Стронций – металл щелочногоземельного характера. Представляет собой вещество серебристо-белого цвета (см. фото), очень мягкое и пластичное, легко разрезается даже обычным ножом. Обладает высокой активностью, горит в присутствии воздуха, вступает в химические взаимодействия с водой. В природных условиях в чистом виде не обнаружен. В основном его находят в составе ископаемых минералов, обычно в комплексе с кальцием.

Впервые он был найден в Шотландии в конце 18 века в селении с названием Строншиан, которое и дало название найденному минералу – стронцианиту. Но только спустя 30 лет после находки английский ученый Х. Дэви смог выделить его в чистом виде.

Соединения элемента используют в металлургическом производстве, медицине, пищевой промышленности. Очень интересно его свойство при горении выделять огни красного оттенка, что взяли на вооружение пиротехники в начале 20 века.

Действие стронция и его биологическая роль

Действие макроэлемента многие связывают с высокой токсичностью и радиоактивностью. Но такое мнение довольно ошибочно, т.к. природный элемент практически не обладает этими качествами и даже присутствует в тканях биологических организмов, выполняя важную биологическую роль и некоторые функции в качестве спутника кальция. Благодаря свойствам вещества, его используют в медицинских целях.

Основное скопления стронция в организме человека приходится на костные ткани. Это происходит благодаря тому, что элемент схож с кальцием по химическому действию, а тот в свою очередь является основным компонентом «строительства» скелета. А вот в мышцах содержится всего 1% от всей массы элемента в организме.

Также стронций присутствует в отложениях желчных и мочевых камней, опять же в присутствии кальция.

К слову, о вредности стронция – разрушительное для здоровья действие оказывают лишь радиоактивные изотопы, которые по своим химическим свойствам практически не отличаются от природного элемента. Возможно, по этой причине и возникла эта путаница.

Суточная норма

Суточная норма макроэлемента составляет примерно 1 мг. Это количество довольно легко восполняется с пищей и питьевой водой. Всего в организме распределено приблизительно 320 мг стронция.

Но стоит учитывать, что наш организм способен усваивать лишь 10% поступающего элемента, а получаем мы до 5 мг в сутки.

Недостаток стронция

Недостаток макроэлемента лишь теоретически может вызывать некоторые патологии, но пока это показано лишь в опытах на животных. Пока еще ученые не выявили негативного воздействия дефицита стронция на организм человека.

На данный момент выявлены только некоторые зависимости усвоения этого макроэлемента при воздействии других веществ, находящихся в организме. Например, этому процессу способствуют некоторые аминокислоты, прием витамины D и лактозы. А противное действие оказывают препараты, на основе сульфатов бария или натрия, а также продукты с большим содержанием пищевых грубых волокон.

Существует еще одна неприятная особенность – при возникновении дефицита кальция организм начинает накапливать радиоактивный стронций даже из воздуха (часто загрязненного промышленными предприятиями).

Чем опасен стронций для человека и в чем заключается его вред?

Стронций, все-таки способен оказывать вредное радиоактивное воздействие. Сам элемент по себе оказывает мало вреда, до сих пор не установлена критическая доза. А вот его изотопы могут вызвать болезни и разнообразные нарушения. Как и натуральный стронций, он скапливается в самом скелете, но его действие вызывает поражение костного мозга и разрушение самой структуры костей. Он может поражать клетки головного мозга и печени, и таким образом вызывать возникновения новообразований и опухолей.

Но одно из самых страшных последствий воздействия изотопа – это лучевая болезнь. В нашей стране до сих пор чувствуются последствия катастрофы в Чернобыле и накопленные запасы радиоактивного стронция дают о себе знать в почве, воде и самой атмосфере. Также получить большую дозу, можно работая на предприятиях, использующих элемент – там самый высокий уровень заболеваний саркомой костей и лейкемией.

