Стронций и его характеристики.

Общие сведения и методы получения

Стронций (Sr) - металл серебристо-белого цвета. Минерал, содержа­щий стронций, был обнаружен в 1787 г. в Шотландии в свинцовом руд­нике недалеко от деревни Стронциан и назван стронцианитом. В 1790 г. шотландские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк подробно исследовали этот минерал и обнаружили в нем новую «землю» (ок­сид). Независимо от них их соотечественник химик Хоп установил, что в этом минерале содержится новый элемент - стронций. К такому же выводу пришел немецкий химик Клапрот. В те же годы известный рус­ский химик акад. Т. Е. Ловиц обнаружил следы стронция в тяжелом шпате. Результаты его исследований опубликованы в 1795 г. Однако чистый металл был выделен лишь в 1808 г. Дэви. В 1924 г. Даннер (США) получил чистый стронций восстановлением его из оксида ме­таллическим алюминием (или магнием).

Металлический стронций в настоящее время получают преимущест­венно алюминотермическим методом. Оксид стронция смешивают с по­рошком алюминия, брикетируют и помещают в электровакуумную печь (вакуум 1,333 Па), где при 1100-1150 "С происходит восстановление металла.

Стронций выпускают в соответствии с ЦМТУ 4764-56 трех марок (Ч, ЧДА и ХЧ) в виде штабиков и кристаллов (друзы).

Соли и соединения стронция токсичны (вызывают паралич, влияют на зрение). При работе с ними следует соблюдать правила техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 38, атомная масса 87,62 а. е. м, атомный объем 33,7*10 -6 м 3 /моль, атомный радиус 0,215 нм, ионный радиус 0,127 нм. Потенциалы ионизации J (эВ): 5,692; 11,026; 43,6. Электроотрицательность 1,0. Стронций имеет г. ц. к. решетку (a - Sr) с периодом а = 0,6085 нм, энергия кристаллической решетки 164,3 мкДж/кмоль, координационное число 12, межатомное расстояние 4,30 нм. При температуре 488 К происходит a -6-превращение. 6-строн-ций имеет гексагональную решетку с периодами а=0,432 нм, с - = 0,706 им, с/а= 1,64. При 605 °С имеет место полиморфное превраще­ние 6->-у- Образующая кубическая объемноцептрированная модифика­ция имеет период а=0,485 нм. Электронная конфигурация внешнего слоя 5 s 2 . Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов: 84 Sr (0,58 %), 86 Sr (9,88%), 87 Sr (7,2 %). 88 Sr (82,58 %). Получено так­же 14 искусственных неустойчивых изотопов Радиоактивный изотоп 90 Sr с периодом полураспада 27,7 лет образуется при ядерных реак­циях (делении урана). Эффективное поперечное сечение захвата теп­ловых нейтронов 1,21*10 -28 м 2 . Работа выхода электронов ф=2,35 эВ, для монокристалла (100) ф=2,43 эВ.

Плотность р при 273 К равна 2,630 Мг/м 3 .

Магнитная восприимчивость при температуре 293 К х= +1,05-Ю^ 9 .

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Sr -2 e =?* Sr 2 + cp 0 = 2,89 B . Степень окисления +2.

Стронций - очень активный элемент, быстро окисляется на возду­хе с выделением большого количества тепла, энергично разлагает воду. С водородом взаимодействует при повышенной температуре 300- 400°С, образуя гидрид SrH 2 с температурой плавления 650°С. С кис­лородом образует оксид (II) SrO с температурой плавления 2430 °С, при 500 °С и давлении 15 МПа - оксид (IV) Sr 0 2 . С азотом взаимо­действует при 380-400 °С и дает соединение Sr 3 N 2 .

При нагревании стронций легко взаимодействует с галогенами, об­разуя соответствующие соли: хлорид SrCl 2 с температурой плавления 872 °С, бромид SrBr 2 с температурой плавления 643 °С, фторид SrF 2 с температурой плавления 1190°С, иодид Srl 2 . С углеродом образует карбид стронция SrC 2 , с фосфором - фосфид стронция SrP 2 , с серой при нагревании - сульфиды.

С концентрированными азотной и серной кислотами взаимодейству­ет слабо, с разбавленными энергично; со щелочами - NaOH , КОН (концентрированными и разбавленными) также вступает в реакции.

С металлами образует твердые растворы и металлические соедине-

ния В жидком состоянии смешивается с элементами ПА, ПВ - VB подгрупп (Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, TI, Sn, Pb, Sb, Bi, As). Co многими из них образует металлические соединения (Al , Mg , Zn , Sn , РЬ и др.). С некоторыми переходными и благородными металлами дает несмешивающиеся системы. Для большинства металлов платиновой группы характерно образование со стронцием фаз типа Лавеса. С эле­ментами П1В подгруппы образует фазы типа АВ 4 . Электрохимический эквивалент 0,45404 мг/Кл.

Технологические свойства

Стронций - ковкий и пластичный металл. Ковкой из него можно по­лучить тонкий лист, а прессованием при 230 °С - проволоку.

Области применения

В промышленности используют металлический стронций и его соедине­ния. Введение этого элемента и его соединений в сталь и чугун спо­собствует повышению их качества. Имеются сведения об использова­нии стронция для раскисления и рафинирования меди; при этом также повышается твердость. Введение 0,1 % Sr в титан и его сплавы повы­шает ударную вязкость; стронций увеличивает пластичность магния и его сплавов, положительно влияет на свойства алюминиевых сплавов.

Соединения стронция используют в пиротехнике, в электровакуумной технике (газопоглотитель), в радиоэлектронике (для изготовления фо­тоэлементов). Стронций входит в состав оксидных катодов, применяе­мых в электронно-лучевых трубках, лампах СВЧ и др.

