เคมีภัณฑ์สตรอนเทียม - คำอธิบายคุณสมบัติและสูตร

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

สตรอนเทียม (ซีเนียร์) เป็นธาตุเคมี ซึ่งเป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธในกลุ่มที่ 2 ของตารางธาตุ ใช้ในไฟสัญญาณสีแดงและสารเรืองแสง ก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพที่สำคัญในการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสี

ประวัติการค้นพบ

แร่จากเหมืองตะกั่วใกล้หมู่บ้านสตรอนเทียนในสกอตแลนด์ เดิมเป็นที่รู้จักในฐานะแบเรียมคาร์บอเนตหลายชนิด แต่ Adair Crawford และ William Cruikshank แนะนำในปี 1789 ว่าเป็นสารที่แตกต่างกัน นักเคมี โธมัส ชาร์ลส์ โฮป ตั้งชื่อแร่สตรอนไทต์ชนิดใหม่ตามหมู่บ้าน และธาตุสตรอนเทียมออกไซด์ SrO ที่สอดคล้องกัน สตรอนเทียม โลหะถูกแยกออกในปี 1808 โดยเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวี ซึ่งอิเล็กโทรไลซ์ของผสมของไฮดรอกไซด์เปียกหรือคลอไรด์กับปรอทออกไซด์โดยใช้แคโทดปรอท จากนั้นจึงระเหยปรอทออกจากส่วนผสมที่เป็นผลลัพธ์ เขาตั้งชื่อธาตุใหม่โดยใช้รากของคำว่า "สตรอนเทียม"

อยู่ในธรรมชาติ

ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของสตรอนเทียม ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ 38 ของตารางธาตุ ในอวกาศนั้นคาดว่าจะมีอะตอม 18.9 สำหรับทุก ๆ 106 อะตอมซิลิกอน มันเกี่ยวกับ0.04% ของมวลเปลือกโลก ความเข้มข้นเฉลี่ยของธาตุในน้ำทะเลคือ 8 มก./ลิตร

ธาตุโลหะสตรอนเทียมพบอย่างแพร่หลายในธรรมชาติและคาดว่าจะเป็นสารที่มีความอุดมสมบูรณ์มากเป็นอันดับที่ 15 ของโลก โดยมีความเข้มข้นถึง 360 ส่วนต่อล้าน เนื่องจากเกิดปฏิกิริยารุนแรง จึงมีอยู่ในรูปของสารประกอบเท่านั้น แร่ธาตุหลักของมันคือเซเลสทีน (ซัลเฟต SrSO₄) และสตรอนเทียนไนต์ (คาร์บอเนต SrCO_{3) ในจำนวนนี้ เซเลสไทต์เกิดขึ้นในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการขุดที่ทำกำไร โดยมากกว่า 2/3 ของอุปทานของโลกที่มาจากประเทศจีน และสเปนและเม็กซิโกเป็นผู้จัดหาส่วนที่เหลือส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม การขุดสตรอนเชียนนั้นให้ผลกำไรมากกว่า เนื่องจากสตรอนเทียมมักใช้ในรูปแบบคาร์บอเนต แต่มีเงินฝากที่รู้จักค่อนข้างน้อย}

คุณสมบัติ

สตรอนเทียมเป็นโลหะอ่อน คล้ายกับตะกั่ว ซึ่งจะส่องแสงเหมือนเงินเมื่อตัด ในอากาศจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและความชื้นในบรรยากาศอย่างรวดเร็ว ทำให้ได้โทนสีเหลือง ดังนั้นจึงต้องเก็บแยกจากมวลอากาศ ส่วนใหญ่มักจะเก็บไว้ในน้ำมันก๊าด มันไม่ได้เกิดขึ้นในสภาวะอิสระในธรรมชาติ แคลเซียม สตรอนเทียมรวมอยู่ในแร่หลัก 2 ชนิดเท่านั้น: เซเลสไทต์ (SrSO₄) และสตรอนเชียม (SrCO₃₎

ในชุดองค์ประกอบทางเคมี แมกนีเซียม-แคลเซียม-สตรอนเทียม (โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ) Sr อยู่ในกลุ่มที่ 2 (เดิมคือ 2A) ของตารางธาตุระหว่าง Ca และ Ba นอกจากนี้ยังตั้งอยู่ในช่วงที่ 5 ระหว่างรูบิเดียมและอิตเทรียม เนื่องจากรัศมีอะตอมของสตรอนเทียมคล้ายกับรัศมีของแคลเซียม มันสามารถแทนที่หลังในแร่ธาตุได้อย่างง่ายดาย แต่มันนุ่มกว่าและมีปฏิกิริยามากกว่าในน้ำ เกิดก๊าซไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนเมื่อสัมผัส สตรอนเทียม 3 allotropes เป็นที่ทราบกันดีว่ามีจุดเปลี่ยนผ่านที่ 235°C และ 5400°C

โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธโดยทั่วไปจะไม่ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 380 องศาเซลเซียส และเกิดเฉพาะออกไซด์ที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในรูปแบบผง สตรอนเทียมจะจุดไฟให้กลายเป็นออกไซด์และไนไตรด์ได้เองตามธรรมชาติ

คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ

ลักษณะพิเศษของธาตุสตรอนเทียมตามแผน:

• ชื่อ สัญลักษณ์ เลขอะตอม: สตรอนเทียม ซีเนียร์ 38.
• กลุ่ม ระยะเวลา บล็อก: 2, 5, s.
• มวลอะตอม: 87.62 ก./โมล
• E-config: [Kr]5s2.
• การกระจายอิเล็กตรอนในเปลือก: 2, 8, 18, 8, 2.
• Gensity: 2.64g/cm3.
• จุดหลอมเหลวและจุดเดือด: 777 °C, 1382°C.
• สถานะออกซิเดชัน: 2.

ไอโซโทป

Sr (82.6%), ⁸⁶Sr (9, 9%), ⁸⁷Sr (7.0%) และ ⁸⁴Sr (0.56%) ในจำนวนนี้ มีเพียง ⁸⁷Sr เป็นกัมมันตภาพรังสี - เกิดจากการสลายของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของรูบิเดียม ⁸⁷Rb ที่มีครึ่งชีวิต 4.88 × 10 ¹⁰ ปี. เชื่อกันว่า ⁸⁷Sr ถูกผลิตขึ้นในช่วง "การสังเคราะห์นิวเคลียสเบื้องต้น" (ระยะเริ่มต้นของบิ๊กแบง) พร้อมกับไอโซโทป ⁸⁴Sr,86 ^{Sr และ} 88^{Sr. ขึ้นอยู่กับสถานที่ อัตราส่วนของ} 87^{Sr และ} 86^{Sr อาจแตกต่างกันมากกว่า 5 ครั้ง ใช้สำหรับระบุตัวอย่างทางธรณีวิทยาและกำหนดที่มาของโครงกระดูกและสิ่งประดิษฐ์จากดินเหนียว}

จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ได้รับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีสังเคราะห์ของสตรอนเทียมประมาณ 16 ตัว ซึ่งทนทานที่สุดคือ 90Sr (ครึ่งชีวิต 28.9 ปี) ไอโซโทปนี้ซึ่งผลิตขึ้นจากการระเบิดของนิวเคลียร์ถือเป็นผลิตภัณฑ์จากการสลายที่อันตรายที่สุด เนื่องจากมีความคล้ายคลึงทางเคมีกับแคลเซียม แคลเซียมจึงถูกดูดซึมเข้าสู่กระดูกและฟัน ซึ่งยังคงขับอิเล็กตรอน ทำให้เกิดความเสียหายจากรังสี ไขกระดูกเสียหาย ขัดขวางการสร้างเซลล์เม็ดเลือดใหม่ และก่อให้เกิดมะเร็ง

อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุมโดยแพทย์ สตรอนเทียมใช้รักษามะเร็งผิวเผินบางชนิดและมะเร็งกระดูก นอกจากนี้ยังใช้ในรูปของสตรอนเทียมฟลูออไรด์ในแหล่งกระแสเคมีและในเครื่องกำเนิดความร้อนด้วยความร้อนด้วยไอโซโทปรังสี ซึ่งจะแปลงความร้อนจากการสลายกัมมันตภาพรังสีให้เป็นไฟฟ้า โดยทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานน้ำหนักเบาที่มีอายุยืนยาวในทุ่นนำทาง สถานีตรวจอากาศระยะไกล และยานอวกาศ

89Sr ใช้รักษามะเร็งเพราะมันโจมตีเนื้อเยื่อกระดูก สร้างรังสีเบตา และสลายตัวหลังจากผ่านไปสองสามเดือน (ครึ่งชีวิต 51 วัน)

ธาตุโลหะสตรอนเทียมไม่จำเป็นสำหรับรูปแบบชีวิตที่สูงขึ้น เกลือของมันมักจะไม่เป็นพิษ สิ่งที่ทำให้90Sr อันตราย เคยเพิ่มความหนาแน่นของกระดูกและการเจริญเติบโต