Но и природный стронций способен вызывать неприятные последствия. Из-за довольно редкого стечения обстоятельств вроде неполноценного рациона, нехватки кальция, витамина D и дисбаланса в организме элементов, вроде селена и молибдена, получают развитие специфические заболевания – стронциевый рахит и уровская болезнь. Последняя получила имя от местности, где ими еще в 19 веке страдали местные жители. Они становились инвалидами из-за искривления структуры скелета, костей и суставов. Причем страдали по большей части те люди, которые с самого детства росли в этих местах. Только в 20 веке выяснили, что воды местной реки содержали повышенное количество элемента. А в период роста именно костно-суставная система подвергается наибольшему влиянию.

Попадания оксида стронция на слизистые оболочки рта или глаз, способны вызывать ожоги и глубокие повреждения. А вдыхание его с воздухом может способствовать развитию патологических болезней в легких – фиброз, бронхит, а также возможна сердечная недостаточность.

В качестве лечения обычно применяют препараты на основе кальция, магния, сульфатов натрия или бария. Также возможно использование комплексообразователей, которые связывают и выводят радиоактивные токсины из клеток.

Попадая в почву, токсичный изотоп стронция способен таким образом накапливаться в волокнах растений, а затем и в организмах животных. Таким образом человеческий организм медленно, но верно накапливает токсины, употребляя отравленные продукты. Немного спасти положение может термическая обработка продуктов, которая способствует довольно значительному снижению содержания вредного токсина в них.

Этот радионуклеид очень сложно выводится из организма, ведь почти полгода ему может потребоваться, чтобы избавиться хотя бы от половины накопленного запаса.

В каких продуктах питания содержится?

Показания к лечению препаратами на основе этого элемента

Показания к назначению макроэлемента, несмотря на его возможную токсичность все же есть. И даже радиоактивный изотоп применяется в медицинских целях. Его излучение в позволенных дозах может оказывать лечебное воздействие на эрозии, опухоли на коже и слизистых оболочках. При более глубоких очагах этот способ уже используется.

Также его соединения служат препаратами для лечения эпилепсии, нефритов и исправления деформации в детском возрасте ортопедами. В некоторой мере может служить противоглистным средством.

Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов 88 Sr (82,56%), 86 Sr (9,86%), 87 Sr (7,02%) и 84 Sr (0,56%). Распространенность изотопов стронция варьируетcя в связи с образованием 87 Sr за счет распада природного 87 Rb. По этой причине точный изотопный состав стронция в породе или минерале, которые содержат рубидий, зависит от возраста и отношения Rb/Sr в данной породе или минерале.

Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в том числе 90 Sr (Т 1/2 = 29,12 года), образующийся при делении урана. Степень окисления +2, очень редко +1.

История открытия элемента.

Свое название стронций получил от минерала стронцианита, найденного в 1787 в свинцовом руднике около Стронциана (Шотландия). В 1790 английским химиком Адером Кроуфордом (Crawford Ader) (1748–1795) было показано, что стронцианит содержит новую, еще неизвестную «землю». Эту особенность стронцианита установил также и немецкий химик Мартин Генрих Клапрот (Klaproth Martin Heinrich) (1743–1817). Английский химик Т.Хоп (Hope T.) в 1791 доказал, что в стронцианите содержится новый элемент. Он четко разграничил соединения бария, стронция и кальция, используя, помимо других методов, характерную окраску пламени: желто-зеленую для бария, ярко-красную для стронция и оранжево-красную для кальция.

Независимо от западных ученых, петербургский академик Тобиаш (Товий Егорович) Ловиц (1757–1804) в 1792, исследуя минерал барит, пришел к заключению, что в нем, помимо оксида бария, в качестве примеси находится и «стронцианова земля». Он сумел извлечь из тяжелого шпата более 100 г новой «земли» и исследовал ее свойства. Результаты этой работы были опубликованы в 1795. Ловиц писал тогда: «Я был приятно поражен, когда прочел... прекрасную статью г-на профессора Клапрота о стронциановой земле, о которой до этого имелось очень неясное представление... Все указанные им свойства солекислых и селитрокислых средних солей во всех пунктах совершеннейшим образом совпадают со свойствами моих таких же солей... Мне оставалось только проверить... замечательное свойство стронциановой земли – окрашивать спиртовое пламя в карминово-красный цвет, и, действительно, моя соль... обладала в полной мере этим свойством».

