Stroncijum

Stroncijum (Sr, lat. strontium), zemnoalkalni je metal IIA grupe i pete periode.

Stroncijum

Opšta svojstva
Ime, simbol	stroncijum, Sr
Izgled	srebrnasto beo metaličan; sa bledožutom nijansom
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson Ca ↑ Sr ↓ Ba rubidijum ← stroncijum → itrijum ‍
Atomski broj (Z)	38
Grupa, perioda	grupa 2 (zemnoalkalni metali), perioda 5
Blok	s-blok
Kategorija	zemnoalkalni metal
Rel. at. masa (Ar)	87,62(1)
El. konfiguracija
po ljuskama	2, 8, 18, 8, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja	1050 K ​(777 °‍C, ​1431 °F)
Tačka ključanja	1650 K ​(1377 °‍C, ​2511 °F)
Gustina pri s.t.	2,64 g/cm3
tečno st., na t.t.	2,375 g/cm3
Toplota fuzije	7,43 kJ/mol
Toplota isparavanja	141 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet	26,4 J/(mol·K)
Napon pare P (Pa) 100 101 102 na T (K) 796 882 990 P (Pa) 103 104 105 na T (K) 1139 1345 1646
Atomska svojstva
Elektronegativnost	0,95
Energije jonizacije	1: 549,5 kJ/mol 2: 1064,2 kJ/mol 3: 4138 kJ/mol
Atomski radijus	215 pm
Kovalentni radijus	195±10 pm
Valsov radijus	249 pm
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura	​postraničnocentr. kubična (FCC)
Topl. širenje	22,5 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost	35,4 W/(m·K)
Električna otpornost	132 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni raspored	paramagnetičan
Magnetna susceptibilnost (χmol)	−92,0·10−6 cm3/mol (298 K)
Jangov modul	15,7 GPa
Modul smicanja	6,03 GPa
Poasonov koeficijent	0,28
Mosova tvrdoća	1,5
CAS broj	7440-24-6
Istorija
Imenovanje	po minieralu stroncijanitu, koji je nazvan po Strontijanu, Škotska
Otkriće	Vilijam Kruikšaku (1787)
Prva izolacija	Hamfri Dejvi (1808)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR 82Sr syn 25,36 d ε 82Rb 83Sr syn 1,35 d ε 83Rb β+ 83Rb γ – 84Sr 0,56% stabilni 85Sr syn 64,84 d ε 85Rb γ – 86Sr 9,86% stabilni 87Sr 7,00% stabilni 88Sr 82,58% stabilni 89Sr syn 50,52 d ε 89Rb β− 89Y 90Sr tragovi 28,90 y β− 90Y

Otkriven je 1790. godine (Adair Crawford) i po hemijskim osobinama sličan je Са i Ва. Predstavlja smešu 4 prirodna izotopa (⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr i ⁸⁸Sr), a poznato je i 19 radioaktivnih, koji su osnovne komponente radioaktivnog otpada i nastaju u nuklearnim reaktorima i bombama — fisioni proizvodi uranijuma i plutonijuma. Koncentrišu se u kostima, odakle se vrlo teško uklanjaju, a među njima najvažniji je ⁹⁰Sr (T_1/2 = 27,7 god.).

To je srebrnastobeo, lak metal, koji je kao i ostali elementi IIa grupe hemijski veoma aktivan. Zapaljen na vazduhu on energično sagoreva, bojeći plamen u crvenoljubičastu boju:

$\mathrm {2Sr+O_{2}\longrightarrow 2SrO}$

što se upotrebljava u analitici za određivanje, a u pirotehnici za rakete za signalizaciju i osvetljavanje (tzv. „bengalska vatra“).

Oksid stroncijuma je bela, vrlo teško topljiva materija, koja lako reaguje sa vodom gradeći stroncijumhidroksid, Sr(ON)₂:

$\mathrm {Sr+2\ H_{2}O\longrightarrow Sr(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }$

koji može da se dobije i u reakciji stroncijumhlorida sa alkalnim hidroksidima:

$\mathrm {SrCl_{2}+2KOH\longrightarrow Sr(OH)_{2}+2KCl}$.

To je jaka i u vodi dobro rastvorljiva baza i upotrebljava se u industriji šećera.

