Химическая энциклопедия

СТРОНЦИЙ (от назв. деревни Строншиан, Strontian, в Шотландии, близ к-рой был обнаружен; лат. Strontium) Sr, хим. элемент II гр. периодич. системы, ат. н. 38, ат. м. 87,62; относится к щелочноземельным элементам. Природный С. состоит из четырех стабильных изотопов: ⁸⁸Sr(82,56%), ⁸⁶Sr(9,86%), ⁸⁷Sr(7,02%) и ⁸⁴Sr(0,56%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси изотопов 1,21·10^-28 м². Конфигурация внеш. электронной оболочки атома 5s²; степень окисления +2, очень редко + 1; энергии ионизации Sr⁰ : Sr⁺ : Sr²⁺ соотв. равны 5,69410 и 11,0302 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,0; сродство к электрону —1,51 эВ; работа выхода электрона 2,35 эВ; атомный радиус 0,215 нм, ионный радиус (в скобках указано координац. число) Sr²⁺ 0,132 нм (6), 0,140 нм (8), 0,150 нм (10), 0,158 нм (12).

Содержание С. в земной коре 3,4·10^-2% по массе, в океа-нич. водах 11097000 т (8,1 мг/л). В своб. виде не встречается. С. образует ок. 40 минералов, из к-рых пром. значение имеют целестин (целестит) SrSO₄ и стронцианит SrCO₃. С. присутствует в качестве изоморфной примеси в разл. магниевых, кальциевых и бариевых минералах, а также содержится в прир. минерализов. водах (ок. 24% общих запасов С.). Среднее содержание С. в почвах 0,035% по массе, в речной воде 0,08 мг/л. Часть С. в океане концентрируется в железомарганцевых конкрециях (4900 т в год). Осн. месторождения стронциевых руд в СНГ, Великобритании, ФРГ, Франции, Испании, Мексике, США, Канаде и др.

Свойства. С.-мягкий серебристо-белый металл, ковкий и пластичный. В неочищенном состоянии окрашен в желтый цвет. Существует в трех полиморфных модификациях: до 231°С устойчив a-Sr с кубич. гранецентрир. решеткой типа Сu, а = 0,6085 нм, z = 4, пространств. группа Fm3m, плотн. 2,63 г/см⁵; при т-рах 231-623°C-b-Sr с гексагон. решеткой типа Mg, а = 0,431 нм, с = 0,705 нм, z = 2, пространств. группа Р6₃/ттс; выше 623 °C-g-Sr с кубич. объемноцентрир. решеткой типа a-Fe, а = 0,485 нм, z = 2, пространств. группа Iт3т. Т.пл. 768 °С, т. кип. 1390°С; 26,79 Дж/(моль·К); DH_пл 8,2 кДж/моль, DH_исп 133,8 кДж/моль, 160,5 кДж/моль; 55,70 Дж/(моль·К); давление пара 2,254 x 10^-6 Па (500 К), 2,861·10^-4 Па (580 К), 1,12·10^-2 Па (660 К), 245,9 Па (1043 К); температурный коэф. линейного расширения 20,6·10^-6 К^-1 (273-503 К), 22,6·10^-6 К^-1 (503-773 К); r 0,2 мкОм·м (0°С), 21,5 мкОм·м (22 °С), 60 мкОм·м (400 °С), температурный коэф. r 5,2·10^-3 К^-1 (273-473 К); парамагнетик, магн. восприимчивость + 1,05·10^-9; g 350 мН/м (768°С). Пластичен, модуль упругости 16,0 ГПа, модуль сдвига 6,08 ГПа; s_раст 49,0 МПа (20 °С), 53,9 МПа (110°С), 200 МПа (200 °С), 1,0 МПа (700 °С); твердость по Бринеллю 190 МПа (20 °С), 90 МПа (200 °С), 2,0 МПа (700 °С); относит. удлинение 1,0% (20 °С), 5,3% (200 °С), 40% (700 °С).