การเชื่อมต่อ

คุณสมบัติของสตรอนเทียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับแคลเซียมมาก ในสารประกอบ Sr มีสถานะออกซิเดชันเฉพาะ +2 เป็น Sr2+ ไอออน โลหะนี้เป็นสารรีดิวซ์แบบแอคทีฟและทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน ออกซิเจน และกำมะถันได้อย่างง่ายดายเพื่อผลิตเฮไลด์ ออกไซด์ และซัลไฟด์

สารประกอบสตรอนเทียมมีมูลค่าทางการค้าค่อนข้างจำกัด เนื่องจากสารประกอบแคลเซียมและแบเรียมที่สอดคล้องกันโดยทั่วไปทำเช่นเดียวกัน แต่มีราคาถูกกว่า อย่างไรก็ตาม บางส่วนพบว่ามีการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าสารใดบ้างที่ทำให้ได้สีแดงเข้มในดอกไม้ไฟและไฟสัญญาณ ปัจจุบันมีเพียงเกลือสตรอนเทียมเช่น Sr(NO₃)₂ และ Sr(ClO) คลอเรตเท่านั้นที่ใช้เพื่อให้ได้สีนี้3₎2 _{. การผลิตองค์ประกอบทางเคมีนี้ประมาณ 5-10% ถูกใช้โดยดอกไม้ไฟ สตรอนเทียมไฮดรอกไซด์ Sr(OH)}2 _{บางครั้งใช้ในการสกัดน้ำตาลจากกากน้ำตาลเพราะมันจะสร้างแซคคาไรด์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งน้ำตาลสามารถสร้างใหม่ได้ง่ายโดยการกระทำของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โมโนซัลไฟด์ SrS ใช้เป็นสารกำจัดขนและเป็นส่วนผสมในสารเรืองแสงของอุปกรณ์เรืองแสงและสีเรืองแสง}

สตรอนเทียมเฟอร์ไรต์ก่อรูปตระกูลของสารประกอบที่มีสูตรทั่วไปคือ SrFe_xO_y ที่ได้จากอุณหภูมิสูง (1000-1300 °C) ปฏิกิริยา SrCO₃ และเฟ₂O_{3. ใช้ทำแม่เหล็กเซรามิก ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในลำโพง มอเตอร์ปัดน้ำฝนรถยนต์ และของเล่นเด็ก}

การผลิต

เซเลสไทต์ที่มีแร่ธาตุมากที่สุด SrSO₄ จะถูกแปลงเป็นคาร์บอเนตในสองวิธี: ชะล้างโดยตรงด้วยสารละลายโซเดียมคาร์บอเนตหรือให้ความร้อนด้วยถ่านหินเพื่อสร้างซัลไฟด์ ในขั้นตอนที่สองจะได้สารสีเข้มซึ่งส่วนใหญ่เป็นสตรอนเทียมซัลไฟด์ "ขี้เถ้าสีดำ" นี้ละลายในน้ำและกรอง สตรอนเทียมคาร์บอเนตตกตะกอนจากสารละลายซัลไฟด์โดยการแนะนำคาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟตถูกรีดิวส์เป็นซัลไฟด์โดยการลดคาร์บอเทอร์มอล SrSO₄ + 2C → SrS + 2CO₂ เซลล์สามารถผลิตได้โดยการสัมผัสทางไฟฟ้าเคมีแบบแคโทด ซึ่งแท่งเหล็กหล่อเย็นซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทด สัมผัสพื้นผิวของส่วนผสมของโพแทสเซียมและสตรอนเทียมคลอไรด์ และเพิ่มขึ้นเมื่อสตรอนเทียมแข็งตัวบนเซลล์ ปฏิกิริยาบนอิเล็กโทรดสามารถแสดงได้ดังนี้: Sr²⁺ + 2e^- → Sr (แคโทด); 2Cl^- → Cl₂ + 2e^{- (ขั้วบวก).}

โลหะ Sr สามารถกู้คืนจากออกไซด์ของอะลูมิเนียมได้ด้วย มีลักษณะอ่อนตัวและเหนียว เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี แต่มีการใช้งานค่อนข้างน้อย การใช้งานประการหนึ่งคือใช้เป็นสารผสมสำหรับอะลูมิเนียมหรือแมกนีเซียมในการหล่อบล็อกกระบอกสูบ สตรอนเทียมช่วยเพิ่มความสามารถในการแปรรูปและความต้านทานการคืบโลหะ. อีกทางเลือกหนึ่งในการรับสตรอนเทียมคือการลดออกไซด์ด้วยอะลูมิเนียมในสุญญากาศที่อุณหภูมิการกลั่น