Istorija

Prve dokaze o postojanju ovog elementa našli su Adar Kroford i Vilijam Kaberlaend Kruikšank 1790. godine, kada su detaljnije proučili jedan mineral koji potiče iz sela Stroncijan iz Škotske. Dotad su taj mineral smatrali barijum karbonatom ili mineralom viteritom. Od minerala su načinili hlorid te su uspoređivali mnoge osobine barijum hlorida i novonastalog hlorida, kasnije poznatog kao stroncijum hlorid. Pritom su utvrdili da se hloridi razlikuju u rastvorljivosti u vodi, a različite su bile u forme kristala. Kasnije je Fridrih Gabriel Salzer 1791. godine novom mineralu dao ime stroncijanit po mestu gde je pronađen. Salzer i Johan Fridrih Blumenbah još su preciznije proučavali mineral i pronašli i druge razlike u odnosu na viterit, kao što su različit stepen otrovnosti i boja plamena. Sledećih godina stroncijanit su detaljnije proučavali hemičari kao što su Martin Hajnrih Klaprot, Ričard Kirvan, Tomas Čarls Houp i Džonata Tobajs Lovic te su iz njega dobili druga jedinjenja stroncijuma.

Hamfri Dejvi je uspeo 1808. da dobije stroncijum u metalnom stanju elektrolitičkom redukcijom u prisustvu crvenog živa(II) oksida, čime je nastao amalgam, te ga je na kraju pročistio destilacijom. Tako dobijeni stroncijum i dalje je sadržavao tragove drugih elemenata. On ga je nazvao stroncijum po mineralu stroncijanitu, analogno drugim zemnoalkalnim metalima. Čisti elementarni stroncijum dobio je Robert Bunzen 1855. elektrolizom istopljenog stroncijum-hlorida. Takođe je utvrdio neke osobine metala stroncijuma kao što je gustina.

Osobine

Fizičke

Kubično ravanski centrirana kristalna struktura stroncijuma

U potpuno čistom elementarnom stanju, stroncijum je svijetli, zlatnožuti, sjajni metal, dok mu primese drugih elemenata daju srebrnastobeli izgled. U prisustvu vazduha na njegovoj površini stvara se zaštitni sloj oksida, slično kao i kod aluminijuma. Po temperaturi topljenja od 777 °C i temperaturi ključanja od 1380 °C nalazi se između lakog kalcijuma i težeg barijuma, tako da kalcijum ima nešto više, a barijum nešto niže talište. Nakon magnezijuma i radijuma stroncijum ima najnižu tačku ključanja među zemnoalkalnim metalima. Ubraja se u lake metale i ima gustinu 2,63 g/cm³. Vrlo je mek, po Mosovoj skali ima tvrdoću 1,5 i može se lako savijati i valjati. Poput kalcijuma, stroncijum na sobnoj temperaturi se kristalizuje u kubni površinski centrirani kristalni sistem, prostorna grupa Fm$\scriptstyle {\overline {\mathbb {3} }}$m (tip bakra) s parametrom rešetke a = 608,5 pm sa četiri formulske jedinice po elementarnoj ćeliji. Osim ove, poznate su još dve modifikacije koje nastaju na visokim temperaturama. Na temperaturi višoj od 215 °C kristalna struktura menja se u heksagonalnu kompaktnu sferičnu strukturu (tip magnezijuma) s parametrima rešetke a = 432 pm i c = 706 pm. Iznad 605 °C najstabilnija je kubna prostorno centrirana struktura (tip volframa).

Hemijske

Nakon barijuma i radijuma stroncijum je najreaktivniji zemnoalkalni metal. On reaguje s halogenim elementima, kiseonikom, azotom i sumporom, gradeći okside, hidrokside, fluoride i soli organskih kiselina. U svim svojim jedinjenjima uvek gradi dvovalentne katjone. Pri zagrejavanju na vazduhu sagoreva dajući tipični jarkocrveni plamen, oksidirajući na stroncijum oksid i stroncijum nitrid. Kao veoma neplemenit (bazni metal), reaguje s vodom isterujući vodonik i gradeći stroncijum hidroksid, koji se stvara već pri kontaktu metala s vlagom iz vazduha. Stroncijum se rastvara i u amonijaku, gradeći plavo-crni kompleks (amonijakat).

$\mathrm {Sr+2\ H_{2}O\longrightarrow Sr(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }$

Izotopi

Poznata su 32 izotopa stroncijuma i sedam nuklearnih izomera, čije su atomske mase između 75 i 101. Od njih su stabilna četiri izotopa, koja se javljaju u prirodi: ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr i ⁸⁸Sr. U prirodnoj smesi izotopa prevladava izotop ⁸⁸Sr s udelom 82,58%. Izotopi ⁸⁶Sr s udelom 9,86%, ⁸⁷Sr sa 7%, kao i ⁸⁴Sr s udelom 0,56% mnogo su ređi. Izotop ⁹⁰Sr емитује бета зраке енергијом распада од 546 keV s vremenom poluraspada 28,78 godina, nakon čega prelazi u izotop ⁹⁰Y, koji se dalje raspada (vreme poluraspada 64,1 sat), emitirajući energetski snažnije beta (energija raspada od 2282 keV) i gama-zrake, dajući stabilni izotop ⁹⁰Zr. Pritom se ⁹⁰Sr pojavljuje uglavnom kao sekundarni proizvod raspada. Nastaje u toku nekoliko minuta nakon višestrukog beta-raspada iz primarnih proizvoda raspada masenog broja 90, koji se javlja pri 5,7% od svih nuklearnih raspada izotopa uranijuma ²³⁵U u nuklearnim reaktorima i pri eksploziji atomske bombe. Zbog toga se izotop ⁹⁰Sr ubraja među najčešće proizvode raspada uopće.

