua calda.

Successivamente, l'anidride carbonica viene fatta passare attraverso la soluzione di solfuro di stronzio o il solfuro di stronzio viene fatto reagire con carbonato di sodio. Oltre al carbonato di stronzio, si formano idrogeno solforato o sodio solfuro. Quale delle due varianti viene utilizzata dipende dalla disponibilità delle materie prime e dalla possibilità di vendere i sottoprodotti.

Il solfato di stronzio finemente macinato può anche essere fatto reagire direttamente con carbonato di sodio o ammonio per dare carbonato di stronzio. Tuttavia, sono necessari elaborati passaggi di pulizia.

Per ottenere lo stronzio metallico, l'ossido di stronzio viene ridotto con l'alluminio (alluminotermia). Oltre allo stronzio elementare, si forma una miscela di alluminio e ossido di stronzio. La reazione avviene nel vuoto, perché in queste condizioni lo stronzio è gassoso, può essere facilmente separato e raccolto in un condensatore.

Proprietà fisiche

Lo stronzio è un metallo di terra alcalina giallo oro chiaro di stato pregiato, altrimenti bianco-argento. Con un punto di fusione di 777 ° C e un punto di ebollizione di 1380 ° C, si trova nel punto di ebollizione tra il calcio più leggero e il bario più pesante, con calcio con un punto di fusione più alto e bario con un punto di fusione più basso. Lo stronzio ha il punto di ebollizione più basso di tutti i metalli alcalini terrosi dopo magnesio e radio. Con una densità di 2,6 g / cm3, è uno dei metalli leggeri. Lo stronzio è molto morbido con una durezza Mohs di 1,5 e può essere facilmente piegato o arrotolato.

Come il calcio, lo stronzio si cristallizza a temperatura ambiente in una struttura cristallina centrata sulla faccia cubica nel gruppo spaziale Fm3m (gruppo spaziale n. 225) (tipo rame) con il parametro reticolare a = 608,5 pm e quattro unità di formula per unità di cella. Inoltre, sono note altre due modifiche ad alta temperatura. A temperature superiori a 215 ° C, la struttura si trasforma in un impacco a sfera esagonale denso (tipo magnesio) con i parametri reticolari a = 432 pm ec c = 706 pm. Infine, al di sopra di 605 ° C, una struttura centrata su cubi (tipo tungsteno) è la più stabile.

Proprietà chimiche

Lo stronzio è il metallo alcalino terroso più reattivo dopo bario e radio. Reagisce direttamente con alogeni, ossigeno, azoto e zolfo. Forma sempre composti in cui è presente come catione bivalente. Se riscaldato in aria, il metallo brucia con la tipica colorazione della fiamma cremisi in ossido di stronzio e nitruro di stronzio.

Come un metallo molto base, lo stronzio reagisce con l'acqua per formare idrogeno e idrossido. L'idrossido di stronzio si forma anche a contatto del metallo con aria umida. Lo stronzio è anche solubile in ammoniaca, formando ammonati blu-neri.

Nelle acque sotterranee, lo stronzio è generalmente simile al calcio. I composti dello stronzio sono insolubili in condizioni debolmente acide alle condizioni di base. Solo a valori di pH inferiori lo stronzio appare in forma disciolta. Se la decomposizione del biossido di carbonio (CO2) si verifica a seguito di processi di alterazione o simili, la precipitazione dello stronzio viene intensificata insieme al calcio (come stronzio o carbonato di calcio). Inoltre, un'elevata capacità di scambio cationico del suolo può favorire il legame dello stronzio.

isotopo

Esistono un totale di isotopi 34 e altri nove isomeri nucleari noti. Di questi, ce ne sono quattro, 84Sr, 86Sr, 87Sr e 88Sr, ovviamente. Nella composizione isotopica naturale, l'isotopo 88Sr predomina con una proporzione di 82,58%. 86Sr con 9,86% e 87Sr con 7,0% e 84Sr con una quota di 0,56% sono più rari.

90Sr è un emettitore beta con energia di decadimento di 0,546 MeV e decade con un'emivita di 28,78 anni a 90Y, che a sua volta decade rapidamente (t1 / 2 = 64,1 h) con emissione di radiazioni beta ad alta energia (ZE = 2,282 MeV) e di radiazioni gamma verso la X stabile , Si presenta principalmente come prodotto di scissione secondario. È formato in pochi minuti dal multiplo decadimento beta dai prodotti di fissione primari del numero di massa 90, che si verificano nel 90% di tutte le fissioni nucleari di 5,7U nelle centrali nucleari e nelle esplosioni di bombe atomiche. Questo rende 235Sr uno dei prodotti di fissione più comuni di sempre.