В свободном виде стронций первым выделил английский химик и физик Гемфри Дэви в 1808. Металлический стронций был получен при электролизе его увлажненного гидроксида. Выделявшийся на катоде стронций соединялся с ртутью, образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.

Распространенность стронция в природе и его промышленное получение. Содержание стронция в земной коре составляет 0,0384%. Он является пятнадцатым по распространенности и следует сразу за барием, немного уступая фтору. В свободном виде стронций не встречается. Он образует около 40 минералов. Наиболее важный из них – целестин SrSO 4 . Добывают также стронцианит SrCO 3 . Стронций присутствует в качестве изоморфной примеси в различных магниевых, кальциевых и бариевых минералах.

Стронций содержится и в природных водах. В морской воде его концентрация составляет 0,1 мг/л. Это означает, что в водах Мирового океана содержатся миллиарды тонн стронция. Минеральные воды, содержащие стронций, считают перспективным сырьем для выделения этого элемента. В океане часть стронция концентрируется в железомарганцевых конкрециях (4900 т в год). Стронций накапливается также простейшими морскими организмами – радиоляриями, скелет которых построен из SrSO 4 .

Доскональная оценка мировых промышленных ресурсов стронция не проводилась, но полагают, что они превышают 1 млрд. т.

Наиболее крупные залежи целестина – в Мексике, Испании и Турции. В России подобные месторождения есть в Хакассии, Пермской и Тульской области. Однако потребности в стронции в нашей стране удовлетворяются, в основном, за счет импорта, а также переработки апатитового концентрата, где карбонат стронция составляет 2,4%. Специалисты считают, что добыча стронция в недавно открытом Кишертском месторождении (Пермская область) может повлиять на ситуацию на мировом рынке этого продукта. Цена на пермский стронций может оказаться примерно в 1,5 раза ниже, чем на американский, стоимость которого сейчас составляет около 1200 долл. за тонну.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического стронция.

Металлический стронций имеет серебристо-белую окраску. В неочищенном состоянии он окрашен в бледно-желтый цвет. Это сравнительно мягкий металл, легко режется ножом. При комнатной температуре стронций имеет кубическую гранецентрированную решетку (a -Sr); при температуре выше 231° С превращается в гексагональную модификацию (b -Sr); при 623° С переходит в кубическую объёмноцентрированную модификацию (g -Sr). Стронций относится к легким металлам, плотность его a -формы 2,63г/см3 (20° С). Температура плавления стронция равна 768° С, температура кипения составляет 1390° С.

Являясь щелочноземельным металлом, стронций активно реагирует с неметаллами. При комнатной температуре металлический стронций покрывается пленкой из оксида и пероксида. При нагревании на воздухе воспламеняется. Стронций легко образует нитрид, гидрид и карбид. При повышенных температурах стронций реагирует с диоксидом углерода:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Металлический стронций взаимодействует с водой и кислотами, выделяя из них водород:

Sr + 2H 3 O + = Sr 2+ + H 2 ­ + 2H 2 O

Реакция не идет в тех случаях, когда образуются малорастворимые соли.

Стронций растворяется в жидком аммиаке с образованием темно-синих растворов, из которых при выпаривании можно получить блестящий аммиакат медного цвета Sr(NH 3) 6 , постепенно разлагающийся до амида Sr(NH 2) 2 .

Для получения металлического стронция из природного сырья целестиновый концентрат сначала восстанавливают при нагревании углем до сульфида стронция. Затем сульфид стронция обрабатывают соляной кислотой, а полученный хлорид стронция обезвоживают. Стронцианитовый концентрат разлагают обжигом при 1200° С, а затем растворяют образовавшийся оксид стронция в воде или кислотах. Нередко стронцианит сразу растворяют в азотной или соляной кислоте.

Металлический стронций получают электролизом смеси расплавленных хлорида стронция (85%) и хлорида калия или аммония (15%) на никелевом или железном катоде при 800° С. Полученный этим методом стронций обычно содержит 0,3–0,4% калия.

