Элементарий. Стронций

Элементарий.

Стронций.

























Казань 2004


Содержание:



1. История открытия

2. Нахождение в природе

3. Получение

4. Физические свойства

5. Механические свойства

6. Химические свойства

7. Технологические свойства

8. Области применения


1.История открытия.



Стронций (Sr) – металл серебристо-белого цвета. Минерал, содержащий стронций, был обнаружен в 1787 г. близ деревни Стронциан в Шотландии в свинцовой шахте и назван стронцианитом. Некоторые минералоги относили его к одной из разновидностей флюорита (CaF2). Но большинство считали, что стронцианит-разновидность витерита (бариевого минерала BaCO3).

В 1790 г. шотландские минералоги Крауфорд и Крюикшенк и тщательно исследовали этот минерал и пришли к выводу, что соль, полученная действием соляной кислоты на стронцианит, отличалась от хлорида бария. Она лучше растворялась в воде и имела другую форму кристаллов. А. Крауфорд заключил, что стронцианит содержит неизвестную ранее «землю» (оксид).

В конце 1791г. исследованием стронцианита занялся их соотечественник химик Т. Хоп. Он четко установил разницу между витеритом и стронцианитом. Также Т. Хоп отметил, что стронциевая земля соединяется с водой активнее, чем негашеная известь; в отличие от оксида бария она гораздо лучше растворяется в воде, а все соединения стронция окрашивают пламя в красный цвет. Т. Хоп доказал, что новая земля не может быть смесью кальциевой и бариевой земель, что в этом минерале содержится новый элемент - стронций. К такому же выводу пришел немецкий химик Клапорт. А. Лавуазье высказывал мысль о металлической природе, но это удалось доказать Г. Дэви в 1808 г. 

История открытия стронция будет неполной, если не упомянуть ещё об одном учёном, которому, несомненно, принадлежит большая заслуга в изучении стронцианита. Им был русский химик Т. Е. Ловиц, который независимо пришёл к выводу, что стронцианит содержит неизвестный доселе элемент. Т. Е. Ловицу принадлежит первенство открытия стронция в тяжелом шпате. Метод получения металлического стронция, предложенный Г. Дэви, не мог дать достаточно чистого продукта. Лишь в 1924 г. П. Даннер (США) получил чистый стронций путём восстановления его оксида металлическим алюминием или магнием. 



2. Нахождение в природе



Содержание стронция в земной коре 4.10­² % ( по массе) . В природе в свободном виде не встречается. Присутствует главным образом в минералах – стронцианите (SrCO3) и целестине ( SrSO4 ). Содержится также в различных кальциевых минералах.



3. Получение



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.

Поставляется стронций в виде прутков или комкового металла. Во избежание окисления стронций следует хранить под слоем керосина или под лаковым покрытием. В случае непродолжительного хранения стронций заворачивают в пергаментную бумагу и упаковывают в герметично закрывающиеся металлические банки. Для длительного хранения банки заполняют смесью трансформаторного масла и парафина (1:1). нА крышке несмываемой краской наносят надпись «Огнеопасно, от воды загорается». Хранят стронций в сухих закрытых помещениях. Не допускается хранить стронций в одном помещении с кислотами, водой, и огнеопасными веществами.

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.



4. Физические свойства



Атомные характеристики. Атомный номер 38, атомная масса 87,Ю62 а.е.м, атомный объем 33,7.10­6 м³/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 (α-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 α—β- превращение. β – стонций имеет гексагональную решетку с периодами а=0,432 нм, с=0,706 нм,с/а=1,64. При 605ºС имеет место полиморфное превращение β→γ. Образуется кубическая объемноценрированная модификация имеет период а=0,485 нм. Электронная конфигурация внешнего слоя 5s². Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов: 84Sr(0,58%), 86Sr(9,86%),87Sr(7,2%),88Sr(82,58%). Получено также 14 искусственных неустойчивых изотопов. Радиоактивный изотоп 90 Sr с периодом полураспада 27,7 лет образуется при ядерных реакциях (делении урана).

Плотность ρ при 273 К равна 2,630 Мr/м3

Электрические и магнитные. Удельная электрическая проводимость σ и удельное электрическое сопротивление ρ зависит от температуры:



Т

К 

20

253

273

295

673

973

σ

МСм/м …..

