Stronti

Tính chất

Stronti là kim loại có màu xám, bạc mềm hơn canxi và thậm chí rất hoạt động trong nước. Nó phản ứng mạnh với nước tạo ra stronti hydroxit và khí hydro. Nó cháy trong không khí tạo ra hai loại stronti oxit và stronti nitrit, nhưng vì nó không phản ứng với nitơ dưới 380 °C, nên ở nhiệt độ phòng nó chỉ tạo thành oxit tự phát.
Do nó hoạt động mạnh với ôxy và nước nên nguyên tố này chỉ tồn tại ở dạng hợp chất với các nguyên tố khác, các chất khoáng như strontianit và celestin. Nó được bảo quản trong hydrocacbon lỏng như dầu khoáng hay kerosene để chống sự ôxy hóa; khi tiếp xúc với không khí kim loại stronti chuyển sang màu vàng ở dạng ôxit. Bột kim loại stronti sẽ tự bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ phòng. Các muối stronti ở dạng hơi có màu đỏ sáng đến màu ngọn lửa, và các muối này được sử dụng làm pháo hoa và các chất phát sáng. Stronti tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị bền.

Lịch sử

Stronti được đặt theo tên của làng Strontian ở Scotland, (Gaelic Sron an t-Sithein), nó đã được phát hiện trong các quặng lấy từ mỏ chì. Năm 1790, Adair Crawford là một bác sĩ tham gia vào việc điều chế bari, ông đã nhận ra rằng các quặng ở Strontian thể hiện các tính chất khác nhau so với cách thông thường mà ông đã từng thấy với các nguồn "spat nặng" khác. Điều này cho phép ông kết luận "... nó thực sự có thể là khoáng vật scotch là một loại đất mới cho đến nay vẫn được xem xét đầy đủ". Khoáng vật mới được đặt tên là strontites năm 1793 bởi Thomas Charles Hope, ông là giáo sư hóa học ở Đại học Glasgow. Nguyên tố này thực chất đã được tách ra bởi Sir Humphry Davy năm 1808 bằng phương pháp điện phân hỗn hợp gồm stronti clorua và thủy ngân ôxít, và được ông công bố trong bài thuyết trình của mình cho hiệp hội Hoàng gia Anh (Royal Society) ngày 30 tháng 6 năm 1808. Để phù hợp với cách đặt tên nguyên tố kiềm thổ khác, ông đã đổi tên nó thành strontium.
Ứng dụng quy mô lớn đầu tiên của stronti là sản xuất đường từ củ cải đường. Mặc dù quá trình kết tinh sử dụng stronti hydroxit đã được cấp bằng phát minh cho Augustin-Pierre Dubrunfaut năm 1849 việc ứng dụng với quy mô lớn với những cải tiến của công nghệ được thực hiện vào đầu thập niên 1870. Công nghiệp đường của Đức đã sử dụng công nghệ này rất tốt trong thế kỷ 20. Trước chiến tranh Thế giới thứ nhất ngành công nghiệp từ củ cải đường đã sử dụng 100.000 đến 150.000 tấn stronti hydroxit để xử lý mỗi năm. Stronti hydroxit đã được tái sử dụng trong quy trình này, nhưng nhu cầu để bổ sung lượng thất thoát trong quá trình sản xuất tạo ra cao đến mức phải tiến hành khai thác mỏ strontianit ở Münsterland. Việc khai thác mỏ strontianite ở Đức kết thúc khi các mỏ celestite bắt đầu được khai thác ở Gloucestershire. Các mỏ mới này cung cấp hầu hết lượng stronti trên thế giới trong giai đoạn từ 1884 đến 1941

Phân bố

Stronti có mặt phổ biến trong tự nhiên, và là nguyên tố phổ biến thứ 15 trên Trái Đất, trung bình chiếm 0,034% trong tất cả các đá mác-ma và được tìm thấy chủ yếu ở dạng khoáng vật sulfat celestite (SrSO₄) và carbonat strontianit (SrCO₃). Trong số 2 khoáng vật này, celestite có mặt nhiều hơn trong các mỏ trầm tích với kích thước đủ để khai thác công nghiệp. Do stronti được sử dụng nhiều nhất ở dạng carbonat, strontianit có lẽ là loại hữu ích hơn trong số 2 khoáng vật phổ biến nêu trên, nhưng có ít mỏ đã được phát hiện có đủ điều kiện để khai thác.
Hàm lượng stronti trung bình trong nước biển là 8 mg/l. Với nồng độ stronti trong khoảng 82 đến 90 µmol/l thì được xem là thấp hơn đáng kể so với nồng độ canxi (khoảng 9,6 đến 11,6 mmol/l).