Используют также высокотемпературное восстановление оксида стронция алюминием:

4SrO + 2Al = 3Sr + SrO·Al 2 O 3

Для металлотермического восстановления оксида стронция применяют также кремний или ферросилиций. Процесс ведут при 1000° С в вакууме в стальной трубке. Хлорид стронция восстанавливают металлическим магнием в атмосфере водорода.

Крупнейшими производителями стронция являются Мексика, Испания, Турция и Великобритания.

Несмотря на довольно большое содержание в земной коре, широкого применения металлический стронций еще не нашел. Как и другие щелочноземельные металлы, он способен очищать черный металл от вредных газов и примесей. Это свойство дает стронцию перспективу применения в металлургии. Кроме того, стронций является легирующей добавкой к сплавам магния, алюминия, свинца, никеля и меди.

Металлический стронций поглощает многие газы и поэтому используется в качестве геттера в электровакуумной технике.

Соединения стронция.

Преобладающая степень окисления (+2) для стронция обусловлена, в первую очередь, его электронной конфигурацией. Он образует многочисленные бинарные соединения и соли. В воде хорошо растворимы хлорид, бромид, иодид, ацетат и некоторые другие соли стронция. Большинство солей стронция мало растворимы; среди них сульфат, фторид, карбонат, оксалат. Малорастворимые соли стронция легко получаются обменными реакциями в водном растворе.

Многие соединения стронция имеют необычное строение. Например, изолированные молекулы галогенидов стронция заметно изогнуты. Валентный угол составляет ~120° для SrF 2 и ~115° – для SrCl 2 . Это явление можно объяснить с помощью sd- (а не sp-) гибридизации.

Оксид стронция SrO получают прокаливанием карбоната или дегидратацией гидроксида при температуре красного каления. Энергия решетки и температура плавления этого соединения (2665° С) очень высоки.

При прокаливании оксида стронция в кислородной среде при высоком давлении образуется пероксид SrO 2 . Получен также желтый надпероксид Sr(O 2) 2 . При взаимодействии с водой оксид стронция образует гидроксид Sr(OH) 2 .

Оксид стронция – компонент оксидных катодов (эмиттеров электронов в электровакуумных приборах). Он входит в состав стекла кинескопов цветных телевизоров (поглощает рентгеновское излучение), высокотемпературных сверхпроводников, пиротехнических смесей. Его применяют как исходное вещество для получения металлического стронция.

В 1920 американец Хилл впервые применил матовую глазурь, в состав которой входили оксиды стронция, кальция и цинка, однако этот факт остался незамеченным, и новая глазурь не стала конкурентом традиционных свинцовых глазурей. Лишь в годы Второй мировой войны, когда свинец стал особо дефицитным, вспомнили об открытии Хилла. Это вызвало лавину исследований: в разных странах появились десятки рецептур стронциевых глазурей. Стронциевые глазури не только менее вредны по сравнению со свинцовыми, но и более доступны (карбонат стронция в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). При этом им свойственны все положительные качества свинцовых глазурей. Более того, изделия, покрытые такими глазурями, приобретают дополнительную твердость, термостойкость, химическую стойкость.

На основе оксидов кремния и стронция готовят также эмали – непрозрачные глазури. Непрозрачными их делают добавки окислов титана и цинка. Изделия из фарфора, особенно вазы, часто украшают глазурью «кракле». Такая ваза словно покрыта сеткой окрашенных трещин. Основа технологии «кракле» – разные коэффициенты термического расширения глазури и фарфора. Фарфор, покрытый глазурью, обжигают при температуре 1280–1300° C, затем температуру снижают до 150–220° C и еще не до конца остывшее изделие опускают в раствор красящих солей (например, солей кобальта, если нужно получить черную сетку). Эти соли заполняют возникающие трещины. После этого изделие сушат и вновь нагревают до 800–850° C – соли плавятся в трещинах и герметизируют их.

Гидроксид стронция Sr(OH)2 считают умеренно сильным основанием. Он не очень хорошо растворим в воде, поэтому его можно осадить при действии концентрированного раствора щелочи:

SrCl 2 + 2KOH(конц) = Sr(OH) 2 Ї + 2KCl

При обработке кристаллического гидроксида стронция пероксидом водорода образуется SrO 2 ·8H 2 O.