В стекловарении стронций используют для получения специальных оптических стекол; он повышает химическую и термическую устойчи­вость стекла и показатели преломления. Так, стекло, содержащее 9 °," 0 SrO , обладает высоким сопротивлением истиранию и большой эластич­ностью, легко поддастся механической обработке (кручению, перера­ботке в пряжу и ткани). В нашей стране разработана технология полу­чения стронцийсодержащего стекла без бора. Такое стекло обладает высокой химической стойкостью, прочностью и электрофизическими свойствами. Установлена способность стронциевых стекол поглощать рентгеновское излучение трубок цветных телевизоров, а также улуч­шать радиационную стойкость. Фторид стронция используют для про­изводства лазеров и оптической керамики. Гидроксид стронция приме­няют в нефтяной промышленности для производства смазочных масел с повышенным сопротивлением окислению, а в пищевой- для обработ­ки отходов сахарного производства с целью дополнительного извлече­ния сахара. Соединения стронция входят также в состав эмалей, глазу­рей и керамики Их широко используют в химической промышленноеги в качестве наполнителей резииы, стабилизаторов пластмасс, а также для очистки каустической соды от железа и марганца, в качестве ката­лизаторов в органическом синтезе и при крекинге нефти и т. д.

Еще задолго до открытия стронция его нерасшифрованные соединения применяли в пиротехнике для получения красных огней. И до середины 40-х годов прошлого века стронций был прежде всего металлом фейерверков, потех и салютов. Атомный век заставил взглянуть на него по-иному. Во-первых, как на серьезную угрозу всему живому на Земле; во-вторых, как на материал, могущий быть очень полезным при решении серьезных проблем медицины и техники. Но об этом позже, а начнем с истории «потешного» металла, с истории, в которой встречаются имена многих больших ученых.

Четырежды открытая «земля»

В 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом . Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF 2 или витерита BaCO 3 , но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел.

Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик - Хоп. Придя к таким же результатам, он объявил, что в стронцианите есть новый элемент - металл стронций .

Видимо, открытие уже «витало в воздухе», потому что почти одновременно сообщил об обнаружении новой «земли» и видный немецкий химик Клапрот.

В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик - академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. В этом минерале (его состав BaSO 4) Карл Шееле открыл в 1774 г. окись нового элемента бария . Не знаем, отчего Ловиц был неравнодушен именно к тяжелому шпату; известно только, что ученый, открывший адсорбционные свойства угля и сделавший еще много в области общей и органической химии, коллекционировал образцы этого минерала. Но Ловиц не был просто собирателем, вскоре он начал систематически исследовать тяжелый шпат и в 1792 г. пришел к выводу, что в этом минерале содержится неизвестная примесь. Он сумел извлечь из своей коллекции довольно много - больше 100 г новой «земли» и продолжал исследовать ее свойства. Результаты исследования были опубликованы в 1795 г. Ловиц писал тогда: «Я был приятно поражен, когда прочел... прекрасную статью г-на профессора Клапрота о стронциановой земле, о которой до этого имелось очень неясное представление. Все указанные им свойства солекислых и селитрокислых средних солей во всех пунктах совершеннейшим образом совпадают со свойствами моих таких же солей. Мне оставалось только проверить. замечательное свойство стронциановой земли - окрашивать спиртовое пламя в карминовокрасный цвет, и, действительно, моя соль. обладала в полной мере этим свойством».

Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементном виде его выделили лишь в 1808 г.

Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т. е. тем же способом, что и кальций , магний , барий. Л если говорить конкретнее, то первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси . Выделявшийся на катоде стронций мгновенно соединялся с , образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.

Металл этот белого цвета, не тяжелый (плотность 2,6 г/см 3), довольно мягкий, плавящийся при 770°C. По химическим свойствам он типичный представитель семейства щелочноземельных металлов. Сходство с кальцием, магнием, барием настолько велико, что в монографиях и учебниках индивидуальные свойства стронция, как правило, не рассматриваются - их разбирают на примере кальция или магния.

И в области практических применений эти металлы не раз заступали дорогу стронцию, потому что они более доступны и дешевы. Так произошло, например, в сахарном производстве. Когда-то один химик обнаружил, что с помощью дисахарата стронция (C 12 H 22 O 4 *2SrO), нерастворимого в воде, можно выделять сахар из мелассы. Внимание к стронцию сразу же возросло, получать его стали больше, особенно в Германии и Англии. Но скоро другой химик нашел, что аналогичный сахарат кальция тоже нерастворим. И интерес к стронцию тут же пропал. Выгоднее ведь использовать дешевый, чаще встречающийся кальций.

Это не значит, конечно, что стронций совсем «потерял свое лицо». Есть качества, которые отличают и выделяют его среди других щелочноземельных металлов. О них-то мы и расскажем подробнее.

Стронций металл красных огней

Так называл стронций академик А. Е. Ферсман. Действительно, стоит бросить в пламя щепотку одной из летучих солей стронция, как пламя тотчас окрасится в яркий карминово-красный цвет. В спектре пламени появятся линии стронция.

Попробуем разобраться в сущности этого простейшего опыта. На пяти электронных оболочках атома стронция 38 электронов. Заполнены целиком три ближайшие к ядру оболочки, а на двух последних есть «вакансии». В пламени горелки электроны термически возбуждаются и, приобретая более высокую энергию, переходят с нижних энергетических уровней на верхние. Но такое возбужденное состояние неустойчиво, и электроны возвращаются на более выгодные нижние уровни, выделяя при этом энергию в виде световых квантов. Атом (или ион) стронция излучает преимущественно кванты с такими частотами, которые соответствуют длине красных и оранжевых световых волн. Отсюда карминово-красный цвет пламени.

Это свойство летучих солей стронция сделало их незаменимыми компонентами различных пиротехнических составов. Красные фигуры фейерверков, красные огни сигнальных и осветительных ракет - «дело рук» стронция.

Чаще всего в пиротехнике используют нитрат Sr(NO 3) 2 , оксалат SrC 2 O 4 и карбонат SrCO 3 стронция. Нитрату стронция отдают предпочтение: он не только окрашивает пламя, но и одновременно служит окислителем. Разлагаясь в пламени, он выделяет свободный кислород:

Sr(NO 3) 2 → SrO + N2 + 2,502

Окись стронция SrO окрашивает пламя лишь в розовый цвет. Поэтому в пиротехнические составы вводят хлор в том или ином виде (обычно в виде хлорорганических соединений), чтобы его избыток сдвинул равновесие реакции вправо:

2SrO + CI 2 → 2SrCl + O 2 .