С. отличается большой хим. активностью, по хим. св-вам сходен с Са и Ва. Стандартный электродный потенциал Sr²⁺ /Sr⁰ — 2,89 В. При обычных т-рах металлич. Sr взаимод. с воздухом, покрываясь пленкой из SrO и SrO₂ (см. Стронция оксид ), при нагр. воспламеняется. Энергично реагирует с водой с образованием Sr(OH)₂ и выделением Н₂. Металлический С. взаимод. с галогенами, образуя стронция гало-гениды. С СО₂ реагирует при повыш. т-рах: 5Sr + 2 СО₂ : : SrC₂ + 4 SrO. При 300-400 °С с Н₂ образует гидрид SrH₂, при натр. с S, Se и Те-соотв. сульфид SrS, селенид SrSe и теллурид SrTe, с N₂-нитрид Sr₃N₂, с углеродом-карбид SrC₂, с газообразным NН₃-амид Sr(NH₂)₂ и т.д.

В расплавл. состоянии С. образует однородные расплавы (р-ры) со многими металлами, с Са и Ва дает непрерывный ряд твердых р-ров, образует интерметаллиды, напр. SrAl, SrAl₄, SrMg₂.

С. раств. в разб. к-тах с образованием солей и Н₂. Конц. H₂SO₄ дает с С. SrSO₄, SO₂, H₂S и S, конц. HNO₃-Sr(NO₃)₂ и NO. При растворении С. в жидком NH₃ м.б. получен аддукт Sr(NH₃)₆. Хорошо раств. в воде хлорид, бромид, иодид, ацетат и нек-рые др. соли С., плохо раств. сульфат, фторид, карбонат, оксалат, арсенит, хромат, иодат, фосфат, молибдат С.

Сульфат SrSО₄-бесцв. кристаллы ромбич. сингонии (см. табл.); выше 1157°С переходит в гексагон. b-SrSO₄, DH перехода a:b 10 кДж/моль; разлагается выше 1580°С; р-римость в воде 0,0113 г в 100 мл при 0°С; получают осаждением из р-ров солей С. сульфатом Na; наполнитель при изготовлении красок и резины, утяжелитель в буровых жидкостях. Хромат SrCrO₄-желтые кристаллы моноклинной сингонии; получают осаждением из р-ров Н₂СrО₄ и Sr(OH)₂; желтый пигмент в произ-ве лаков, художеств, красок ("стронционовый желтый"), антикоррозионное покрытие для Zr, Mg, Al. Гексаферрит SrO·6Fe₂ O₃ получают спеканием смеси Fe₂O₃ и SrCO₃ при 1000 °С; магн. материал.

Гидрид SrН₂-бесцв. кристаллы ромбич. сингонии, выше 355 °С существует p-SrH₂, DH полиморфного перехода 7,2 кДж/моль; получают восстановлением SrO водородом при 700-800 °С или из Sr и Н₂. Сульфид SrS-бесцв. кристаллы кубич. сингонии; разлагается водой; получают при нагр. Sr и S, восстановлением SrSO₄ углем, Н₂ и др.; компонент люминофоров, фосфоресцирующих составов, ср-во для удаления волос в кожев. пром-сти.

См. также Стронция карбонат , Стронция нитрат , Стронция титанат .

Получение. Источники получения С.-прир. минералы целестин и стронцианит, перспективно использование прир. минерализов. вод. С. получают электролизом расплава SrCl₂, а также металлвтермич. восстановлением SrO или SrCl₂. Электролиз расплава (85% SrCl₂ + KC1 или NH₄C1) ведут на никелевом или железном катоде при 800 °С. Предварительно восстанавливают целестиновый концентрат до SrS углем при нагр. с послед. обработкой SrS соляной к-той и обезвоживанием образовавшегося SrCl₂. Полученный этим методом С. содержит 0,3-0,4% К. Для металлотермич. восстановления SrO используют Al, Si или ферросилиций. Процесс ведут при 1000°С в вакууме в стальной трубке. SrCl₂ восстанавливают металлич. Mg в атмосфере Н₂.

Стронцианитовый концентрат разлагают обжигом при 1200°С с послед. растворением SrO в воде или к-тах либо непосредств. растворением стронцианита в азотной или соляной к-те.