Гидроксид стронция может применяться для выделения сахара из патоки, однако обычно используют более дешевый гидроксид кальция.

Карбонат стронция SrCO 3 мало растворим в воде (2·10 –3 г в 100 г при 25° С). В присутствии избытка диоксида углерода в растворе он превращается в гидрокарбонат Sr(HCO 3) 2 .

При нагревании карбонат стронция разлагается на оксид стронция и диоксид углерода. Он взаимодействует с кислотами с выделением диоксида углерода и образованием соответствующих солей:

SrCO 2 + 3HNO 3 = Sr(NO 3) 2 + CO 2 ­ + H 2 O

Основные сферы карбоната стронция в современном мире – производство кинескопов для цветных телевизоров и компьютеров, керамических ферритовых магнитов, керамических глазурей, зубной пасты, антикоррозионных и фосфоресцирующих красок, высокотехнологичной керамики, в пиротехнике. Наиболее емкими направлениями потребления являются первые два. При этом спрос на карбонат стронция в производстве телевизионного стекла повышается с ростом популярности телеэкранов более крупных размеров. Возможно, развитие технологии производства плоских телеэкранов снизит спрос на карбонат стронция для телевизионных дисплеев, однако эксперты в промышленности считают, что в ближайшие 10 лет плоские телеэкраны не станут значительными конкурентами традиционных.

Европа потребляет львиную долю карбоната стронция для производства ферритовых стронциевых магнитов, которые используются в автомобильной промышленности, где они применяются для магнитных задвижек в дверцах автомобилей и тормозных системах. В США и Японии карбонат стронция используют преимущественно в производстве телевизионного стекла.

В течение многих лет крупнейшими в мире производителями карбоната стронция являлись Мексика и Германия, производственные мощности по выпуску этого товара в которых сейчас составляют соответственно 103 тыс. и 95 тыс. т в год. В Германии используют в качестве сырья импортный целестин, а мексиканские заводы работают на местном сырье. В последнее время годовые мощности по производству карбоната стронция расширились в Китае (примерно до 140 тыс. т). Китайский карбонат стронция активно продается в Азии и Европе.

Нитрат стронция Sr(NO 3) 2 хорошо растворим в воде (70,5 г в 100 г при 20° С). Его получают взаимодействием металлического стронция, оксида, гидроксида или карбоната стронция с азотной кислотой.

Нитрат стронция – компонент пиротехнических составов для сигнальных, осветительных и зажигательных ракет. Он окрашивает пламя в карминово-красный цвет. Хотя другие соединения стронция придают пламени такую же окраску, в пиротехнике предпочитают использовать именно нитрат: он не только окрашивает пламя, но одновременно служит окислителем. Разлагаясь в пламени, он выделяет свободный кислород. При этом сначала образуется нитрит стронция, который затем превращается в оксиды стронция и азота.

В России соединения стронция широко использовались в пиротехнических составах. Во времена Петра Первого (1672–1725) их применяли для получения «потешных огней», устраивавшихся при проведении различных торжеств и празднеств. Академик А.Е.Ферсман назвал стронций «металлом красных огней».

Сульфат стронция SrSO 4 мало растворим в воде (0,0113 г в 100 г при 0° С). При нагревании выше 1580° С он разлагается. Его получат осаждением из растворов солей стронция сульфатом натрия.

Сульфат стронция используется как наполнитель при изготовлении красок и резины и утяжелитель в буровых растворах.

Хромат стронция SrCrO 4 осаждается в виде желтых кристаллов при смешивании растворов хромовой кислоты и гидроксида бария.

Дихромат стронция, образующийся при действии кислот на хромат, хорошо растворим в воде. Для перевода хромата стронция в дихромат достаточно такой слабой кислоты, как уксусная:

2SrCrO 4 + 2CH 3 COOH = 2Sr 2+ + Cr 2 O 7 2– + 2CH 3 COO – + H 2 O

Так его можно отделить от менее растворимого хромата бария, который удается превратить в дихромат только действием сильных кислот.