Излучение монохлорида стронция SrCl интенсивнее и ярче излучения SrO. Кроме этих компонентов, в пиротехнические составы входят органические и неорганические горючие вещества, назначение которых - давать большое неокрашенное пламя.

Рецептов красных огней довольно много. Приведем для примера два из них. Первый: Sr(NO 3) 2 - 30%, Mg - 40%, смолы - 5%,

гексахлорбензола - 5%, перхлората калия KClO 4 - 20%. Второй: хлората калия KClO 3 - 60%, SrC2O 4 - 25%, смолы - 15%. Такие составы приготовить несложно, но следует помнить, что любые, даже самые проверенные, пиротехнические составы требуют «обращения на вы». Самодеятельная пиротехника опасна...

Стронций, глазурь и эмаль

Первые глазури появились чуть ли не на заре гончарного производства. Известно, что еще в IV тысячелетии до н.э. ими покрывали изделия из глины . Заметили, что если покрыть гончарные изделия взвесью тонкоизмельченных песка, поташа и мела в воде, а затем высушить их и отжечь в печи, то грубый глиняный порошок покроется тонкой пленкой стекловидного вещества и станет гладким, блестящим. Стекловидное покрытие закрывает поры и делает сосуд непроницаемым для воздуха и влаги. Это стекловидное вещество и есть глазурь. Позже изделия из глины стали сначала покрывать красками, а затем глазурью. Оказалось, что глазурь довольно долго не дает краскам тускнеть и блекнуть. Еще позже глазури пришли в фаянсовое и фарфоровое производство. В наши дни глазурью покрывают керамику и металл, фарфор и фаянс, различные строительные изделия.

Какова же здесь роль стронция?

Чтобы ответить на этот вопрос, придется еще раз обратиться к истории. Основу глазурей составляют различные окислы. Издавна известны щелочные (поташные) и свинцовые глазури. Основу первых составляют окислы кремния , щелочных металлов (К и Na) и кальция . Во вторых присутствует еще и окись свинца . Позже стали широко использовать глазури, содержащие бор . Добавки свинца и бора придают глазурям зеркальный блеск, лучше сохраняют подглазурные краски. Однако соединения свинца ядовиты, а бор дефицитен.

В 1920 г. американец Хилл впервые применил матовую глазурь, в состав который входили окислы стронция (система Sr-Ca-Zn). Однако этот факт остался незамеченным, и только в годы второй мировой войны, когда свинец стал особо дефицитным, вспомнили об открытии Хилла. И хлынула лавина исследований: в разных странах появились десятки (!) рецептур стронциевых глазурей. Предпринимались попытки и здесь заменить стронций кальцием, но кальциевые глазури оказались неконкуренто способными.

Стронциевые глазури не только безвредны, но и доступны (карбонат стронция SrCO 3 в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). Все положительные качества свинцовых глазурей свойственны и им. Более того, изделия, покрытые такими глазурями, приобретают дополнительную твердость, термостойкость, химическую стойкость.

На основе окислов кремния и стронция готовят также эмали - непрозрачные глазури. Непрозрачными их делают добавки окислов титана и цинка . Изделия из фарфора, особенно вазы, часто украшают глазурью «кракле». Такая ваза словно покрыта сеткой окрашенных трещин. Основа технологии «кракле» - разные коэффициенты термического расширения глазури и фарфора. Фарфор, покрытый глазурью, обжигают при температуре 1280-1300°C, затем температуру снижают до 150-220°C и еще не до конца остывшее изделие опускают в раствор красящих солей (например, солей кобальта , если нужно получить черную сетку). Эти соли заполняют возникающие трещины. После этого изделие сушат и вновь нагревают до 800-850°C - соли плавятся в трещинах и герметизируют их. Глазурь «кракле» популярна и широко распространена во многих странах мира. Произведения декоративно-прикладного искусства, выполненные в этой манере, ценят любители. Остается добавить, что использование стронциевых безборных глазурей дает большой экономический эффект.

Стронций радиоактивный

Еще одна особенность стронция, резко выделяющая его среди щелочноземельных металлов, - существование радиоактивного изотопа стронция-90, который волнует биофизиков, физиологов, радиобиологов, биохимиков и просто химиков уже давно.

В результате цепной ядерной реакции из атомов плутония и урана образуются около 200 радиоактивных изотопов. Большинство из них короткоживущие. Но в тех же процессах рождаются и ядра стронция-90, период полураспада которого 27,7 года. Стронций-90 - чистый бета-излучатель. Это значит, что он испускает потоки энергичных электронов, которые действуют на все живое на сравнительно небольших расстояниях, но очень активно. Стронций как аналог кальция активно участвует в обмене веществ и вместе с кальцием откладывается в костной ткани.

Стронций-90, а также образующийся при его распаде дочерний изотоп иттрий-90 (с периодом полураспада 64 часа, излучает бета-частицы) поражают костную ткань и, самое главное, особо чувствительный к действию радиации костный мозг. Под действием облучения в живом веществе происходят химические изменения. Нарушаются нормальная структура и функции клеток. Это приводит к серьезным нарушениям обмена веществ в тканях. А в итоге развитие смертельно опасных болезней - рака крови (лейкемия) и костей. Кроме того, излучение действует на молекулы ДНК и, следовательно, влияет на наследственность. Влияет пагубно.

