Strontsium

Strontsium on keemiline element, mille sümbol on Sr ja järjenumber 38. Kuulub perioodilisussüsteemi teise peaalarühma. Elektronkonfiguratsioonilt s2p6, on elemendi oksüdatsiooniaste ühendites alati II. Loovutab kergesti oma valentselektronid, muutudes kaht positiivset laengut kandvaks iooniks.
Strontsium on omadustelt pehme, kerge ja hõbevalge või kollaka värvusega väga reaktsioonivõimeline leelismuldmetall. Õhuga kokku puutudes kattub metallipind kollaka hapnikuühendite kihiga (õhu koostisosade ning metalli vahel toimuva reaktsiooni tulemusena), kuid on kaitstud edasise oksüdeerimise eest.
Looduslikult leidub teda strontsiumimineraalides, millest tähtsamad on strontsianiit (SrCO3) ja tsölestiin (SrSO4). Kui looduslik strontsium on püsiv, siis seevastu tema sünteetiline isotoop 90Sr on radioaktiivne, poolestusajaga 28,90 aastat.
Nii strontsium kui ka strontsianiit on nimetuse saanud Strontiani küla järgi. Küla, kus seda metalli avastati, asub Šotimaal Loch Sunarti kaldal.
Iseloomulikud omadused.
Strontsium on hõbevalge kaltsiumist pehmem metall, mis veega kokku puutudes on veel reaktsioonivõimelisem – saadusteks on strontsiumhüdroksiid ja vesinik. Moodustuv hüdroksiid lahustub üsna hästi. Metalliline strontsium reageerib intensiivselt aktiivsete mittemetallidega juba tavalistes tingimustes. Õhuga kokku puutudes annab saaduseks kas strontsiumoksiidi või strontsiumperoksiidi.
2Sr + O2 → 2SrO (strontsiumoksiid)
Sr + O2 → SrO2 (strontsiumperoksiid)
Nõrgal või mõõdukal soojendamisel reageerib halogeenidega. Vähem aktiivsetega, näiteks lämmastiku, vesiniku, süsiniku ja räniga, reageerib strontsium kuumutamisel. Reaktsioonidel eraldub soojust.
Reageerides lämmastikuga on saaduseks strontsiumnitriit.
3Sr + N2→ Sr3N2
Kui temperatuur on alla 380 °C, siis strontsium lämmastikuga ei reageeri ning võimalikuks saaduseks on ainult strontsiumioksiidid (SrO ja SrO2).
Kõrge reaktsioonivõime tõttu reageerib strontsium aktiivselt vee ja hapnikuga, mistõttu metalli looduses puhtal kujul ei leidu, vaid ainult seotult teiste ühenditega, nagu näiteks mineraalides strontsianiit (SrCO3) ja tsölestiin (SrSO4.)
Strontsiumit säilitatakse vedelas süsivesinikus nagu mineraalõlis, kinnijoodetud nõus või petrooleumis, et vältida oksüdeerumist. Õhus kattub strontsiumi pind juba toatemperatuuril kollaka hapnikuühendite kihiga.
Peenestatud pulbriline strontsium on toatemperatuuril isesüttiv. Strontsiumisoolad põlevad punase leegiga, mistõttu kasutatakse neid pürotehnika ja signaalrakettide tootmises. Maakoores esineb looduslik strontsium seguna neljast stabiilsest isotoobist., millest levinuim on 88Sr (88,56%).
Ajalugu.
Strontsiumi avastamisloos on suur osa Strontiani küla pliikaevandusel Šotimaal. 1790. aastal avastas Adair Crawford, et strontsiumimaagi omadused erinevad tavaliste pehmete metallide omadustest. Ta järeldas, et Šoti mineraal on uut liiki metall, mida ei ole varem uuritud. 1793. aastal nimetas Glasgow’ ülikooli professor Thomas Charles Hope uue mineraali strontsianiidiks. Strontsium kui element oli seega tuvastatud, kuid mitte eraldatud. Elemendi eraldas Humphry Davy 1808. aastal. Selleks kasutati elektrolüüsil segu strontsiumkloriidist ja elavhõbedaoksiidist. Jätkamaks leelismuldmetallide loetelu, muutis ta metalli nimetuse strontsiumiks.
Strontsiumi kasutati kõigepealt suhkru tootmisel suhkrupeedist. Kuigi Agustin-Pierre Dubrunfaut patenteeris 1849. aastal strontsiumhüdroksiidipõhise kristalliseerumisprotsessi, saabus läbimurre 1870. aastate esimesel poolel. 19. sajandil oli see Saksamaa suhkrutööstuse peamine meetod. Enne esimest maailmasõda pruukis suhkrutööstus 100 000 – 150 000 tonni strontsiumhüdroksiidi aastas. Kuigi strontsiumhüdroksiidi käideldi korduvalt, oli siiski tarvis piirata substituendi kadusid. See sai strontsianiidi taaskaevandamise ajendiks Saksamaal. See kestis, kuni Gloucestershire’is hakati tsölestiini kaevandama. Need kaks mineraali moodustasid kogu maailma strontsiumivarud aastatel 1884–1941.
