锶：历史，结构，性质，反应和用途 - 化学

的锶是碱土金属，其化学符号是新鲜先生切为白色，银色的光泽，但是当暴露于空气中氧化并获取淡黄色。因此，在存储过程中必须保护其不受氧气的影响。

从矿脉中提取的锶是矿物天青石或天青石（SrSO ₄）和锶石（SrCO ₃）的形式。然而，天青石是锶开采的主要形式，其沉积物位于沉积土壤中并与硫结合。

氩气保护的金属锶样品。资料来源：锶锶下的氩气SchutzgasAtmosphäre.jpgMatthias Zepper衍生作品：材料科学家

天青石以菱形晶体的形式出现，通常是无色，玻璃状和透明的。尽管锶是以这种方式提取的，但必须将其转变成其各自的碳酸盐，最后将其还原。

1790年，阿黛尔·克劳福德（Adair Crawford）和威廉·克鲁克香克（William Cruickshank）将锶鉴定为一种新元素，这种锶是来自苏格兰阿盖尔Strontion镇附近一家铅矿中的一种矿物。1807年，汉弗莱·戴维（Humphry Davy）通过电解分离出锶。

锶是可延展的，易延展的金属，是良好的电导体。但它几乎没有工业和商业用途。其应用之一是与铝和镁形成合金，从而改善了这些金属的处理性和流动性。

在元素周期表中，锶位于钙和钡之间的第2组中，发现其某些物理性质（例如密度，熔点和硬度）相对于所显示的具有中间值钙和钡。

锶在自然界中以四种稳定的同位素形式存在：⁸⁸ Sr，丰度为0.86％。的⁸⁶的Sr，9.9％丰度; 的⁸⁷的Sr，7.0％丰度; 和⁸⁴ Sr，丰度为0.56％。

⁹⁰ Sr是放射性同位素，它是放射性沉降物（核爆炸和核反应堆泄漏的产物）中最具破坏性的组成部分，因为由于钙和锶之间的相似性，同位素被掺入骨头中，产生骨癌和白血病。

历史

研究了来自苏格兰阿盖尔Strontian村附近铅矿的一种矿物。最初被确定为碳酸钡的一种。但是1789年，阿黛尔·克劳福德（Adair Crawford）和威廉·克鲁克申克（William Cruickshank）指出，所研究的物质是另一个有问题的物质。

化学家托马斯·查尔斯·霍普（Thomas Charles Hope）将新的矿物锶命名为锶，相应的“地球”（氧化锶，SrO）命名为锶。

1790年，克劳福德和克鲁克香克燃烧了所研究的物质，观察到火焰的颜色为深红色，与当时已知元素中的火焰不同。他们得出的结论是，他们身处一个新元素的面前。

1808年，威廉·汉弗莱·戴维爵士（Sir William Humphry Davy）使用汞的阴极电解至锶的氢氧化物或氯化物与汞的氧化物的潮湿混合物。然后，将形成的汞齐中的汞蒸发，使锶游离。

戴维将隔离元素命名为锶（strontium）。

锶的结构和电子构型

金属锶在室温下结晶成面心立方（fcc）结构。

在这种结构中，Sr原子位于晶胞的顶点和立方面上。它总共具有四个Mr原子，比其他结构（例如立方或bcc）相对更致密。

Sr原子由于金属键而保持团结，金属键是其原子价态轨道在晶体内各个方向上重叠的产物。这个轨道是5s，根据电子结构，它有两个电子：

5秒²

因此，产生了一个完整的5s频带和一个5p导带（能带理论）。

关于其他金属相，书目信息不多，尽管可以确定它们的晶体在承受高压时会发生相变。

氧化数

锶与其他金属一样，很容易失去其价电子。这是5s轨道的两个电子。因此，Sr原子转化为二价Sr ²⁺阳离子（M ²⁺，就像其余的碱土金属一样），与稀有气体k 等电子。据说锶的氧化值为+2。