Содержание стронция-90 в человеческом организме находится в прямой зависимости от общей мощности взорванного атомного оружия. Он попадает в организм при вдыхании радиоактивной пыли, образующейся в процессе взрыва и разносимой ветром на большие расстояния. Другим источником заражения служат питьевая вода, растительная и молочная пища. Но и в том и в другом случаях природа ставит естественные препоны на пути стронция-90 в организм. В тончайшие структуры дыхательных органов могут попасть лишь частицы величиной до 5 мкм, а таких частиц при взрыве образуется немного. Во-вторых, стронций при взрыве выделяется в виде окиси SrO, растворимость которой в жидкостях организма весьма ограничена. Проникновению стронция через пищевую систему препятствует фактор, который называют «дискриминацией стронция в пользу кальция». Он выражается в том, что при одновременном присутствии кальция и стронция организм предпочитает кальций. Соотношение Ca: Sr в растениях вдвое больше, чем в почвах. Далее, в молоке и сыре содержание стронция в 5-10 раз меньше, чем в траве, идущей на корм скоту.

Однако целиком полагаться на эти благоприятные факторы не приходится - они способны лишь в какой-то степени предохранить от стронция-90. Не случайно до тех пор, пока не были запрещены испытания атомного и водородного оружия в трех средах, число пострадавших от стронция росло из года в год. Но те же страшные свойства стронция-90 - и мощную ионизацию, и большой период полураспада - удалось обратить на благо человека.

Радиоактивный стронций нашел применение в качестве изотопного индикатора при исследовании кинетики различных процессов. Именно этим методом в опытах с животными установили, как ведет себя стронций в живом организме: где преимущественно он локализуется, каким образом участвует в обмене веществ и так далее. Тот же изотоп применяют в качестве источника излучения при лучевой терапии. Аппликаторами со стронцием-90 пользуются при лечении глазных и кожных болезней. Препараты стронция-90 применяют также в дефектоскопах, в устройствах для борьбы со статическим электричеством, в некоторых исследовательских приборах, в атомных батареях. Нет открытий принципиально вредных - все дело в том, в чьих руках окажется открытие. История радиоактивного стронция - тому подтверждение.

СТРОНЦИЙ (Strontium, Sr ) - химический элемент периодической системы Д. И. Менделеева, подгруппы щелочноземельных металлов. В организме человека С. конкурирует с кальцием (см.) за включение в кристаллическую решетку оксиапатита кости (см.). 90 Sr, один из наиболее долгоживупих радиоактивных продуктов расщепления урана (см.), накапливаясь в атмосфере и биосфере при испытаниях ядерного оружия (см.), представляет огромную опасность для человечества. Радиоактивные изотопы С. применяют в медицине для лучевой терапии (см.), в качестве радиоактивной метки в диагностических радиофар-мацевтических препаратах (см.) в медико-биол. исследованиях, а также в атомных электрических батареях. Соединения С. используют в дефектоскопах, в чувствительных приборах, в устройствах для борьбы со статическим электричеством, кроме того, С. применяют в радиоэлектронике, пиротехнике, в металлургической, химической промышленности и при изготовлении керамических изделий. Соединения С. неядовиты. При работе с металлическим С. следует руководствоваться правилами обращения со щелочными металлами (см.) и щелочноземельными металлами (см.).

С. был открыт в составе минерала, позднее названного стронцианитом SrC03, в 1787 г. вблизи шотландского города Стронциана.

Порядковый номер стронция 38, атомный вес (масса) 87,62. Содержание С. в земной коре составляет в среднем 4-10 2 вес. %, в морской воде - 0,013% (13 мг/л). Промышленное значение имеют минералы стронцианит и целестин SrSO 4 .

В организме человека содержится ок. 0,32 г стронция, в основном в костной ткани, в крови концентрация С. в норме составляет 0,035 мг/л, в моче - 0,039 мг/л.

С. представляет собой мягкий серебристо-белый металл, t°пл 770°, t°кип 1383°.

По хим. свойствам С. сходен с кальцием и барием (см.), в соединениях валентность стронция 4-2, химически активен, окисляется при обычных условиях водой с образованием Sr(OH) 2 , а также кислородом и другими окислителями.

В организм человека С. поступает гл. обр. с растительной пищей, а также с молоком. Он всасывается в тонкой кишке и быстро обменивается со С., содержащимся в костях. Выведение С. из организма усиливают комп-лексоны, аминокислоты, полифосфаты. Повышенное содержание кальция и фтора (см.) в воде препятствует кумуляции С. в костях. При увеличении концентрации кальция в рационе в 5 раз накопление С. в организме снижается вдвое. Избыточное поступление С. с пищей и водой вследствие его повышенного содержания в почве нек-рых геохим. провинций (напр., в отдельных р-нах Восточной Сибири) вызывает эндемическое заболевание - уровскую болезнь (см. Кашина - Бека болезнь).

В костях, крови и других биол. субстратах С. определяют гл. обр. спектральными методами (см. Спектроскопия).

Радиоактивный стронций

Природный С. состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 84, 86, 87 и 88, из к-рых наиболее распространен последний (82,56%). Известны 18 радиоактивных изотопов С. (с массовыми числами 78-83, 85, 89-99) и 4 изомера у изотопов с массовыми числами 79, 83, 85 и 87 (см. Изомерия).

В медицине 90Sr применяют для лучевой терапии в офтальмологии и дерматологии, а также в радиобиологических экспериментах в качестве источника р-изл учения. 85Sr получают либо облучением в ядерном реакторе нейтронами стронциевой мишени, обогащенной по изотопу 84Sr, по реакции 84Sr (11,7) 85Sr, либо производят на циклотроне, облучая протонами или дейтронами мишени из природного рубидия, напр, по реакции 85Rb (p, n) 85Sr. Радионуклид 85Sr распадается с электронным захватом, испуская гамма-излучение с энергией Е гамма, равной 0,513 Мэв (99,28%) и 0,868 Мэв (< 0,1%).

87m Sr также можно получить облучением стронциевой мишени в реакторе по реакции 86Sr (n, гамма) 87mSr, но выход искомого изотопа мал, кроме того, одновременно с 87mSr образуются изотопы 85Sr и 89Sr. Поэтому обычно 87niSr получают с помощью изотопного генератора (см. Генераторы радиоактивных изотопов) на основе материнского изотопа иттрия-87 - 87Y (Т1/2 = 3,3 сут.). 87mSr распадается с изомерным переходом, испуская гамма-излучение с энергией Егамма, равной 0,388 Мэв, и частично с электронным захватом (0,6%).