Levik.
Strontsium on maakoores elementide levimuselt 15. kohal, esinedes keskmiselt 0,034% ulatuses kõigis tardkivimites. Strontsiumi leidub peamiselt kahe ühendina: strontsianiit (SrCO3) ja tsölestiin (SrSO4). Neist kahest mineraalist esineb tsölestiin settekivimites sobivamas kvantiteedis, mis muudab selle mineraali kaevandamise levinumaks. Kuna strontsiumi kasutatakse põhiliselt karbonaadi kujul, siis oleks strontsianiit eelistatum, kuid selle mineraali töötlemiseks on leitud vähe setteid.
Strontsiummetalli saab elektrolüüsida sulatatud strontsiumkloriidi segust kaaliumkloriidiga.
Sr2+ + 2e → Sr
2 Cl- → Cl2 g + 2e-
Alternatiiviks on strontsiumoksiidi redutseerimine alumiiniumiga vaakumkeskkonnas temperatuuril, millel strontsium destilleerub välja.
Esineb kolm metallilise strontsiumi allotroopi, mille faasilisi üleminekuid märgistavad temperatuurid 235 ja 540 °C.
Isotoobid.
Strontsiumil on neli püsivat, looduses esinevat isotoop: 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87 (7,0%) ja Sr (82,58%). Neist on radiogeenne ainult 87Sr. 87Sr tekib radioaktiivse leelismetalli 87Rb lagunemisel. 87Rb poolestusaeg on 4,88*1010 aastat. Seega on igas materjalis kaht liiki päritoluga isotoop 87Sr: esiteks see osa, mis on moodustunud koos isotoopidega 84Sr, 86Sr ja 88Sr, ning teiseks 87Rb lagunemisel tekkinud osa. Suhtarv 87Sr/86Sr on geoloogilistes uurimustes esitatud parameetrina. Mineraalide ja kivide isotoopide relatsioon on vahemikus 0,7–4,0. Kuna strontsiumil on kaltsiumiga lähedane aatomiraadius, siis asendab see kergesti kaltsiumit mineraalides.
Teadaolevalt leidub kuusteist ebapüsivat isotoopi. Kõige suurema tähtsusega on 90Sr, mille poolestusaeg on 28,78 aastat ja 89Sr poolestusajaga 50,5 päeva. 90Sr on tuumapommi lõhkemise kõrvalsaadus, mis toob kaasa terviseprobleemi, sest see vahetab luudes välja kaltsiumi 90Sr on teadaolevalt üks kõige kõrgema energiaga beetakiirgur.
89Sr on lühikese elueaga tehislik radioaktiivne isotoop, mida kasutatakse meditsiinis luuvähi ravimisel. Teatud juhtudel, kui patsientidel on laialdased ja piinarikkad metafaasid, juhitakse isotoobi 89Sr radioaktiivne kiirgus sinna piirkonda, kus on luuprobleemid (kaltsiumisisaldus kõige suurem). 89Sr on manustatakse kui kloorisoolana (mis on lahustuv) ja kui seda lahustada füsioloogilises lahuses, siis saab seda süstida veeni. Tavaliselt ravitakse patsiente doosiga 150 MBq. Patsiendid peavad võtma kasutusele ettevaatusabinõud, sest nende uriin saastub radioaktiivse ainega. Beetaosakesed liiguvad luusiseselt 3,5 mm (energiaga 0,583 MeV) ja 6,5 mm koesiseselt, seega ei peeta vajalikuks patsiente raviperioodil isoleerida (küll aga lastest eraldada: 10–40 päeva ei tohi lapsed patsiendi süles istuda).
Kõige kergem isotoop on 73Sr; kõige raskem 107Sr.
Kõikidel teistel strontsiumi isotoopidel on poolestusajad lühemad kui 55 päeva, enamasti isegi alla 100 minuti.
Mõju inimesele.
Esimesed strontsiumi hoiatusilmingud olid seotud Urovi jõega. XIX sajandil asusid jõe kaldale elama Baikali äärest kasakad. Mullad olid viljakad, kliima hea. Mõne aasta pärast haigestusid ümberasujad salapärasesse haigusse, millega kaasnesid luude deformatsioonid (sarnaselt rahhiidiga) ja sagedased luumurrud. Strontsium ei ole mürkmetall (inimkehas 140 mg), kuid põhjustab ainevahetushäireid, kui teda sisaldub palju kas joogivees või toiduainetes.
Inimkeha absorbeerib strontsiumit nagu oleks see kaltsium. Keemilise sarnasuse tõttu ei ole strontsiumi stabiilsed vormid inim- ega loomorganismidele ohtlikud. Teatud kogustes võib strontsium olla isegi kasulik. Elutegevusele on ohtlik ainult radioaktiivne 90Sr, mis põhjustab leukeemiat ja muid vähktõve vorme.