Grandi volumi di 90Sr vengono rilasciati nell'ambiente in tutti i disastri nucleari. Gli incidenti che coinvolgono 90Sr sono stati l'incendio di Windscale, che ha rilasciato 0,07 TBq 90Sr, e il disastro di Chernobyl, dove si è svolta l'attività rilasciata su 90Sr 800 TBq. Dopo i test sulle armi nucleari fuori terra, specialmente negli anni 1955-58 e 1961-63, il carico sull'atmosfera è aumentato fortemente con 90Sr. Questo, insieme all'onere per 137 di 1963C, ha portato all'adozione del Trattato sul divieto di test nucleari nello spazio e sott'acqua, che vietava tali test negli Stati firmatari. Di conseguenza, negli anni seguenti l'inquinamento dell'atmosfera è calato di nuovo in modo significativo. L'attività totale di rilascio di armi nucleari su 90Sr è stata di circa 6 · 1017 Bq (600 PBq).

L'assunzione di 90Sr, che può penetrare nel corpo attraverso il latte contaminato, è pericolosa. A causa della radiazione beta ad alta energia dell'isotopo, le cellule nell'osso o nel midollo osseo possono essere alterate e quindi i tumori ossei o la leucemia possono essere innescati. È impossibile decorare lo stronzio osseo con agenti chelanti perché preferibilmente calcio complesso e lo stronzio rimane nell'osso. La decorazione del solfato di bario è possibile solo se eseguita rapidamente dopo l'incorporazione prima dell'installazione nell'osso. Anche la degradazione da processi biologici è molto lenta, l'emivita biologica è nell'osso a 49 anni, l'emivita effettiva di 90Sr a 18,1 anni. 90Sr può legarsi alle cellule paratiroidee. Ciò spiegherebbe l'accumulo di casi di iperparatiroidismo tra i liquidatori del reattore di Chernobyl.

La radiazione beta di 90Sr e 90Y può essere utilizzata in batterie a radionuclidi, come fari e fari remoti nell'ex Unione Sovietica, per la marcatura di isotopi di lunga durata, per misurare lo spessore dei materiali o per calibrare i contatori Geiger.

87Sr è il prodotto di decadimento dell'isotopo di rubidio 48Rb con un'emivita di 87 miliardi di anni. Dal rapporto tra i diversi isotopi dello stronzio, l'età delle rocce contenenti rubidio e stronzio, come il granito, può quindi essere determinata nell'ambito di un'analisi isotopica dello stronzio.

Lo stronzio è immagazzinato in condizioni diverse in quantità variabili nelle ossa e nei denti. Allo stesso tempo, il rapporto isotopico di 86Sr e 87Sr dipende dalle rocce dell'ambiente. Pertanto si possono trarre dai rapporti isotopici dello stronzio a volte conclusioni sui movimenti migratori delle persone preistoriche.

Secondo l'operatore, il piccolo reattore tedesco a letto di ciottoli chiamato AVR vicino al sito del centro di ricerca di Jülich è considerato l'impianto nucleare maggiormente contaminato da 90Sr in tutto il mondo. Anche nel terreno sotto il reattore c'è lo stronzio. Questo deve essere rimosso consumando durante lo smantellamento del reattore su 2017 [obsoleto].

Utilizzare

Lo stronzio è prodotto e utilizzato solo in piccole quantità. La maggior parte del carbonato di stronzio prodotto viene utilizzata per tubi a raggi catodici, magneti permanenti e articoli pirotecnici.

Lo stronzio metallico viene utilizzato principalmente nell'industria dell'alluminio (fonderie primarie e secondarie di alluminio, nonché fonderie) nonché sodio come agente interfacciale in leghe di alluminio-silicio con silicio 7-12%. Piccole aggiunte di stronzio cambiano l'eutettico nelle leghe silicio-alluminio e quindi migliorano le proprietà meccaniche della lega. Questo perché le leghe di alluminio-silicio senza stronzio nel precipitato eutettico precipitano grani grossolani, aciculari, meccanicamente instabili, che è impedito dallo stronzio. Il suo effetto di "raffinazione" dura più a lungo nei colati (fonderia e forni di contenimento) rispetto a quello del sodio, poiché è meno facilmente ossidabile. Nel campo delle fusioni che si stanno lentamente solidificando (colata in sabbia), ha già parzialmente sostituito il sodio, che è stato usato solo per decenni. Alla rapida solidificazione nello stampo metallico permanente, in particolare nella pressofusione, l'uso dello stronzio non è sempre obbligatorio, la formazione della struttura fine e raffinata desiderata è già favorita dalla rapida solidificazione.

Lo stronzio viene aggiunto al ferrosilicio, regola la struttura del carbonio e previene la solidificazione irregolare durante la fusione.

Inoltre, lo stronzio può essere usato come materiale getter nei tubi di elettroni, per rimuovere zolfo e fosforo dall'acciaio e per indurire le piastre delle batterie al piombo acido.