ใช้ในเชิงพาณิชย์

ธาตุโลหะชนิดหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในแก้วหลอดรังสีแคโทดทีวีสีเพื่อป้องกันการแทรกซึมของรังสีเอกซ์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในสีสเปรย์ ดูเหมือนว่าจะเป็นหนึ่งในแหล่งที่มีโอกาสมากที่สุดในการสัมผัสกับสตรอนเทียมในที่สาธารณะ นอกจากนี้ องค์ประกอบนี้ใช้ในการผลิตแม่เหล็กเฟอร์ไรท์และปรับแต่งสังกะสี

เกลือสตรอนเทียมใช้ในดอกไม้ไฟเพราะจะทำให้เปลวไฟเป็นสีแดงเมื่อถูกเผา และโลหะผสมของเกลือสตรอนเทียมกับแมกนีเซียมก็ถูกใช้เป็นส่วนหนึ่งของสารก่อเพลิงและสัญญาณผสม

Titanate มีดัชนีการหักเหของแสงและการกระจายแสงที่สูงมาก ทำให้มีประโยชน์ในเลนส์ สามารถใช้แทนเพชรได้ แต่ไม่ค่อยได้ใช้เพื่อการนี้เนื่องจากมีความนุ่มนวลและเสี่ยงต่อการขีดข่วนมาก

สตรอนเทียมอะลูมิเนตเป็นสารเรืองแสงที่ให้ความคงตัวของสารเรืองแสงยาวนาน บางครั้งใช้ออกไซด์เพื่อปรับปรุงคุณภาพของเคลือบเซรามิก ไอโซโทป 90Sr เป็นหนึ่งในตัวปล่อยเบต้าพลังงานสูงที่มีอายุการใช้งานยาวนานที่ดีที่สุด ใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเครื่องกำเนิดความร้อนด้วยความร้อนจากไอโซโทปไอโซโทป (RTG) ซึ่งจะเปลี่ยนความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีให้เป็นไฟฟ้า อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ในยานอวกาศ สถานีตรวจอากาศระยะไกล ทุ่นนำทาง ฯลฯ - ที่ซึ่งต้องใช้แหล่งพลังงานนิวเคลียร์-ไฟฟ้าที่มีแสงสว่างและมีอายุการใช้งานยาวนาน

การใช้สตรอนเทียมในทางการแพทย์: การระบุคุณสมบัติ การรักษาด้วยยา

ไอโซโทป 89Sr เป็นสารออกฤทธิ์ในยากัมมันตภาพรังสี Metastron ซึ่งใช้รักษาอาการปวดกระดูกที่เกิดจากมะเร็งต่อมลูกหมากระยะแพร่กระจาย องค์ประกอบทางเคมีสตรอนเทียมทำหน้าที่เหมือนแคลเซียมซึ่งส่วนใหญ่รวมอยู่ในกระดูกในสถานที่ที่มีการสร้างกระดูกเพิ่มขึ้น การโลคัลไลเซชันนี้เน้นการแผ่รังสีที่รอยโรคของมะเร็ง

ไอโซโทปรังสี 90Sr ยังใช้ในการรักษามะเร็งอีกด้วย รังสีเบตาและครึ่งชีวิตที่ยาวนานเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการบำบัดด้วยรังสีพื้นผิว

ยาทดลองที่ทำโดยการผสมผสานสตรอนเทียมกับกรดราเนลิกช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตของกระดูก เพิ่มความหนาแน่นของกระดูก และลดการแตกหัก Stronium ranelate จดทะเบียนในยุโรปเพื่อรักษาโรคกระดูกพรุน

บางครั้งใช้สตรอนเทียมคลอไรด์ในยาสีฟันสำหรับฟันที่บอบบาง เนื้อหาถึง 10%

ข้อควรระวัง

สตรอนเทียมบริสุทธิ์มีฤทธิ์ทางเคมีสูง และเมื่อถูกบดขยี้ โลหะจะจุดไฟได้เองตามธรรมชาติ ดังนั้นองค์ประกอบทางเคมีนี้จึงถือเป็นอันตรายจากไฟไหม้

ผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์

ร่างกายมนุษย์ดูดซับสตรอนเทียมในลักษณะเดียวกับแคลเซียม สองคนนี้องค์ประกอบมีความคล้ายคลึงกันทางเคมีมากจนรูปแบบที่เสถียรของ Sr ไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพอย่างมีนัยสำคัญ ในทางตรงกันข้าม ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ⁹⁰Sr สามารถนำไปสู่ความผิดปกติของกระดูกและโรคต่างๆ รวมถึงมะเร็งกระดูก หน่วยสตรอนเทียมใช้สำหรับวัดการแผ่รังสีของการดูดซึม ^90Sr.