89Sr содержится в продуктах деления вместе с 90Sr, поэтому 89Sr получают облучением природного С. в реакторе. При этом неизбежно образуется и примесь 85Sr. Изотоп 89Sr распадается с испусканием P-излучения с энергией 1,463 Мэв (ок. 100%). В спектре имеется также очень слабая линия гамма-излучения с энергией Е гамма, равной 0,95 Мэв (0,01%).

90Sr получают выделением из смеси продуктов деления урана (см.). Этот изотоп распадается с испусканием бета-излучения с энергией Е бета, равной 0,546 Мэе (100%), без сопровождающего гамма-излучения. Распад 90Sr приводит к образованию дочернего радионуклида 90Y, к-рый распадается (Т1/2 = 64 часа) с испусканием р-из-лучения, состоящего из двух компонент с Ер, равной 2,27 Мэв (99%) и 0,513 Мэв (0,02%). При распаде 90Y испускается также весьма слабое гамма-излучение с энергией 1,75 Мэв (0,02%).

Радиоактивные изотопы 89Sr и 90Sr, присутствующие в отходах атомной промышленности и образующиеся при испытаниях ядерного оружия, при загрязнении окружающей среды могут попадать в организм человека с пищей, водой, воздухом. Количественная оценка миграции С. в биосфере обычно проводится в сравнении с кальцием. В большинстве случаев при движении 90Sr от предшествующего звена цепи к последующему происходит уменьшение концентрации 90Sr в расчете на 1 г кальция (так наз. коэффициент дискриминации), у взрослых людей в звене организм - рацион этот коэффициент равен 0,25.

Подобно растворимым соединениям других щелочноземельных элементов растворимые соединения С. хорошо всасываются из жел.-киш. тракта (10-60%), всасывание плохорастворимых соединений С. (напр., SrTi03) составляет менее 1%. Степень всасывания радионуклидов С. в кишечнике зависит от возраста. С увеличением содержания кальция в рационе накопление С. в организме уменьшается. Молоко способствует увеличению всасывания С. и кальция в кишечнике. Полагают, что это связано с присутствием в молоке лактозы и лизина.

При вдыхании растворимые соединения С. быстро элиминируются из легких, в то время как плохорастворимый SrTi03 обменивается в легких крайне медленно. Проникновение радионуклида С. через неповрежденную кожу составляет ок. 1%. Через поврежденную кожу (резаная рана, ожоги и др.)? так же как из подкожной клетчатки и мышечной ткани, С. всасывается почти полностью.

С. является остеотропным элементом. Независимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения 90Sr избирательно накапливаются в костях. В мягких тканях задерживается менее 1% 90Sr.

При внутривенном введении С. очень быстро элиминируется из кровяного русла. Вскоре после введения концентрация С. в костях становится в 100 раз и более выше, чем в мягких тканях. Отмечены нек-рые отличия в накоплении 90Sr в отдельных органах и тканях. Относительно более высокая концентрация 90Sr у экспериментальных животных обнаруживается в почках, слюнной и щитовидной железах, а самая низкая - в коже, костном мозге и надпочечниках. Концентрация 90Sr в корковом веществе почек всегда выше, чем в мозговом веществе. С. первоначально задерживается на костных поверхностях (надкостнице, эндосте), а затем распределяется сравнительно равномерно по всему объему кости. Тем не менее распределение 90Sr в различных частях одной и той же кости и в разных костях оказывается неравномерным. В первое время после введения концентрация 90Sr в эпифизе и метафизе кости экспериментальных животных примерно в 2 раза выше, чем в диафизе. Из эпифиза и метафиза 90Sr выделяется быстрее, чем из диафиза: за 2 мес. концентрация 90Sr в эпифизе и метафизе кости снижается в 4 раза, а в диафизе почти не изменяется. Первоначально 90Sr концентрируется в тех участках, в к-рых происходит активное образование кости. Обильное крово- и лимфообращение в эпиметафизарных участках кости способствует более интенсивному отложению в них 90Sr по сравнению с диафизом трубчатой кости. Величина отложения 90Sr в костях у животных непостоянна. Резкое понижение фиксации 90Sr в костях с возрастом обнаружено у всех видов животных. Отложение 90Sr в скелете существенным образом зависит от пола, беременности, лактации, состояния нейроэндокринной системы. Более высокое отложение 90Sr в скелете отмечено у самцов крыс. В скелете беременных самок 90Sr накапливается меньше (до 25%), чем у контрольных животных. Существенное влияние на накопление 90Sr в скелете самок оказывает лактация. При введении 90Sr через 24 часа после родов в скелете крыс 90Sr задерживается в 1,5-2 раза меньше, чем у нелактирующих самок.

Проникновение 90Sr в ткани эмбриона и плода зависит от стадии их развития, состояния плаценты и длительности циркуляции изотопа в крови матери. Проникновение 90Sr в плод тем больше, чем больше срок беременности в момент введения радионуклида.

Для уменьшения повреждающего действия радионуклидов стронция необходимо ограничить накопление их в организме. С этой целью при загрязнении кожи следует произвести быструю дезактивацию ее открытых участков (препаратом «Защита-7», моющими порошками «Эра» или «Астра», пастой НЭДЭ). При пероральном поступлении радионуклидов стронция следует применять антидоты, позволяющие связать или сорбировать радионуклид. К таким антидотам относят активированный сульфат бария (адсо-бар), полисурьмин, препараты альгиновой к-ты и др. Напр., препарат адсобар при немедленном приеме после попадания радионуклидов в желудок снижает их всасывание в 10-30 раз. Адсорбенты и антидоты следует назначать сразу после обнаружения поражения радионуклидами стронция, т. к. промедление в этом случае приводит к резкому снижению их положительного действия. Одновременно рекомендуют назначать рвотные средства (апоморфин) или производить обильное промывание желудка, применять солевые слабительные, очистительные клизмы. При поражении пылевидными препаратами необходимо обильное промывание носа и полости рта, отхаркивающие средства (термопсис с содой), хлорид аммония, инъекции препаратов кальция, мочегонные. В более поздние сроки после поражения для уменьшения отложения радионуклидов С. в костях рекомендуют применять так наз. стабильный стронций (лактат С. или глюконат С.). Большие дозы кальция перорально или внутривенно MofyT заменить препараты стабильного стронция, если они недоступны. В связи с хорошей реабсорбцией радионуклидов стронция в почечных канальцах показано также применение мочегонных средств.

