鍶
鍶是一種銀白色帶黃色光澤的鹼土金屬。
是鹼土金屬中豐度最小的元素。
在自然界以化合態存在。
可由電解熔融的氯化鍶而制得。
鍶元素廣泛存在在礦泉水中,
是一種人體必需的微量元素,
具有防止動脈硬化,防止血栓形成的功能。
用於製造合金、光電管,以及分析化學試劑、煙火等。
質量數90的鍶是一種放射性同位素,可作β射線放射源。
發現簡史
鍶的發現是從一種礦石開始的。
大約在1787年間,在歐洲一些展覽會上展出從英國蘇格蘭恩特朗蒂安地方的鉛礦中采得的一種礦石。
一些化學家認為它是一種螢石。
1790年間英國醫生克勞福德分析研究了這種礦石,把它溶解在鹽酸中,獲得一種氯化物,在多方面和氯化鋇的性質不同。
這種氯化物在水中的溶解度比氯化鋇大,在熱水中的溶解度又比在冷水中大得多,在溶于水後使溫度降低的效應較大。
它和氯化鋇的結晶形也不同。他認為其中可能存在一種新土(氧化物)。
此後不久,大約在1791~1792年間,
英國化學家、醫生荷普再次研究了這種礦石,
明確它是碳酸鹽,
但是與碳酸鋇不同,肯定其中含有一種新土,
就從它的產地Strontian命名它為strontia(鍶土)。
他指出鍶土比石灰和重土更易吸收水分,
它在水中的溶解度很大,
且在熱水中的比在冷水中溶解的量大得多。
並且他指出它的化合物在火焰中生成鮮紅色,
而鋇的化合物在火焰中呈現綠色。
這樣,在1789年拉瓦錫發表的元素表中就沒有來得及把鍶土排進去,
大衛卻趕上了,
在1808年利用電解法,從碳酸鉀中分離出金屬鍶,就命名為strontium,元素符號用Sr。
元素分佈
鍶單質
世界範圍內的土壤樣本都含有大約300mg/kg 的鍶。
輸入到海洋的鍶主要(80%)是由於碳酸鹽、硫酸鹽的風化。
海水含有7mg/L 的鍶,相對於天青石沉澱來說,是不飽和的。
Sr在鹽中的濃度為221μg/g 。
世界河水的鍶 / 鈣比率是5×10-3 ,
以河水含鍶68.5μg/L 計算,
排放到海水中的鍶(至少)是22 噸 / 年。
天青石組成了浮游生物棘穀蟲的骨骼(灰燼中有21.8%的Sr )。
有證據表明,動物骨骼中的鍶含量比人的高。
鍶在地殼中的豐度為3.7×102%,
最重要的礦物是天青石SrSO4和菱鍶礦SrCO3。
物理性質
鍶,銀白色金屬,屬立方晶系。是一種銀白色有光澤的金屬質軟,容易傳熱導電。
在空氣中加熱到熔點時即燃燒,呈紅色火焰.
自然界存在鍶-84、鍶-86、鍶-87、鍶-88四種穩定同位素。
化學性質
鍶的化學性質活潑,加熱到熔點(769℃)時可以燃燒生成氧化鍶(SrO),在加壓條件下跟氧氣化合生成過氧化鍶(SrO2)。
鍶跟鹵素、硫、硒等容易化合,常溫時可以跟氮化合生成氮化鍶(Sr3N2),加熱時跟氫化合生成氫化鍶(SrH2)。
跟鹽酸、稀硫酸劇烈反應放出氫氣。
鍶在常溫下跟水反應生成氫氧化鍶和氫氣。鍶在空氣中會轉黃色。由於鍶很活潑,應保存在煤油中。
鍶是一種活潑的陽性金屬,很容易被氧化為穩定的、無色的Sr2+,它的化學性質與Ca或Ba類似。
水溶性鍶鹽有SrX2,這裡X=Cl,Br,I,NO2,NO3,ClO3,ClO4,BrO3,CN;和SrSiF6。
含有C22-的SrC2和Sr3N2
有顯著的離子性。
不溶于水的Sr鹽有SrF2和那些鍶與原子團的化合物如SrSO3,SrSO4,SrMoO4,SrHP4,SrSeO4,和高熔點的硼化鍶SrB6。
Pedersen發現的多環醚,所謂的冠狀化合物,以及被Lehn等發現並稱為“穴狀配體”
的重阿紮聚氧化二環化合物也會和Sr2+形成1:1
的化合物.
