شیمی آزمایشگاهی

معرفی استرانسیم

استرانتیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Sr و عدد اتمی آن 38 میباشد. استرانتیوم یک فلز قلیایی بوده که به رنگ سفید مایل به نقره ای یا زرد براق است و به شدت واکنش پذیر میباشد. این فلز هنگامه مواجه با هوا به رنگ زرد در می آید و در Celestite و Strontianite بوجود میاید. Sr-90 به صورت ذرات رادیو اکتیو بوده و نیمه عمری معادل 28 سال دارد.

خصوصیات قابل توجه

از آنجا که این عنصر بسیار با هوا واکنش میدهد در حالت طبیعی به صورت ترکیبی با عناصر دیگر در کانی های Strontianite, Celestite و دیگر کانی های وجود دارد. به صورت جدا شده یک فلز زرد رنگ است که تا حدی نیز چکش خور میباشد. و عمداتا در ساخت شعله های قرمز آتش بازی ها از آن استفاده میشود.

استرانتیوم یک فلز نقره ای براق است که از کلسیم نرمتر بوده و در آب واکنش پذیر تر میباشد. از استرانتیوم در حالت تجزیه هیدرواکسید استرانتیوم و گاز هیدروژن حاصل میشود. برای ایجاد هر دو اکسید استرانتیوم و نیترید استرانتیوم در هوا می سوزد ، اما از آنجا که این عنصر با گاز هیدروژن زیر دمای 380 درجه واکنش نشان نمیدهد این عنصر در دمای اطاق فورا اکسید میشود. بنابراین باید زیر Kerosene نگهداری شود تا از اکسیداسیون آن جلوگیری به عمل آید. فلز استرانتوم خالص به سرعت به رنگ زرد در آمده و اکسید میشود. فلز پودر شده این عنصر فورا در هوا آتش میگیرد. نمکهای فرار استرانتیوم شعله های زیبایی را به رنگ قرمز سیر بوجود می آورند. و این نمکها در Pyrotechnic ها برای تولید روشنایی استفاده میشوند. استارنیوم طبیعی مخلوطی از چهار ایزوتوپ پایدار میباشد.

کاربردها

در حال حاضر استفاده اولیه استرانتیوم در ساخت شیشه تلوزیونهای رنگی و لامپهای کاتدی آنها میباشد. دیگر کاربردهای این عنصر عبارتند از:

 *در تولید مگنت های هیدرواکسید آهن و پالایش روی کاربرد دارد.

Strontium Titanate * نمای انکساری بسیار بالایی دارد و پراکندگی نوری آن از الماس نیز بیشتر است که باعث افزایش کاربرد ان در     --استفاده های نوری بصری میشود.

Strontium Titanate * به عنوان سنگ جواهر نیز مورد استفاده قرار گرفته است اما بسیار نرم بوده و به راحتی خراشیده میشود و از این    -رو در جواهرات کاربرد زیادی ندارد. این سنگها به صورت طبیعی بوجود نمی آیند.

 *استرانتیوم برای تولید رنگ در آتش بازیها نیز بکار میرود.

تاریخچه

در سال 1790 Adaor Crawfprd کانی Strontianite را که از روی شهر اسکاتلندی Strontian نامگذاری شده بود را یافت که با کانی های دیگر باریوم تفاوت داشت. اما بعد Klaproth و Hope استرانتیوم را در سال 1798 کشف کردند. فلز خالص استرانتیوم برای اولین بار توسط Sir Humphrey Davy در سال 1808 با عمل الکترولیز جدا شده و بدست آمد.

پیدایش

استرانتیوم معمولا در طبیعت بوجود می آید و %0.034 تمام سنگها و صخره های آتشفشانی را به خود اختصاص میدهد. این عنصر عمدتا به صورت سولفات کانی Celestite (SrSO4) و Carbonate Strontiantie (SrCO3) یافت میشود. Celestite بیشتر به صورت رسوبات ته نشین شده به مقدار زیاد وجود دارد که سهولت در توسعه استخراج معدن را ساده تر و جذاب تر میکند. با این حال Strontianite کانی مفیدتری میباشد چرا که استرانتیوم بیشتر به صورت کربنات استفاده میشود. اما ذخایر بسیار کمی کشف شده اند که برای توسعه و استخراج معدن مناسب میباشند. این فلز میتواند از طریق عمل الکترولیز کلرید ذوب شده و کلرید پتاسیم بدست آید. همچنین از طریق تقلیل اکسید استرانتیوم با آلومینیوم در خلا و دمای تقطیر استرانتیوم نیز ساخته میشود. سه گونه هندسی از این عنصر وجود دارد که نقطه تغییر حالت آنها از 235 تا 540 درجه میباشد. قیمت فلز خالص(98%) استرانتیوم در سال 1990 $5/oz بود. بزرگترین دخایر استخراج شده این عنصر در انگلستان وجود دارد.

ایزوتوپها

استرانتیوم که یک فلز قلیایی میباشد چهار ایزوتوپ طبیعی و پایدار دارد:

 (Sr-84(%0.56) , Sr-86(%9.86), Sr-81(%7.0 و(Sr-88(%82.58. تنها ایزوتوپ Sr-87 رادیوژنیک میباشد که از تجزیه فلز قلیایی و رادیواکتیو روبیدیوم که نیمه عمر 48800000 سال دارد بوجود آمده است. بنابراین تنها دو منبع برای تولید Sr-87 وجود دارد که یا از ترکیب هسته ای عنصری با Sr-84 , Sr-86 و Sr-88 شکل میگرد و یا از تجزیه رادیو اکتیو روبیدیوم 87. از آنجا که استرانتیوم شعاع اتمی مشابه با کلسیم دارد به راحتی در کانی ها جایگزین آن میشود. میزان Sr-87/Sr-86 در کانیها و سنگها از 0.7 تا 4.0 گسترده شده است.