当不是失去两个电子而只失去一个电子时，就形成了Sr ⁺阳离子。因此，其氧化数为+1。Sr ⁺在衍生自锶的化合物中很少见。

物产

出现

银白色，带有金属光泽，略带黄色。

摩尔质量

87.62克/摩尔

熔点

777°C

沸点

1,377摄氏度

密度

-环境温度：2.64克/厘米³

-液体状态（熔点）：2.375 g / cm ³

溶解度

溶于乙醇和酸。它不溶于水，因为它会与水发生强烈反应。

熔化热

7.43 kJ /摩尔

汽化热

141 kJ /摩尔

热摩尔容量

26.4 J /（mol·K）。

电负性

鲍林标度为0.95。

电离能

第一电离水平：549.5 kJ / mol。

第二电离水平：1,064.2 kJ / mol。

第三级电离：4,138 kJ / mol。

原子无线电

经验215 pm。

共价半径

195±10下午

热膨胀

在25°C时为22.5 µm /（m·K）。

导热系数

35.4 W /（mK）。

电阻率

在20°C下为132nΩ·m

硬度

莫氏等级1.5。

潜在火灾

锶细碎后，会在空气中自燃。另外，当加热到熔点以上时，它会点燃，并且在暴露于火焰中时可能会引起爆炸危险。

存储

为避免锶氧化，建议将其浸没在煤油或石脑油中保存。锶应存放在阴凉，通风良好的地方，远离有机物和其他容易氧化的材料。

命名法

由于氧化数+1并不常见，因此为简化锶化合物周围的命名法，仅存在+2。这就是为什么在股票命名法中，名称末尾的（II）被忽略的原因；在传统术语中，它们始终以-ico结尾。

例如，分别根据库存和传统术语，SrO是氧化锶或氧化锡。

形状

由于其出色的反应性，金属锶在自然界中不会显得孤立。但是，通过浸入煤油或惰性气体（例如稀有气体）气氛中，可以发现其处于元素状态不受氧气的保护。

还发现与铝和镁形成合金，以及与锡和铅的合金形成聚集体。发现锶以离子形式（Sr ²⁺）溶解在土壤或海水等中。

因此，说锶是指Sr ²⁺阳离子（在较小程度上是Sr ⁺）。

它也可以离子形式与其他元素相互作用形成盐或其他化合物。如氯化锶，碳酸盐，硫酸盐，硫化物等。

锶主要存在于两种矿物中：天青石或天青石（SrSO ₄）和锶锶矿（SrCO ₃）。天青石是锶矿开采的主要来源。

锶有4种自然同位素，其中^88种最丰富，自然也有很多，是在核反应堆中人工产生的放射性同位素。

生物作用

锶在脊椎动物中没有已知的生物学作用。由于它与钙相似，因此可以在骨骼组织中替代钙。即，Sr ²⁺置换Ca ²⁺。但是，骨骼中锶和钙的比例在1 / 1,000到1 / 2,000之间。即极低。