$\mathrm {^{235}_{\ 92}U+_{0}^{1}n\longrightarrow _{\ 92}^{236}U\longrightarrow _{\ 57}^{144}La+_{35}^{90}Br+2\ _{0}^{1}n}$

$\mathrm {^{235}_{\ 92}U+_{0}^{1}n\longrightarrow _{\ 92}^{236}U\longrightarrow _{\ 56}^{143}Ba+_{36}^{90}Kr+3\ _{0}^{1}n}$

$\mathrm {^{90}_{35}Br\ {\xrightarrow[{{1,91}\ {\ s}}]{\beta ^{-}}}\ _{36}^{90}Kr\ {\xrightarrow[{{32,32}\ {\ s}}]{\beta ^{-}}}\ _{37}^{90}Rb\ {\xrightarrow[{{158}\ {\ s}}]{\beta ^{-}}}\ _{38}^{90}Sr\ {\xrightarrow[{{28,78}\ {\ a}}]{\beta ^{-}}}\ _{39}^{90}Y\ {\xrightarrow[{{64,0}\ {\ h}}]{\beta ^{-}}}\ _{40}^{90}Zr}$

Kod svih dosadašnjih nuklearnih katastrofa u svetu u okolinu su dospele velike količine izotopa ⁹⁰Sr. Nesreće usled kojih je u okolinu ispušten izotop ⁹⁰Sr, između ostalih, jesu požar u nuklearnoj centrali Vindskejl 1957, kada je ispušteno 0,07 TBq ⁹⁰Sr, i Černobiljska katastrofa, kad je ispuštena radioaktivnost ⁹⁰Sr iznosila 800 TBq. Nakon nadzemnih nuklearnih testova u periodu 1955–1958, te 1961-1963 izuzetno je porasla koncentracija ⁹⁰Sr u atmosferi. To je dovelo, zajedno s povećanjem koncentracije izotopa ¹³⁷Cs, do potpisivanja sporazuma o zabrani nuklearnih testova u atmosferi, svemiru i pod vodom 1963, kojim su takvi testovi zabranjeni svim državama potpisnicama. Nakon tog sporazuma primetno je značajno smanjenje ispuštanja stroncijumevog izotopa u atmosferu. Ukupna količina ispuštene radioaktivnosti ⁹⁰Sr u nuklearnim testovima iznosi približno 6×10¹⁷ Bq (600 PBq).

Stroncijum se koncentriše se u kostima odakle se vrlo teško uklanjaju i najznačajniji među njima je ⁹⁰Sr (T1/2=27,7 godina) koji nastaje kao proizvod radioaktivnog raspada. Usled nedostatka kalcijuma u kostima, stroncijum može da zauzme njegovo mesto i utiče na okolno tkivo izazivajući rak koštanog tkiva. Većina stena sadrži male količine stroncijuma i odnos ⁸⁷Sr i ⁸⁶Sr varira prema lokalnoj geološkoj oblasti. Starije stene akumuliraju veće količine ⁸⁷Sr. Ljudi i životinje apsorbuju stroncijum kroz vodu i hranu koju konzumiraju stvarajući tako svoj „hemijski potpis geološke sredine.”. Analiza stabilnih izotopa stroncijuma našla je široku primenu u arheologiji. To opravdava činjenicu da se stroncijumovi izotopi talože u kostima i zubima, dok kod životinja to mogu biti i rogovi koji se formiraju u različitim fazama života.

Zubna gleđ se formira u prvim godinama života i ne menja se tokom starosti, pa srodno tome stroncijum u gleđi zuba odgovara geološkoj oblasti gde je čovek proveo svoje detinjstvo. Nasuprot tome, stroncijum se u kostima postepeno menja tokom 7-10 godina i otkriva region gde ljudi provode poslednje decenije svog života. Upoređivanjem nivoa izotopa stroncijuma u kostima i zubima sa onim u određenim oblastima, može se reći da li je osoba migrirala između detinjstva i smrti, a ponekad je moguće odrediti i gde je osoba rođena.