Хромат стронция обладает высокой светостойкостью, он очень устойчив к воздействию высоких температур (до 1000° С), обладает хорошими пассивирующими свойствами по отношению к стали, магнию и алюминию. Хромат стронция применяется как желтый пигмент в производстве лаков и художественных красок. Его называют «стронциановый желтый». Он входит в состав грунтовок на основе водорастворимых смол и особенно грунтовок на основе синтетических смол для легких металлов и сплавов (авиагрунтовок).

Титанат стронция SrTiO 3 не растворяется в воде, однако переходит в раствор под действием горячей концентрированной серной кислоты. Его получают спеканием оксидов стронция и титана при 1200–1300° С или соосажденных труднорастворимых соединений стронция и титана выше 1000° С. Титанат стронция применяют как сегнетоэлектрик, он входит в состав пьезокерамики. В технике сверхвысоких частот он служит в качестве материала для диэлектрических антенн, фазовращателей и других устройств. Пленки из титаната стронция используют при изготовлении нелинейных конденсаторов и датчиков инфракрасного излучения. С их помощью создают слоистые структуры диэлектрик – полупроводник – диэлектрик – металл, которые применяются в фотоприемниках, запоминающих устройствах и других приборах.

Гексаферрит стронция SrO·6Fe 2 O 3 получают спеканием смеси оксида железа (III) и оксида стронция. Это соединение используют в качестве магнитного материала.

Фторид стронция SrF 2 мало растворим в воде (чуть более 0,1 г в 1 л раствора при комнатной температуре). Он не взаимодействует с разбавленными кислотами, но переходит в раствор под действием горячей соляной кислоты. В криолитовых копях Гренландии найден минерал, содержащий фторид стронция – ярлит NaF·3SrF 2 ·3AlF 3 .

Фторид стронция используется в качестве оптического и ядерного материла, компонента специальных стекол и люминофоров.

Хлорид стронция SrCl 2 хорошо растворим в воде (34,6% по массе при 20° С). Из водных растворов ниже 60,34° С кристаллизуется гексагидрат SrCl 2 ·6H 2 O, расплывающийся на воздухе. При более высоких температурах он теряет сначала 4 молекулы воды, затем еще одну, а при 250° С полностью обезвоживается. В отличие от гексагидрата хлорида кальция гексагидрат хлорида стронция мало растворим в этаноле (3,64% по массе при 6° С), что используется для их разделения.

Хлорид стронция используется в пиротехнических составах. Его применяют также в холодильной технике, медицине, косметике.

Бромид стронция SrBr 2 гигроскопичен. В насыщенном водном растворе его массовая доля составляет 50,6% при 20° С. Ниже 88,62° С из водных растворов кристаллизуется гексагидрат SrBr 2 ·6H 2 O, выше этой температуры – моногидрат SrBr 3 ·H 2 O. Гидраты полностью обезвоживаются при 345° С.

Бромид стронция получают реакцией стронция с бромом или оксида (либо карбоната) стронция с бромоводородной кислотой. Он используется в качестве оптического материала.

Иодид стронция SrI 2 хорошо растворим в воде (64,0% по массе при 20° С), хуже – в этаноле (4,3% по массе при 39° С). Ниже 83,9° С из водных растворов кристаллизуется гексагидрат SrI 2 ·6H 2 O, выше этой температуры – дигидрат SrI 2 ·2H 2 O.

Иодид стронция служит в качестве люминесцентного материала в сцинтилляционных счетчиках.

Сульфид стронция SrS получают при нагревании стронция с серой или восстановлением сульфата стронция углем, водородом и другими восстановителями. Его бесцветные кристаллы разлагаются водой. Сульфид стронция применяется как компонент люминофоров, фосфоресцирующих составов, средств для удаления волос в кожевенной промышленности.

Карбоксилаты стронция можно получить при взаимодействии гидроксида стронция с соответствующими карбоновыми кислотами. Стронциевые соли жирных кислот («стронциевые мыла») используют для изготовления специальных консистентных смазок.

Стронциеорганические соединения . Чрезвычайно активные соединения состава SrR 2 (R = Me, Et, Ph, PhCH 2 и т.д.) могут быть получены при использовании HgR 2 (часто лишь при низкой температуре).

Бис(циклопентадиенил)стронций является продуктом прямой реакции металла с или с самим циклопентадиеном

Биологическая роль стронция.