С. может быть также получен при нагр. в вакууме SrH₂ (1000°С), Sr₃N₂ (140-150°C) или Sr(NH₃)₆. С. очищают перегонкой в вакууме. Радиоактивные изотопы С. образуются при делении ²³⁵U. Изотоп ⁸⁹Sr(T_1/2 50,5 сут) получают также в реакторах из стабильного С. по р-ции: ⁸⁸Sr(n, g) ⁸⁹Sr или в циклотроне: ⁸⁸Sr(d, p) ⁸⁹Sr.

Определение. Наиб. надежный метод качеств. обнаружения и количеств. определения С. в прир. и пром. объектах-пламенная фотометрия. Качественно С. может быть обнаружен по карминово-красному окрашиванию пламени. Количественно С. определяют также гравиметрически в виде сульфата (осаждением из водно-этанольного р-ра), карбоната или оксалата, а также методом комплексонометрич. титрования комплексоном III.

Радиоактивный С. определяют по дочернему ⁹⁰Y, осаждаемому в виде оксалата. В продуктах питания и золе костной ткани ⁹⁰Y выделяют экстракцией. В пищ. продуктах, растительности и костной ткани ⁸⁹Sr определяют осаждением дымящей HNО₃ с послед. определением активности ⁸⁹Sr.

Применение. Металлический С. ограниченно используют в технике для раскисления меди и бронзы, в качестве легирующих добавок к сплавам Mg, Al, Pb, Ni и Сu, как геттер в электровакуумной технике. Более широко используют соединения С. при изготовлении спец. оптич. стекол, стекол для кинескопов электронных трубок, в пиротехн. составах (дают карминово-красное пламя), фосфоресцирующих составах, в произ-ве ферромагн. и люминесцентных материалов, эмиссионных покрытий радиоламп и т.д.

Соли С., в т. ч. радиоактивного С., применяют в терапии кожных болезней, соли жирных к-т-при изготовлении консистентных смазок. ⁹⁰Sr-источник b-излучения.

Хранят С. в закрытой стеклянной посуде под слоем керосина.

Осн. источники загрязнения природы стабильным С.-сточные воды металлургич., электротехн., стекольного, ке-рамич. и свеклосахарного произ-ва. Радиоактивный С. может поступать в окружающую среду в результате ядерных испытаний и аварий на АЭС. При крупных ядерных испытаниях выход ⁹⁰Sr(T_1/2 29,12 лет, b-излучатель) составляет 3,5%. Небольшие кол-ва ⁹⁰Sr, образующиеся в ядерных реакторах, из-за дефектов в оболочке твэла могут поступать в теплоноситель, а затем при его очистке попадать в жидкие и газообразные отходы. ⁹⁰Sr как аналог Са активно участвует в обмене в-в у растений. В растения ⁹⁰Sr попадает при загрязнении листьев и из почвы через корни. Особенно много ⁹⁰Sr накапливают бобовые, корне- и клубнеплоды и злаки.

При избытке С. прежде всего поражаются костная ткань, печень и кровь. ПДК С. в воде 8 мг/л, в воздухе для гидроксида, нитрата и оксида С. 1 мг/м³, для карбоната, сульфата и фосфата 6 мг/м³. Радиоактивный С. избирательно накапливается в скелете, мягкие ткани задерживают менее 1%, с возрастом отложение ⁹⁰Sr в скелете понижается, у мужчин он накапливается больше, чем у женщин, в первые месяцы жизни ребенка отложение ⁹⁰Sr на порядок, а ⁸⁹Sr на два порядка выше, чем у взрослого человека. Для категории А допустимая концентрация ⁹⁰Sr в воздухе рабочей зоны ДК_А 4,4·10^-2 Бк/л, допустимое содержание в костях ДС_А 7,4·10⁴ Бк, в легких 2,8·10⁴ Бк.

С. открыт в 1790 А. Крофордом, металлический С. получен впервые Г. Дэви в 1808.

Лит.: Получение стронция. Обзор литературы, М., 1972; Аналитическая химия стронция, М.„ 1978; Технология соединений бария и стронция, под ред. Ф.И. Стригунова, Э.Б. Гитиса, Хр., 1979; Алейникова М. Л., Клименко И. А., Стронций в природных и сбросных водах и способы его извлечения, М., 1980; Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. Справочник, Л., 1990. В. П. Данилов.