Dobijanje stroncijuma

Dobija se elektrolizom istopljenog stroncijum-hlorida, sa dodatkom kalcijum-hlorida, ili redukcijom stroncijum-oksida aluminijumom, u vakuumu. Ostala jedinjenja stroncijuma slična su jedinjenjima kalcijuma. Poznat je stroncijumkarbonat, SrCO₃, koji se izdvaja prilikom prerade melase u teško rastvorljivi stroncijumsaharat, Cl₂Н₂₂O₁₁•2SrO. A pored toga, može da se dobije u reakciji stroncijumhlorida sa amonijumkarbonatom:

$\mathrm {SrCl_{2}+(NH_{4})_{2}CO_{3}\longrightarrow SrCO_{3}+2NH_{4}Cl}$

i veoma je lako rastvorljiv u vodi koja je bogata ugljen-dioksidom:

$\mathrm {SrCO_{3}+H_{2}O+CO_{2}\longrightarrow Sr(HCO_{3})_{2}}$

Od ostalih jedinjenja poznat je i stroncijumnitrat, Sr(NO₃)₂, koji se upotrebljava u pirotehnici za „crvene vatre“, zatim stroncijumsulfat, SrSO₄, stroncijumhromat, SrCrO₄ itd.

Stroncijum u prirodi

Stroncijum je relativno redak element (370 ppm) i u prirodi se najčešće pronalazi u obliku minerala: celestina (stroncijumsulfata), SrSO₄ i stroncijanita (stroncijumkarbonata), SrCO₃.. Prisutan je u mnogim mineralnim, rečnim, morskim i podzemnim vodama. U izgradnji Zemljine kore učestvuje sa masenim udelom 0,017% Gradi: okside, hidrokside, fluoride i soli organskih kiselina. Nema biološkog značaja, ali može da zastupa kalcijum u organizmu bez sporednih posledica. Čist stroncijum eksplozivno reaguje sa vodom i često se koristi kao dodatak nekim vrstama stakla.

Primena

Stroncijum spada u grupu onih elemenata koji još uvek nisu u potpunosti proučeni, ne javlja se tako često u prirodi i nema neke značajnije primene. Minerali i soli stroncijuma imaju primenu u metalurgiji (čišćenje čelika od Р i S), hemijskoj industriji, i za obogaćivanje mineralnih sirovina, a halogenidi u industriji hlađenja, medicini i kozmetici i naravno arheologiji, gde analizom stroncijuma pomoću fizičko-hemijskih metoda možemo da damo odgovore na pitanja vezana o poreklu neke individue.

Literatura

• Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3. 
• Ludwig Bergmann; Clemens Schaefer; Rainer Kassing (2005). Lehrbuch der Experimentalphysik, vol. 6: Festkörper (2 izd.). Walter de Gruyter. str. 361. ISBN 978-3-11-017485-4. 
• Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. In: J. Phys. Chem. A. 2009, 113, str. 5806–5812, . doi:10.1021/jp8111556. 
• N. N. Greenwood; A. Earnshaw (1988). Chemie der Elemente (1 izd.). Weinheim: VCH. str. 136. ISBN 3-527-26169-9. 
• Yiming Zhang; Julian R. G. Evans; Shoufeng Yang (2011). „Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks”. Journal of Chemical & Engineering Data. 56: 328—337. doi:10.1021/je1011086. 
• Protelos and Osseor Arhivirano na sajtu Wayback Machine (3. jul 2018), Evropska medicinska agencija
• David R. Lide, ur. (2009). CRC Handbook of Chemistry and Physics (90 izd.). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 1420090844. , Section 14, Geophysics, Astronomy, and Acoustics; Abundance of Elements in the Earth's Crust and in the Sea
• J. Paul MacMillan; Jai Won Park; Rolf Gerstenberg; Heinz Wagner; Karl Köhler; Peter Wallbrecht (2005). „Strontium and Strontium Compounds”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a25_321. 
• Marc A. Angulo: Strontium (PDF; 85 kB). U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, januar 2010.
• De Deckker Patrick (2004). „On the celestite-secreting Acantharia and their effect on seawater strontium to calcium ratios”. Hydrobiologia. 517: 1. doi:10.1023/B:HYDR.0000027333.02017.50. 
• Pors Nielsen S. (2004). „The biological role of strontium”. Bone. 35 (3): 583—8. doi:10.1016/j.bone.2004.04.026. 
• Cabrera Walter E.; et al. (1999). „Strontium and Bone”. Journal of Bone and Mineral Research. 14 (5): 661—8. doi:10.1359/jbmr.1999.14.5.661. 
• „Strontium”. Gießereilexikon (17 izd.). Berlin: Verlag Schiele&Schön. 1997. ISBN 3-7949-0606-3. 

Spoljašnje veze

• WebElements.com – Strontium
• Strontium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• „The Effects of Strontium Citrate on Osteoblast Proliferation and Differentiation”. Arhivirano iz originala 6. 10. 2008. g. Pristupljeno 21. 1. 2014.