因此，锶不能在骨骼中履行自然的生物学功能。

雷奈酸锶已被用于治疗骨质疏松症，因为它会引起骨骼硬化。但无论如何，这是一种治疗作用。

锶的生物学功能的几个例子之一发生在Acantharea中，Acantharea是一种放射虫原生动物，具有骨架，存在锶。

在哪里找到和生产

天青石晶体，锶的矿物学来源。资料来源：Aram Dulyan（使用者：Aramgutang）

在所有火成岩中发现约0.034％的锶。但是，在锶含量高的矿床中只发现了两种矿物：天青石或天青石。

在两种重要的锶矿物中，仅在沉积物中发现的天青石含量足够，可以创建提取锶的设施。

由于大多数锶是以碳酸锶的形式产生的，因此，strationite比天青石更有用。但几乎没有发现任何可以进行可持续开采的矿床。

海水中的锶含量在82至90μmol/ L之间，远低于钙的浓度，在9.6至11 mmol / L之间。

几乎所有的开采都基于天青石矿床，因为锶矿脉十分稀少，而且从中提取锶不是很赚钱。尽管如此，大多数锶是以碳酸锶的形式产生的。

皮江法

在煤的存在下焚烧天青石，将硫酸锶转化为硫化锶。在第二阶段中，将含有硫化锶的深色材料溶解在水中并过滤。

然后，用二氧化碳处理硫化锶溶液，以产生碳酸锶沉淀。

锶可以通过Pidgeon方法的一种变体来分离。氧化锶与铝的反应是在真空中发生的，在此锶被转化为气体，并通过生产re被输送到冷凝器中，在其中以固体形式沉淀。

电解

锶可以通过接触阴极电解的方法以棒状获得。在该过程中，作为阴极的冷却铁棒与氯化钾和氯化锶的熔融混合物的表面接触。

当锶在阴极（铁棒）上凝固时，棒上升。

反应

与硫属元素和卤素

锶是一种活性还原金属，可与卤素，氧和硫反应，分别生成卤化物，氧化物和硫。锶是一种银色金属，但暴露于空气中会氧化成氧化锶：

Sr（s）+1 / 2O ₂（g）=> SrO（s）

氧化物在金属表面形成深色层。其与氯和硫的反应如下：

Sr（s）+ Cl ₂（g）=> SrCl ₂（s）

Sr（s）+ S（l）=> SrS（s）

锶与熔融硫反应。

与空气

能与氧气结合形成过氧化锶。但是它需要高压的氧气才能形成。它也可以与氮反应生成氮化锶：

3Sr（s）+ N ₂（g）=> Sr ₃ N ₂（s）

但是，温度必须高于380°C才能发生反应。

与水

锶会与水剧烈反应，形成氢氧化锶，Sr（OH）₂和氢气。锶与水之间的反应不像在钡中那样具有碱金属与水之间的反应所观察到的剧烈作用。

与酸和氢

锶可以与硫酸和硝酸反应，分别形成硫酸锶和硝酸锶。它还将热与氢结合形成氢化锶。

锶与元素周期表s块中的其他重元素一样，具有广泛的配位数。例如在诸如SrCd ₁₁和SrZn _13的化合物中看到的2、3、4、22和24等。

应用领域

-元素锶

合金类

它被用作共晶改性剂，以提高Al-Ag合金的强度和延展性。它在球墨铸铁中用作孕育剂以控制石墨的形成。它也被添加到锡和铅合金中以增加韧性和延展性。

此外，它还用作铜和青铜的脱氧剂。将少量锶添加到熔融铝中以优化金属的熔融性，使其更适合于制造传统上由钢制成的物体。

它是铝或镁的合金剂，用于铸造发动机缸体和车轮。锶改善了与之合金化的金属的处理性和流动性。

同位素

尽管具有破坏性作用，但⁹⁰ Sr仍用作热电发电机，利用其辐射产生的热能产生持久的电力，并应用于航天器，远程研究站和导航浮标中。

在⁸⁹锶已经在骨癌的治疗中使用，使用的放射性发射β型对肿瘤细胞的破坏。

锶原子已被用来建立一个用于测量时间的系统，该系统每2亿年几乎不到一秒钟。这使其成为最精确的手表。

-化合物

碳酸盐

铁氧体和磁铁

碳酸锶（SrCO ₃）与三氧化_二铁（Fe ₂ O ₃）在1,000至1,300℃之间反应，形成锶铁氧体。该铁素体族的通式为SrFe _x O ₄。

陶瓷磁体由铁氧体制成，并用于各种应用中。其中：扬声器，汽车雨刷器的马达以及儿童玩具的制造。

碳酸锶还用于生产电视屏幕和显示单元的玻璃。

眼镜

除了改善用于液晶显示器（LCD）的玻璃的性能外，它还用于玻璃陶瓷制品，从而增强了其在烧制过程中的耐刮擦性和抗气泡性。

它用于生产光学，玻璃器皿和照明用玻璃。它也是玻璃纤维，实验室玻璃和药物玻璃的一部分，因为它可以增加硬度，抗刮擦性以及亮度。

金属和盐的生产

它用于获得高纯度的锌，因为它有助于消除铅杂质。它有助于生产铬酸锶，一种在印刷涂料中用作腐蚀抑制剂的化合物。

废水和磷光灯

它用于处理废水以去除硫酸盐。另外，它还用于正磷酸的生产中，正磷酸用于荧光灯的生产中。

烟火

像其他锶盐一样，碳酸锶也用于烟花中，使其呈现深红色。锶测试中也使用的污渍。

氢氧化物

它被用于从甜菜中提取糖，因为氢氧化锶与糖结合生成复合糖。复合物可通过二氧化碳的作用而解离，而使糖游离。它还用于稳定塑料。

氧化物

它存在于电视显像管制造中使用的玻璃中，从1970年开始应用。彩色电视机以及其他包含阴极射线的设备都需要在前板上使用锶来阻止X光片

这些电视不再使用，因为阴极管已被其他设备取代，因此不需要使用锶化合物。

另一方面，氧化锶用于改善陶瓷釉的质量。

氯化物

氯化锶用于某些牙膏中，用于敏感牙齿和制造烟花。另外，它以有限的方式用于去除真空容器中的有害气体。

雷奈特

它可用于治疗骨质疏松症，因为它可以增加骨密度并减少骨折的发生率。局部应用可抑制感觉刺激。但是，由于有证据表明它增加了心血管疾病的发生率，因此其使用有所减少。

铝酸盐

在电子工业中用作掺杂剂。由于它是一种化学和生物惰性化合物，因此也常用于使某些玩具在黑暗中发光。

参考文献

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