Hợp chất

Ứng dụng chủ yếu của các hợp chất stronti là trong thủy tinh ống phóng điện tử của tivi màu để ngăn phát xạ tia X. Tất cả các phần của ống phóng điện tử này phải hấp thụ các tia X. Ở cổ và phễu của ống, thủy tinh chì được sử dụng cho mục đích này, nhưng loại thủy tinh này cho mặt trước của ống thì nó gây ra các hiệu ứng nâu do phản ứng của các tia X với thủy tinh. Do vậy, tấm thủy tinh phía trước phải sử dụng một hỗn hợp thủy tinh khác mà trong đó stronti và bari là các vật liệu hấp thụ tia X. Giá trị trung bình của hỗn hợp thủy tinh được xác định trong một nghiên cứu về tái sử dụng thủy tinh năm 2005 là 8,5% stronti ôxít và 10% bari ôxít.

Ứng dụng

Stronti carbonat hoặc các muối stronti khác được sử dụng để sản xuất pháo hoa, vì chúng tạo ra màu đỏ đậm của pháo.
Kim loại stronti được dùng ở dạng hợp kim: hợp kim stronti 90%-nhôm 10% của hợp phần eutectic trong việc hỗ trợ gia công hợp kim nhôm-silic. AJ62 là một hợp kim magiê bền, chống rão được sử dụng trong các động cơ của ôtô và xe gắn máy của hãng BMW, loại hợp kim này chứa 2% khối lượng stronti.
Stronti được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học về giải phóng dẫn truyền thần kinh của nơron. Giống như canxi, các chức năng của stronti synaptic vesicle dung hợp với màng giao điện. Nhưng khác với canxi ở chỗ stronti gây ra túi nhiệt hạch không đồng bộ. Do đó, sự thay thế canxi trong môi trường nuôi cấy bằng stronti cho phép các nhà khoa học đo lường tác động của sự kiện tổng hợp từng túi riêng lẻ, ví dụ như kích thước phản ứng hậu giao điện gây ra bởi hàm lượng chất chuyển hóa thần kinh của từng túi riêng biệt.

Vai trò sinh học

Acantharea là một nhóm liên quan đến các sinh vật biển radiolaria protozoa tạo ra khu xương khoáng được cấu tạo bởi stronti sulfat. Trong các hệ sinh học, canxi được thay thế một phần nhỏ bởi stronti.
Trong cơ thể con người, hầu hết stronti được hấp thụ thì tích tụ trong xương. Tỉ lệ stronti/canxi trong cơ thể người dao động trong khoảng 1:1000 và 1:2000, tỉ lệ này cũng gần tương tự như trong huyết thanh.

Ảnh hưởng đến cơ thể con người

Cơ thể người hấp thụ stronti giống như canxi. Do sự tương đồng về đặc điểm hóa học của các nguyên tố này, các dạng ổn định của stronti có thể không gây nguy hại đáng kể đối với sức khỏe trong thực tế, các mức hàm lượng stronti được tìm thấy trong tự nhiên thực sự là có thể có lợi - nhưng đồng vị phóng xạ ⁹⁰Sr có thể gây ra những rối loạn về xương khác nhau, như ung thư xương. Đơn vị stronti được sử dụng để đo mức độ phóng xạ từ việc hấp thụ ⁹⁰Sr.
Một nghiên cứu trong ống nghiệm gần đây được tiến hành ở Đại học khoa học Nha NY (NY College of Dental Sciences) sử dụng stronti trên tế bào xương cho thấy sự cải thiện đáng kể về sự hình thành xương của các tế bào xương.
Thuốc stronti ranelate, được chế tạo bằng cách kết hợp stronti với axit ranelic, loại axit được tìm thấy trong quá trình hỗ trợ phát triển của xương, làm tăng mật độ xương, và làm giảm gãy xương cột sống, ngoại vi và hông.
Lịch sử nghiên cứu dược ứng dụng stronti đã bắt đầu từ thập niên 1950. Các nghiên cứu cho thấy thiếu các tác dụng phụ không mong muốn.