16 ایزوتوپ ناپایدار نیز برای این عنصر وجود دارند که مهمترین آنها Sr-90 با نیمه عمر 29 سال میباشد که از محصولات هسته ای است که مشکلاتی را برای سلامتی انسان به همراه دراد چراکه به راحتی میتواند جانشین کلسیوم در استخوان شود و از دفع از بدن جلوگیری کند. این ایزوتوپ از قوی ترین و پویا ترین ساتع کنندگان اشعه بتا است که تا کنون شـناخــــتــه شـــده است و در ســیـــســــتمــــهایSNAP          

((Systems for Nuclear Auxiliary Power استفاده میشود. به نظر میرسد که از این سیستمها در ایستگاه های هوایی دور دست سفینه ها و شناورهای راه یاب و کلا مکانهایی که به یک منبع نیروی اتمی با وزن کم و قدرت الکتریکی و هسته ای نیاز باشد بکار رود.

اثرات استرانسیم بر روی سلامتی

در نتیجه واکنشهای شیمیایی، ترکیباتی از استرانسیم که در آب نا محلول هستند، محلول می شوند. ترکیبات محلول در آب، نسبت به ترکیبات نامحلول برای سلامتی انسان مضرتر هستند. بنابراین ترکیبات محلول استرانسیم، آب آشامیدنی را آلوده می کنند. خوشبختانه غلظت استرانسیم در آب آشامیدنی بسیار کم است. تنفس هوا یا گرد و غبار، خوردن غذا، آب آشامیدنی یا تماس با خاک آلوده به استرانسیم، باعث می شود که مقدار کمی استرانسیم وارد بدن انسان شود. احتمال ورود استرانسیم به بدن از راه خوردن و آشامیدن بیشتراست. استرانسیم موجود در غذا به استرانسیم موجود در بدن افزوده می شود. دانه ها ،سبزیهای برگدار و لبنیات، استرانسیم بالایی دارند. میزان استرانسیم موجود در بدن اکثر افراد متوسط است. از بین ترکیبات استرانسیم، تنها کرومات استرانسیم است که حتی مقادیر بسیار اندک آن هم برای سلامتی بدن مضر است. معمولا کروم سمی است که باعث بیماری می شود. کرومات استرانسیم باعث سرطان ریه می شود اما با استفاده از روشهای صحیح در کارخانجات خطرات و بیماریهای ناشی از استرانسیم کاهش می یابد. بنابراین استرانسیم خطری جدی برای سلامتی انسان محسوب نمی شود. جذب مقدارزیاد استرانسیم برای سلامتی انسان خطری ندارد. تنها در یک مورد، فردی نسبت به استرانسیم حسااسیت نشان داد اما مورد دیگری گزارش نشده است. در بچه ها جذب استرانسیم زیادی ، باعث اختلالات رشد می شود.

نمکهای استرانسیم باعث خارش پوست یا دیگر مشکلات پوستی نمی شوند. وقتی جذب استرانسیم بسیار زیاد باشد، رشد استخوانها دچار مشکل می شود. اما این مشکل تنها زمانی پیش می آید که جذب استرانسیم بیش از هزار ppm باشد. میزان استرانسیم موجود در غذا و آب آشامیدنی به حدی نیست که باعث این قبیل عوارض شود. خطر استرانسیم رادیو اکتیو برای سلامتی انسان بیشتر از استرانسیم پایدار است. اگر جذب استرانسیم رادیواکتیو خیلی زیاد باشد، باعث کم خونی و کمبود اکسیژن می شود. غلطت بسیار بالای استرانسیم به خاطر آسیب به ماده ژنتیکی سلولها باعث سرطان می شود.

عمومی

نام, علامت اختصاری, شماره                           Strontium, Sr, 38

گروه شیمیایی                                                            قلیائی خاکیها

گروه, تناوب, بلوک                                                 2 «IIA), 5, s

جرم حجمی, سختی                                           2630 kg/m3, 1.5

رنگ                                                              سفید نقره ای براق

خواص اتمی

وزن اتمی                                                            87.62 amu

شعاع اتمی                                                               219 pm

شعاع کووالانسی                                                        192 pm

شعاع وندروالس                                             no information

ساختار الکترونی                                                        [Kr]5s2

-e بازای هر سطح انرژی                                     2, 8, 18, 8, 2

درجه اکسیداسیون «اکسید                                           )2 بازقوی)

ساختار کریستالی                                     مکعبی face centered

خواص فیزیکی

حالت ماده جامد                                         paramagnetic

نقطه ذوب                                          1050 K)1431 °F)

نقطه جوش                                        1655 K)2520 °F)

گرمای تبخیر                                              144 kJ/mol

گرمای هم جوشی                                          8.3 kJ/mol

فشار بخار                                       246 Pa at 1042 K

متفرقه

الکترونگاتیویته                               0.95 )درجه پاولینگ)

ظرفیت گرمایی ویژه                                  300 J/kg*K

رسانائی الکتریکی                                7.62 ⁶10/m اهم

رسانائی گرمایی                                  35.3 W/«m*K

 1^stپتانسیل یونیزاسیون                           549.5 kJ/mol

 2^ndپتانسیل یونیزاسیون                         1064.2 kJ/mol

3^rd پتانسیل یونیزاسیون                            4138 kJ/mol