Стронций – составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий скелет состоит из сульфата стронция – целестина. Морские водоросли содержат 26–140 мг стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения – около 2,6, морские животные – 2–50, наземные животные – около 1,4, бактерии – 0,27–30. Накопление стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения содержания стронция и других элементов, главным образом кальция и фосфора, в окружающей среде.

Животные получают стронций с водой и пищей. Некоторые вещества, например полисахариды водорослей, препятствует усвоению стронция. Стронций накапливается в костной ткани, в золе которой содержится около 0,02% стронция (в других тканях – около 0,0005%).

Соли и соединения стронция относятся к малотоксичным веществам, однако при избытке стронция поражаются костная ткань, печень и мозг. Будучи близок к кальцию по химическим свойствам, стронций резко отличается от него по своему биологическому действию. Избыточное содержание этого элемента в почвах, водах и продуктах питания вызывает «уровскую болезнь» у человека и животных (по названию реки Уров в Восточном Забайкалье) – поражение и деформацию суставов, задержку роста и другие нарушения.

Особенно опасны радиоактивные изотопы стронция.

В результате ядерных испытаний и аварий на АЭС в окружающую среду поступило большое количество радиоактивного стронция-90, период полураспада которого составляет 29,12 года. До тех пор, пока не были запрещены испытания атомного и водородного оружия в трех средах, число пострадавших от радиоактивного стронция росло из года в год.

В течение года после завершения атмосферных ядерных взрывов в результате самоочищения атмосферы большая часть радиоактивных продуктов, в том числе стронция-90, выпала из атмосферы на поверхность земли. Загрязнение природной среды за счет выведения из стратосферы радиоактивных продуктов ядерных взрывов, проводившихся на полигонах планеты в 1954–1980, сейчас играет второстепенную роль, вклад этого процесса в загрязнение атмосферного воздуха 90 Sr на два порядка меньше, чем от ветрового подъема пыли с почвы, загрязненной при ядерных испытаниях и в результате радиационных аварий.

Стронций-90, наряду с цезием-137, являются основными загрязняющими радионуклидами на территории России. На радиационную обстановку существенно влияет наличие загрязненных зон, появившихся вследствие аварий на Чернобыльской АЭС в 1986 и на ПО «Маяк» в Челябинской области в 1957 («Кыштымская авария»), а также в окрестностях некоторых предприятий ядерно-топливного цикла.

Сейчас время средние концентрации 90 Sr в воздухе за пределами территорий, загрязненных в результате Чернобыльской и Кыштымской аварий, вышли на уровни, наблюдавшиеся до аварии на Чернобыльской АЭС. В гидрологических системах, связанных с зонами, загрязненными при этих авариях, существенно сказывается смыв стронция-90 с поверхности почвы.

Попадая в почву, стронций вместе с растворимыми соединениями кальция поступает в растения. Больше других накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше – злаки, в том числе зерновые, и лён. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне).

Из растений стронций-90 может непосредственно или через животных перейти в организм человека. У мужчин стронций-90 накапливается в большей степени, чем у женщин. В первые месяцы жизни ребенка отложение стронция-90 на порядок выше, чем у взрослого человека, он поступает в организм с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Радиоактивный стронций сосредотачивается в скелете и, таким образом, подвергает организм длительному радиоактивному воздействию. Биологическое действие 90 Sr связано с характером его распределения в организме и зависит от дозы b -облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90 Y. При длительном поступлении 90 Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет.

Применение стронция-90.

Радиоизотоп стронция применяется в производстве атомных электрических батарей. Принцип действия таких батарей основан на способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой энергией, преобразуемой затем в электрическую. Элементы из радиоактивного стронция, соединенные в миниатюрную батарейку (размером со спичечную коробку), способны безотказно служить без перезарядки 15–25 лет, такие батареи незаменимы для космических ракет и искусственных спутников Земли. А швейцарские часовщики с успехом используют крохотные стронциевые батарейки для питания электрочасов.