(水溶液中的logK恒定:對於二氰己烷基-18-冠-6,logK=2.6-3.2
;對於“扁桃體”111,logK=8.0-8.3)。
鍶的分子量為87.62,計算時可取
88。
應用領域
鍶是鹼土金屬中豐度最小的元素。在自然界主要以化合態存在,主要的礦石有天青石(SrSO4),菱鍶礦(SrCO3)。
鍶元素廣泛存在在礦泉水中,是一種人體必需的微量元素,具有防止動脈硬化,防止血栓形成的功能。
不論是在用碳還原SrS然後反應的製造過程中還是在蘇打處理過程中,
天青石都是製造SrCO3的起始物質,由於碳酸鍶可以製造出其它Sr化合物,
用於提純製造陶瓷永磁體的Zn(清除Pb和Cd),用作製造電視螢光屏,它是最重要的Sr化合物。
Sr(NO3)2用於煙火裝置,SrO用於鋁的冶煉,Sr、SrCl2用於修補牙齒。
Sr(OH)2早已用於磨拉石的提純。
金屬鍶用於製造合金、光電管、照明燈。它的化合物用於制信號彈、煙火等。
鍶-90可做β射線的放射源,對人體有相當大的危害,半衰期為25年,它在核子試驗中由鈾產生,
以粉塵的形態被人體吸入,對人體產生放射性傷害。
鍶-87在醫學上有一定的應用。把放射性的鍶-87m引入患者身體中,待骨骼吸收後,
用輻射檢測器可測定其在人體骨骼中所處的位置,並確定人體中出現異常的情況。
鍶-87m半衰期只有2.8小時,會很快從人體中排出,因此,人體所受輻射量很小。
中國鍶原子光鐘:與現行的銫原子鐘比較,中國鍶原子光鐘具有實現更高準確度的潛力,
被公認為下一代時間頻率基準。用光鐘替代現行的銫原子噴泉鐘來重新定義秒,
可以顯著提高衛星導航系統的定位精度。
製備方法
工業上從天青石礦提取鍶鹽。
常用熱還原法,用鋁還原氧化鍶製備金屬鍶,或電解熔融的氯化鍶和氯化鉀製備金屬鍶。
注意事項
放射性鍶為水溶性物質,吸入人體後,會導致癌症和白血病的發生。
鍶鹽工廠工人的膽鹼酯酶、乙醯膽鹼酯酶活性在職業暴露期間會被明顯削弱。
放射性90Sr存在於核爆炸的輻射微塵中。由於鍶和鈣類似,它是一種強的環境危害。
在IPCS-WHO的環境健康標準文獻中曾概括了90Sr的人放射性暴露。
英國的Papworth研究了90Sr的吸收和在骨骼中的轉變。
澳大利亞的鍶暴露工人尿液中的濃度為0.5-5.0pCl/L(正常的是<2
pCl/L)。
美國一項長達18年的對獵犬的90Sr
終生毒性研究觀察到毒性和劑量有關。
哺乳動物對Sr的排泄模式隨物種不同而不同。對人類來說吸收的鍶有90%通過尿液排泄。
鋼凹板
等攝入磷(和鈣)對90Sr的排泄、停滯的影響。
食物中的藻酸鈉會加速老鼠對Sr的排泄。
只有蘇聯規定了Sr化合物的TLV
。
對於Sr(NO3)2,SrO,Sr(OH)2浮質,建議的極限是1mgSr/m3
。
飲用水中允許的忍耐極限是
2mg Sr/L
。
德國沒有規定SrCrO4的MAK值,但是建議的技術指導濃度是0.1mgCrO3/m3
。
沒有發現文獻中有正常血清鍶濃度值。Schroder和Nason
提出在全身的血中有0.17mg的鍶。
Biswas
等研究了指甲中的鍶濃度,一個澳大利亞小組測量了骨骼中的鍶濃度(100-120mg
Sr/kg)。
牙齒表層琺瑯的鍶濃度為300mg/kg,這是由於飲用水中含有鍶(0.02-34mg/L)。