Стронций (лат. Strontium), Sr, химический элемент II группы
периодической Системы Менделеева, 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 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 Стронций SrO. В 1808 Г. Дэви,
подвергая электролизу с ртутным катодом смесь увлажнённой гидроокиси
Sr(ОН)2 с окисью ртути, получил амальгаму стронция.
Распространение в природе. Среднее содержание стронция в земной коре (кларк)
3,4-10ґ2% по массе, в геохимических процессах он является
спутником кальция. Известно около 30 минералов стронция: важнейшие - целестин
SrSO4 и стронцианит
SrCO3. В магматических породах стронций находится преимущественно в
рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решётку
кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере стронций накапливается в
карбонатных породах и особенно в осадках солёных озёр и лагун (месторождения
целестина).
Физические и химические свойства. При комнатной температуре решётка стронция
кубическая гранецентрированная (a-Sr); при температуре выше 248 oС
превращается в гексагональную модификацию (b-Sr); при 614
oС переходит в кубическую объёмноцентрированную модификацию (g-Sr). Плотность a - формы
2,63г/см3 (20 oС); tпл 770 oС,
tkип 1383 oС; удельная теплоёмкость 737,4
кдж/(кг·К) [0,176 кал/(г·oС)]; удельное
электросопротивление 22.76-10-6ом·см3 Стронций
парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре
91,2·10-6. Стронций - мягкий пластичный металл, легко режется ножом.
Конфигурация внешней электронной оболочки атома Sr 5s2, в
соединениях обычно имеет степень окисления +2. Стронций - щёлочноземельный металл,
по химическим свойствам сходен с Ca и Ba. Металлический стронций быстро окисляется
на воздухе, образуя желтоватую поверхностную плёнку, содержащую окись SrO,
перекись SrO2 и нитрид Sr3N2. С кислородом
при обычных условиях образует окись SrO (серовато-белый порошок), которая на
воздухе легко переходит в карбонат SrCO3: с водой энергично
взаимодействует, образуя гидроокись Sr (OH)2 - основание более
сильное, чем Ca(OH)2. При нагревании на воздухе легко
воспламеняется, а порошкообразный стронций на воздухе самовозгорается, поэтому
хранят стронций в герметически закрытых сосудах под слоем керосина. Бурно
разлагает воду с выделением водорода и образованием гидроокиси. При
повышенных температурах взаимодействует с водородом (>200 oС), азотом
(>400 oС), фосфором, серой и галогенами. При нагревании образует
интерметаллические соединения с металлами, например SrPb3,
SrAg4, SrHg8, SrHg12. Из солей стронция хорошо
растворимы в воде галогениды (кроме фторида), нитрат, ацетат, хлорат; трудно
растворимы карбонат, сульфат, оксалат и фосфат. Осаждение стронция в виде оксалата
и сульфата используют для его аналитического определения. Многие соли стронция
образуют кристаллогидраты, содержащие от 1 до 6 молекул кристаллизационной
воды. Сульфид SrS постепенно гидролизуется водой: нитрид
Sr3N2 (чёрные кристаллы) легко разлагается водой с
выделением NH3 и Sr(OH)2. Стронций хорошо растворяется в
жидком аммиаке, давая растворы тёмно-синего цвета.
Получение и применение. Основным сырьём для получения соединений стронция
служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический стронций
получают восстановлением окиси стронция алюминием при 1100-1150 oС:
4SrO + 2AI = 3Sr + SrO·Al2O3.
Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м2
(10 -2 мм рт. ст.)] периодического действия. Пары стронция
конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат
конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и
расплавляют конденсат, который стекает в изложницу. Стронций получают также
электролизом расплава, содержащего 85% SrCl2 и 15% KCI, однако
при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязнённым
солями, нитридом и окисью. В промышленности электролизом с жидким катодом
получают сплавы стронция, например с оловом.
Практическое применение металлического Стронций невелико. Он служит для
раскисления меди и бронзы. -90Sr - источник b-излучения в атомных
электрических батареях. Стронций используется для изготовления люминофоров и
фотоэлементов, а также сильно пирофорных сплавов. Окись стронция входит в состав
некоторых оптических стекол и оксидных катодов электронных ламп. Соединения
стронция окрашивают пламя в интенсивный вишнёво-красный цвет, благодаря чему
некоторые из них находят применение в пиротехнике. Стронцианит вводят в шлак
для очистки высокосортных сталей от серы и фосфора; карбонат стронция используют в
неиспаряющихся геттерах,
а также добавляют в состав стойких к атмосферным воздействиям глазурей и
эмалей для покрытия фарфора, сталей и жаропрочных сплавов. Хромат
SrCrO4 - очень устойчивый пигмент для изготовления художественных
красок, титанат SrTiO3 применяют как сегнетоэлектрик, он входит в
состав пьезокерамики. Стронциевые соли жирных кислот ("стронциевые мыла")
используют для изготовления специальных консистентных смазок.
Соли и соединения стронция малотоксичны; при работе с ними следует
руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и
щёлочноземельных металлов.
Стронций в организме. Стронций - составная часть микроорганизмов, растений и
животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата стронция -
целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг стронция на 100 г
сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные
животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление стронция различными организмами
зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде стронций с
др. элементами, главным образом с Ca и Р, а также от адаптации организмов к
определённой геохимической среде.
Животные получают стронций с водой и пищей. Всасывается стронций тонким, а выделяется
в основном толстым кишечником. Ряд веществ (полисахариды водорослей,
катионообменные смолы) препятствует усвоению стронция. Главное депо стронция в организме
- костная ткань, в золе которой содержится около 0,02% стронция (в др. тканях -
около 0,0005%). Избыток солей стронция в рационе крыс вызывает "стронциевый"
рахит. У животных, обитающих на почвах со значительным количеством
целестина, наблюдается повышенное содержание стронция в организме, что приводит к
ломкости костей, рахиту и др. заболеваниям. В биогеохимических провинциях,
богатых стронцием (ряд районов Центральной и Восточной Азии, Северной Европы и
др.), возможна т. н. уровская
болезнь.
Стронций-90. Среди искусственных изотопов стронция его долгоживущий радионуклид
90Sr - один из важных компонентов радиоактивного загрязнения
биосферы. 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 передвижении 90Sr и Ca по биологическим и
пищевым цепям происходит дискриминация стронция, для количественного выражения
которой находят "коэффициент дискриминации", отношение 90Sr/Ca в
последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в
предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация
90Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.
В растения 90Sr может поступать непосредственно при
прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое
влияние имеет тип почвы, сё 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 др. 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
b-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом
90Y. 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
Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в
1963 в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере,
космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от
90Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.