Нек-рое уменьшение накопления радионуклидов С. в организме может быть достигнуто путем создания конкурентных отношений между ними и стабильным изотопом С. или кальция, а также созданием дефицита этих элементов в тех случаях, когда радионуклид С. уже зафиксировался в скелете. Однако эффективных средств декорпорации радиоактивного стронция из организма пока не найдено.

Минимально значимая активность, не требующая регистрации или получения разрешения органов Государственного санитарного надзора, для 85mSr, 85Sr, 89Sr и 90Sr составляет соответственно 3,5*10 -8 , 10 -10 , 2,8*10 -11 и 1,2*10 -12 кюри/л.

Библиография: Борисов В. П. и д р. Неотложная помощь при острых радиационных воздействиях, М., 1976; Булдаков Л. А. и М о с к а л е в Ю. И. Проблемы распределения и экспериментальной оценки допустимых уровней Cs137, Sr90 и Ru106, М., 1968, библиогр.; Войнар А. И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека, с. 46, М., 1960; Ильин JI. А. и Иванников А. Т. Радиоактивные вещества и раны, М., 1979; К а с а в fi-на Б. С. и Т о р б е н к о В. П. Жизнь костной ткани, М., 1979; JI е в и н В. И. Получение радиоактивных препаратов, М., 1972; Метаболизм стронция, под ред. Дж. М. А. Ленихена и др., пер. с англ., М., 1971; Полуэктов Н. С. и д р. Аналитическая химия стронция, М., 1978; P е м и Г. Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1972; Protection of the patient in radionuclide investigations, Oxford, 1969, bibliogr.; Table of isotopes, ed. by С. M. Lederer a. V. S. Shirley, N. Y. a. o., 1978.

А. В. Бабков, Ю. И. Москалев (рад.).

Стронций в организме человека: роль, источники, дефицит и избыток

Стронций (Sr) - химический элемент, занимающий в Периодической системе Д.И. Менделеева 38-е место. В простом виде при нормальных условиях представляет собой щелочноземельный серебристо-белый металл, очень пластичный, мягкий и ковкий (легко режется ножом). На воздухе очень быстро окисляется кислородом и влагой, покрываясь окисью желтого цвета. Химически очень активен.

Стронций был открыт ы 1787 году двумя химиками У. Крюйкшенком и А. Кроуфордом, впервые в чистом виде выделен Х. Дэви в 1808 году. Свое название получил благодаря шотландской деревне Строншиан, где в 1764 году был обнаружен не известный ранее минерал, также в честь деревни названный стронциатом.

Из-за высокой химической активности в чистом виде в природе стронций не встречается. В природе довольно распространен, входит в состав около 40 минералов, из которых самыми распространенными являются целестин (сульфат стронция) и стронцианит (карбонат стронция). Именно из этих минералов стронций добывают в промышленных масштабах. Самые крупные месторождения стронциевых руд обнаружены в США (Аризона и Калифорния), России и некоторых других странах.

Стронций и его соединения нашли широкое применение в радиоэлектронной промышленности, металлургии, пищевой промышленности и пиротехнике.

Стронцию очень часто в минералах сопутствует кальцию и он является довольно распространенным химическим элементом. Его массовая доля в земной коре около 0,014%, концентрация в морской воде около 8 мг/л.

Роль стронция в организме человека

Очень часто, когда говорят о влиянии стронция на организм человека, имеют негативный подтекст. Это весьма распространенное заблуждение связано с тем, что его радиоактивный изотоп 90 Sr действительно крайне опасен для здоровья. Он образуется при ядерных реакциях в реакторах и во время ядерных взрывов, а при попадании в организм человека откладывается в костном мозге и очень часто приводит к весьма трагическим последствиям, поскольку буквально блокирует кроветворение. Но обычный, нерадиоактивный, стронций в разумных дозах не только не опасен, а просто необходим человеческому организму. Стронций даже применяется в лечении остеопороза.

Вообще, стронций обнаруживается почти во всех живых организмах, как в растениях, так и в животных. Он является аналогом кальция и может легко его замещать в костной ткани без особых последствий для здоровья. Кстати, именно это химическое свойство стронция делает крайне опасным его упомянутый радиоактивный изотоп. Почти весь (99%) стронций откладывается в костной ткани, и менее 1% стронция задерживается в остальных тканях организма. Концентрация стронция в крови составляет около 0,02 мкг/мл, в лимфатических узлах 0,30 мкг/г, легких 0,2 мкг/г, яичниках 0,14 мкг/г, почках и печени 0,10 мкг/г.

У маленьких детей (в возрасте до 4-х лет) стронций накапливается в организме, поскольку в этот период активно формируется костная ткань. В организме взрослого человека содержится около 300-400 мг стронция, что довольно много по сравнению с другими микроэлементами.

Стронций предотвращает развитие остеопороза и кариеса зубов.

Синергистом и одновременно антагонистом стронция является кальций, который по своим химическим свойствам весьма близок к нему.

Источники стронция в организме человека

Точно суточная потребность человека в стронции не установлена, по некоторым из имеющихся сведений она составляет до 3-4 мг. Подсчитано, что в среднем в сутки человек с пищей потребляет 0,8-3,0 мг стронция.

Поступающий с пищей стронций усваивается только на 5-10%. Его всасывание происходит преимущественно в двенадцатиперстной и подвздошной кишках. Выводится стронций в основном через почки, значительно в меньшей степени с желчью. В кале обнаруживается только неабсорбированный стронций.