Significato biologico

Poche creature usano lo stronzio nei processi biologici. Questi includono Acantharia, creature eucariotiche monocellulari che appartengono ai radiolari e sono un componente comune dello zooplancton nel mare. Questi sono gli unici protisti che usano il solfato di stronzio come materiale da costruzione per lo scheletro. Pertanto, causano anche cambiamenti nel contenuto di stronzio nei singoli strati marini, prima assorbendo lo stronzio e, dopo la morte, affondando in strati più profondi dove si dissolvono.

Significato fisiologico e terapeutico

Lo stronzio non è essenziale, sono noti solo pochi effetti biologici dell'elemento. Pertanto, è possibile che lo stronzio abbia un effetto inibitorio sulla carie.

Gli studi sugli animali nei suini hanno mostrato sintomi quali mancanza di coordinazione, debolezza e sintomi di paralisi a causa di una dieta ricca di stronzio e povera di calcio.

Lo stronzio è molto simile nelle sue proprietà al calcio. Tuttavia, a differenza del calcio, viene assorbito solo in piccole quantità attraverso l'intestino. Ciò può essere dovuto al raggio ionico più grande dell'elemento. In media, il contenuto di stronzio in un uomo di chilogrammo 70 è solo 0,32 g, rispetto a circa 1000 g di calcio nel corpo. Lo stronzio assorbito è - come il calcio - immagazzinato principalmente nelle ossa, che è un'opzione di trattamento per l'osteoporosi. Con la formazione di sale con acidi organici come acido ranelico o acido malonico si ottiene una biodisponibilità corrispondentemente elevata.

89Sr è usato come cloruro (sotto il nome commerciale "Metastron") per la terapia con radionuclidi delle metastasi ossee.

sicurezza

Come altri metalli alcalino terrosi, lo stronzio è infiammabile. Reagisce con acqua o anidride carbonica in modo da non poter essere utilizzato come agente estinguente. Per l'estinzione, utilizzare estintori metallici (classe D) ed è anche possibile utilizzare sabbia asciutta, sale e polvere estinguente. Inoltre, l'idrogeno si forma a contatto con l'acqua, che è esplosiva. Per l'eliminazione di piccole quantità lo stronzio può essere fatto reagire con isopropanolo, terz-butanolo o ottanolo.

Connessioni

Come tutti i metalli alcalini della terra, lo stronzio si presenta in composti stabili solo nello stato di ossidazione + 2. Questi sono solitamente sali incolori, spesso facilmente solubili in acqua.

alogenuri

Con gli alogeni il fluoro, il cloro, il bromo e lo stronzio di iodio formano in ogni caso un alogenuro con la formula generale SrX2. Sono tipici, incolori e, ad eccezione del fluoruro di stronzio, sali facilmente solubili in acqua. Possono essere preparati per reazione del carbonato di stronzio con acidi idrofilici come acido fluoridrico o acido cloridrico. Il cloruro di stronzio viene utilizzato come intermedio per la produzione di altri composti dello stronzio e anche nel dentifricio, dove dovrebbe agire contro i denti sensibili al dolore.

Sali di acidi di ossigeno

Soprattutto, i sali di stronzio di acidi di ossigeno come carbonato di stronzio, nitrato di stronzio, solfato di stronzio o cromato di stronzio sono di importanza industriale. Il carbonato di stronzio è la forma commerciale più importante di composti dello stronzio, la maggior parte del celestin degradato viene convertito in carbonato di stronzio. Viene utilizzato principalmente per la produzione di vetro che assorbe i raggi X per tubi a raggi catodici, ma anche per la produzione di ferrite di stronzio per magneti permanenti o elettroceramica. Il nitrato di stronzio viene utilizzato principalmente nella pirotecnica per la colorazione tipica della fiamma rossa dello stronzio, il cromato di stronzio giallo serve da primer contro la corrosione dell'alluminio negli aeromobili o nella costruzione navale.

Ulteriori composti dello stronzio

I composti dello stronzio (I) sono stati rilevati come intermedi instabili nelle fiamme calde. Qui, l'idrossido di stronzio (I), SrOH, simile al cloruro di stronzio (I), SrCl, è un forte emettitore nella regione spettrale rossa e funge da unico colorante nei razzi pirotecnici rossi ad alta intensità e saturi profondi.

Composti organici di stronzio

I composti organici di stronzio sono solo leggermente conosciuti e studiati perché sono molto reattivi e possono anche reagire con molti solventi come gli eteri. Nei solventi non polari, tuttavia, sono insolubili. Tra gli altri, è stato mostrato un metallocene con anioni pentametilciclopentadienil (Cp *), che è angolato nella fase gassosa in contrasto con altri metalloceni come il ferrocene.

Prezzi dello stronzio

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