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,
%
|
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»