Улучшает усвоение стронция витамин D, лактоза, аминокислоты аргинин и лизин. В свою очередь растительный рацион с высоким содержанием клетчатки, а также сульфаты натрия и бария, уменьшают абсорбцию стронция в пищеварительном тракте.

Продукты питания, содержащие стронций:

• бобовые культуры (бобы, горох, фасоль, соя);
• зерновые (греча, овес, пшено, пшеница мягких и твердых сортов, дикий рис, рожь);
• растения, образующие клубни, а также корнеплоды (картофель, свекла , репа, морковь, имбирь);
• фрукты (абрикос , айва, ананас, виноград, груша, киви);
• зелень (сельдерей, укроп, руккола);
• орехи (арахис, бразильский орех, кешью, макадамия, фисташки, фундук);
• мясные продукты, в особенности кости и хрящи.

Нехватка стронция в организме человека

Сведения о дефиците стронция в организме человека в специальной литературе отсутствуют. Проведенные на животных эксперименты показывают, что недостаток стронция приводит к отсталости в развитии, угнетению роста, разрушению зубов (кариес), кальцификации костей и зубов.

Избыток стронция в организме человека

При избытке стронция может развиться заболевание, которое в народе называется как "уровская болезнь", а на медицинском языке - "стронциевый рахит" или болезнь Кашина-Бека. Данное заболевание впервые было выявлено среди населения, которое проживало в бассейне р. Урал и в Восточной Сибири. Житель г. Нерченска И.М. Юренский в 1849 году в журнале "Труды вольного экономического общества" написал статью "Об уродливости жителей берегов Урова в Восточной Сибири".

Долгое время лекари не могли объяснить природу этого эндемического заболевания. Проведенные позже исследования объяснили природу данного феномена. Оказалось, что это заболевание возникает из-за того, что ионы стронция при поступлении в организм в избыточном количестве вытесняют из костей существенную долю кальция, что приводит к дефициту последнего. В результате страдает весь организм, но наиболее типичным проявлением данного заболевания оказывается развитие дистрофических изменений костей и суставов, в особенности в период интенсивного роста (у детей). Помимо этого нарушается фосфорно-кальциевое соотношение в крови, развивается дисбактериоз кишечника, фиброз легких.

Чтобы вывести избыток стронция из организма, используют пищевые волокна, соединения магния и кальция, сульфаты натрия и бария.

Однако особую опасность представляет упоминавшийся выше радиоактивный стронций-90. Накапливаясь в костях он не только поражает костный мозг, препятствуя выполнению организмом кроветворной функции, но и вызывает лучевую болезнь, поражает мозг и печень, в тысячи раз увеличивает риск развития онкологических заболеваний, в особенности рака крови.

Усугубляет ситуацию еще то обстоятельство, что стронций-90 имеет среднедлительный период полураспада (28,9 лет) - как раз средняя продолжительность генерации людей. Поэтому при радиоактивном заражении местности ждать его быстрой дезактивации не приходится, но в то же время его радиоактивность очень высока. Другие радиоактивные элементы распадаются либо очень быстро, например многие изотопы йода имеют период полураспада, исчисляемый часами и сутками, либо очень медленно, поэтому имеют низкую лучевую активность. Ни того, ни другого не сказать о стронции-90.

Но и это еще не все. Дело в том, что стронций-90 при попадании в почву вытесняет кальций и в последующем усваивается растениями, животными и, по пищевой цепи, доходит до человека со всеми вытекающими из этого последствиями. Особенно "богаты" стронцием оказываются корнеплоды и зеленые части растений. В итоге зараженные радиоактивным стронцием сельскохозяйственные угодья могут быть выведены из оборота на сотни лет.

Стронций

СТРО́НЦИЙ -я; м. [лат. strontium] Химический элемент (Sr), лёгкий серебристо-белый металл, радиоактивные изотопы которого применяются в ядерных испытаниях и в технике.

◁ Стро́нциевый, -ая, -ое.

(лат. Strontium), химический элемент II группы периодической системы, относится к щёлочноземельным металлам. Назван по минералу стронцианиту, найденному около деревни Строншиан (Strontian) в Шотландии. Серебристо-белый металл; плотность 2,63 г/см 3 , t пл 768°C. Химически очень активен, поэтому сам металл применяют мало (при выплавке меди и бронз для их очистки, в электровакуумной технике как геттер), соли - в производстве красок, светящихся составов, глазурей и эмалей. SrTiO 3 - сегнетоэлектрик. При ядерных взрывах, в ядерных реакторах образуется радиоактивный изотоп 90 Sr (период полураспада 29,1 года), представляющий большую опасность для человека при попадании его в природную среду.