-

5,9

5,0

-

1,15

1,03

ρ

МкОм.м ...

0,0048

0,17

0,20

21,5

60

94



Температурный коэффициент электросопротивления в интервале температур 273-473 К α=5,2·10­³ К ­¹.

Наибольшее значение коэффициента вторичной электронной эмиссии σmax=0,72 при ускоряющем напряжении первичных электронов 0,400кэВ.

Магнитная восприимчивость при температуре 293 К χ=+1,05·10­¹.

Тепловые и термодинамические Температура плавления tпл=770°С, температура кипения tкип=1380°С, характеристическая температура ØD =129 К , удельная теплота плавления ΔНпл=960 кДж/кг. Средняя удельная теплоемкость в интервале температур 273-373 К Ср=737 Дж/(кг·К). Средний температурный коэффициент линейного расширения α=23·10­6 К­¹.

Оптические свойства. Отражательная способность (коэффициент отражения nD ) и коэффициент поглощения α в зависимости от длины волны (пленка толщиной 0,2 мкм):



λ , мкм

ND, %

α , м­¹ 

0,124

3

1,7·10­7

0,138

7

2,5·10­7

0,155

14

4,0·10­7

0,177

20

5,6·10­7



5. Механические свойства



Механические свойства в зависимости от температуры:



T, °C

σ, МПа

δ, %

Ψ, %

НВ, МПа

20

49,0

1,0

11,0

190

110

53,9

-

-

180

200

47,0

5,3

13,5

90

300

-

10,5

30,0

60

400

24,5

19,0

45,0

48

450

-

20,0

50,0

38

550

-

8,0

16,0

3,0

600

2,0

33,0

99,0

2,5

700

1,0

40,0

99,9

2,0



Модуль нормальной упругости Е=16,0Гпа; модуль объемного сжатия К=12,200 Гпа; модуль сдвига G=6,08 Гпа . Коэффициент Пуассона γ= 0,280.



6. Химические свойства



Нормальный электронный потенциал реакции Sr—2е↔ Sr²+ φо=2,89В. Степень окисления +2.

Стронций встречается в природе главным образом в виде сульфатов и карбонатов, образуя минералы целестин SrCO3 и стронцианит SrSO4

Стронций — очень активный элемент, быстро окисляется на воздухе с выделением большего количества тепла, энергично разлагает воду. С водородом взаимодействует при повышенной температуре 300-400°C, образуя гидрид SrН2 с температурой плавления 650°C. С кислородом образует оксид (II) SrО с температурой плавления 2430°C, при 500°C и давлении 15 МПа — оксид (IV) SrО2.. С азотом взаимодействует при 380 — 400°C и дает соединение Sr3N2 .

При нагревании стронций легко взаимодействует с галогенами образуя соответствующие соли: хлорид SrCl2 с температурой плавления 872°C, бромид SrBr2 с температурой плавления 643°C, фторид SrF2 с температурой плавления 1190°C, иодит SrI2. С углеродом образует карбид стронция SrC2, с фосфором – фосфид стронция SrР2 , с серой при нагревании- сульфоды.

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

С металлами образует твердые растворы и металлические соединения. В жидком состоянии смешивается с элементами ІІA, ΙΙB—VB Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, As). Со многими из них образует металлические соединения (Al, Mg, Zn, Sn, Pb и др.). С некоторыми переходными и благородными мнталлами дает несмешивающиеся системы. Для большинства металлов платиновой группы характерно образование со стронцием фаз типа Лавеса. С элементами ΙΙΙ B подгруппы образуются фазы типа АВ4.

Электротехнический эквивалент 0,45404 мг/Кл.



7. Технологические свойства



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



8. Области применения



В промышленности используют металлический стронций и его соединения. Введение этого элемента и его соединений в сталь и чугун способствуют 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; строонций 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% SrО, обладает высоким сопротивлением истиранию и большой эластичностью, легко поддается 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 промышленности в качестве наполнения резины, 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.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:



Д.Н. Трифонов В.Д. Трифонов « Как были открыты химические элементы»

«Список химических элементов»