СТРО́НЦИЙ (лат. Strontium, от деревни Srtrontian в Шотландии, близ которой был найден), химический элемент с атомным номером 38, атомная масса 87,62. Химический символ Sr, читается «стронций». Расположен в 5 периоде в группе IIА периодической системы элементов. Щелочноземельный металл. Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 84 (0,56% по массе), 86 (9,86%), 87 (7,02%) и 88 (82,56%).
Конфигурация внешнего электронного слоя 5s 2 . Степень окисления +2 (валентность II). Радиус атома 0,215 нм, радиус иона Sr 2+ 0,132 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации 5,6941 и 11,0302 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,0.
Стронций - мягкий серебристо-белый сравнительно легкий металл.
История открытия
В 1764 в свинцовом руднике был обнаружен новый минерал - стронцианит. В 1890 англичанин А. Кроуфорд и, одновременно с ним, англичанин Т. Хоп, немецкий химик М. Клапрот (см. КЛАПРОТ Мартин Генрих) и российский академик Т. Е. Ловиц (см. ЛОВИЦ Товий Егорович) выделили из стронцианита оксид нового элемента. В 1808 амальгаму стронция получил английский химик Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) .
Распространенность в природе
Содержание в земной коре 0,034% по массе. В свободном виде не встречается. Важнейшие минералы: стронцианит (см. СТРОНЦИАНИТ) и целестин (см. ЦЕЛЕСТИН) SrSO 4 . Как примесь, содержится в минералах кальция, например, во фторапатите 3Са 3 (РО 4) 2 · СаF 2 .
Получение
Основной источник сырья при получении стронция и его соединений - целестин SrSO 4 - сначала восстанавливают углем при сильном нагревании:
SrSO 4 + 4С = SrS + 4СО
Затем сульфид стронция SrS соляной кислотой (см. СОЛЯНАЯ КИСЛОТА) переводят в SrCl 2 и обезвоживают его. Для получения Sr его хлорид восстанавливают магнием (см. МАГНИЙ) в атмосфере водорода:
SrCl 2 + Mg = MgCl 2 + Sr
Стронций получают также восстановлением SrO алюминием (см. АЛЮМИНИЙ) , кремнием (см. КРЕМНИЙ) или ферросилицием:
4SrO + 2Al = 3Sr + SrAl 2 O 4
Физические и химические свойства
Стронций - мягкий серебристо-белый металл, существующий в трех модификациях. До 231°C устойчива a-модификация с кубической гранецентрированной решеткой типа Cu, а = 0,6085 нм. При 231-623°C - b-модификация с гексагональной решеткой, при 623°C до температуры плавления (768°C) - g-модификация с кубической объемно центрированной решеткой. Температура кипения 1390°C, плотность 2,63 кг/дм 3 . Стронций ковкий, пластичный металл.
Стронций химически высокоактивен. Стандартный электродный потенциал Sr 2+ /Sr - 2,89 В.
При комнатной температуре на воздухе стронций покрывается пленкой из оксида SrO и пероксида SrO 2 . При нагревании на воздухе воспламеняется. Взаимодействуя с галогенами, (см. ГАЛОГЕНЫ) образует галогениды SrCl 2 и SrBr 2 . При нагревании до 300-400°C реагирует с водородом (см. ВОДОРОД) , образуя гидрид SrH 2 . Нагревая стронций в атмосфере CO 2 , получают:
5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO
Стронций активно реагирует с водой:
Sr + 2Н 2 О = Sr(ОН) 2 + Н 2
При нагревании стронций взаимодействует с азотом, серой, селеном и другими неметаллами с образованием нитрида Sr 3 N 2 , сульфида SrS, селенида SrSe и так далее.
Оксид стронция - основной, взаимодействует с водой, образуя гидроксид:
SrО + Н 2 О = Sr(ОН) 2
При взаимодействии с кислотными оксидами SrO образует соли:
SrО +СО 2 = SrСО 3
Ионы Sr 2+ бесцветны. Хлорид SrCl 2 , бромид SrBr 2 , иодид SrI 2 , нитрат Sr(NO 3) 2 хорошо растворимы в воде и окрашивают пламя в карминово-красный цвет. Нерастворимы карбонат SrCO 3 , сульфат SrSO 4 , средний ортофосфат Sr 3 (PO 4) 2 .
Применение
Стронций используется, как легирующая добавка к сплавам на основе магния, алюминия, свинца, никеля и меди. Cтронций входит в состав геттеров. Соединения стронция используются в пиротехнике, входят в состав люминесцентных материалов, эмиссионных покрытий радиоламп, используются при изготовлении стекол.
Титанат стронция SrTiO 3 используется при изготовлении диэлектрических антенн, пьезоэлементов, малогабаритных нелинейных конденсаторов, в качестве датчиков инфракрасного излучения. Препараты 90 Sr используются при лучевой терапии кожных и некоторых глазных болезней.
Физиологическое действие
Соединения стронция токсичны. При попадании в организм возможно поражение костной ткани и печени. ПДК стронция в воде 8 мг/л, в воздухе для гидроксида, нитрата и оксида 1 мг/м 3 , для сульфата и фосфата 6 мг/м 3 .
Проблемы 90 Sr
При взрывах ядерных зарядов или из-за утечки радиоактивных отходов в окружающую среду поступает радиоактивный изотоп 90 Sr. Образуя хорошо растворимый в воде гидрокарбонат Sr(HCO 3) 2 , 90 Sr мигрирует в воду, почву, растения и организмы животных.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "стронций" в других словарях:

- (ново лат.). Легкий металл желтого цвета, названный так по имени деревни в Шотландии, в окрестностях которой открыт впервые; в соединении с углекислотою образует минерал стронцианит. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.… … Словарь иностранных слов русского языка

Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Стронций 90, 90Sr Альтернативные названия Радиостронций Нейтронов 52 Протонов 38 Свойства нуклида Атомная масса 8 … Википедия

СТРОНЦИЙ - хим. элемент, символ Sr (лат. Strontium), ат. н. 38, ат. м. 87,62; относится к щёлочноземельным металлам, имеет серебристо белый цвет, плотность 2630 кг/м3, tпл = 768 °С. Химически очень активен, поэтому в чистом виде применяется мало. Используют … Большая политехническая энциклопедия

Хим. элемент II гр. периодической системы, порядковый номер 38, ат. в. 87, 63; состоит из 4 стабильных изотопов. Средний изотопный состав обычного С. следующий: Sr84 0,56%, Si86 9,86%, Sr87 7,02%, Sr88 82,56%. Один из изотопов С. Sr87… … Геологическая энциклопедия

Целестин Словарь русских синонимов. стронций сущ., кол во синонимов: 5 иностранец (23) метал … Словарь синонимов

- (Strontium), Sr, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 38, атомная масса 87,62; мягкий щелочноземельный металл. В результате ядерных испытаний, аварий на АЭС и с радиоактивными отходами в окружающую среду попадает… … Современная энциклопедия

- (лат. Strontium) Sr, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 38, атомная масса 87,62, относится к щелочноземельным металлам. Назван по минералу стронцианиту, найденному около д. Строншиан (Strontian) в Шотландии.… … Большой Энциклопедический словарь - (Strontium), Sr, хим. элемент II группы периодич. системы элементов, ат. номер 38, ат. масса 87,62, щёлочно земельный металл. Природный С. смесь стабильных 84Sr, 86Sr 88Sr, в к рой преобладает 88Sr (82,58%), а меньше всего 84Sr (0,56%).… … Физическая энциклопедия