Отечественными учеными создан изотопный генератор электрической энергии для питания автоматических метеостанций на основе стронция-90. Гарантийный срок службы такого генератора – 10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим током нуждающиеся в нем приборы. Все обслуживание его заключается лишь в профилактических осмотрах – раз в два года. Первые образцы генератора установлены в Забайкалье и в верховьях таежной речки Кручины.

В Таллинне работает атомный маяк. Главная его особенность – радиоизотопные термоэлектрические генераторы, в которых в результате распада стронция-90 возникает тепловая энергия, преобразуемая затем в световую.

Устройства, в которых используется радиоактивный стронций, применяются для измерения толщины. Это необходимо для контроля и управления процессом производства бумаги, тканей, тонких металлических лент, пластмассовых пленок, лакокрасочных покрытий. Изотоп стронция используется в приборах для измерения плотности, вязкости и других характеристик вещества, в дефектоскопах, дозиметрах, сигнализаторах. На машиностроительных предприятиях часто можно встретить так называемые b -реле, они контролируют подачу заготовок на обработку, проверяют исправности инструмента, правильность положения детали.

При производстве материалов, являющихся изоляторами (бумага, ткани, искусственное волокно, пластмассы и т. д.), вследствие трения возникает статическое электричество. Чтобы избежать этого, пользуются ионизирующими стронциевыми источниками.

Елена Савинкина

Стронций в организме человека: роль, источники, дефицит и избыток

Стронций (Sr) - химический элемент, занимающий в Периодической системе Д.И. Менделеева 38-е место. В простом виде при нормальных условиях представляет собой щелочноземельный серебристо-белый металл, очень пластичный, мягкий и ковкий (легко режется ножом). На воздухе очень быстро окисляется кислородом и влагой, покрываясь окисью желтого цвета. Химически очень активен.

Стронций был открыт ы 1787 году двумя химиками У. Крюйкшенком и А. Кроуфордом, впервые в чистом виде выделен Х. Дэви в 1808 году. Свое название получил благодаря шотландской деревне Строншиан, где в 1764 году был обнаружен не известный ранее минерал, также в честь деревни названный стронциатом.

Из-за высокой химической активности в чистом виде в природе стронций не встречается. В природе довольно распространен, входит в состав около 40 минералов, из которых самыми распространенными являются целестин (сульфат стронция) и стронцианит (карбонат стронция). Именно из этих минералов стронций добывают в промышленных масштабах. Самые крупные месторождения стронциевых руд обнаружены в США (Аризона и Калифорния), России и некоторых других странах.

Стронций и его соединения нашли широкое применение в радиоэлектронной промышленности, металлургии, пищевой промышленности и пиротехнике.

Стронцию очень часто в минералах сопутствует кальцию и он является довольно распространенным химическим элементом. Его массовая доля в земной коре около 0,014%, концентрация в морской воде около 8 мг/л.

Роль стронция в организме человека

Очень часто, когда говорят о влиянии стронция на организм человека, имеют негативный подтекст. Это весьма распространенное заблуждение связано с тем, что его радиоактивный изотоп 90 Sr действительно крайне опасен для здоровья. Он образуется при ядерных реакциях в реакторах и во время ядерных взрывов, а при попадании в организм человека откладывается в костном мозге и очень часто приводит к весьма трагическим последствиям, поскольку буквально блокирует кроветворение. Но обычный, нерадиоактивный, стронций в разумных дозах не только не опасен, а просто необходим человеческому организму. Стронций даже применяется в лечении остеопороза.

Вообще, стронций обнаруживается почти во всех живых организмах, как в растениях, так и в животных. Он является аналогом кальция и может легко его замещать в костной ткани без особых последствий для здоровья. Кстати, именно это химическое свойство стронция делает крайне опасным его упомянутый радиоактивный изотоп. Почти весь (99%) стронций откладывается в костной ткани, и менее 1% стронция задерживается в остальных тканях организма. Концентрация стронция в крови составляет около 0,02 мкг/мл, в лимфатических узлах 0,30 мкг/г, легких 0,2 мкг/г, яичниках 0,14 мкг/г, почках и печени 0,10 мкг/г.

У маленьких детей (в возрасте до 4-х лет) стронций накапливается в организме, поскольку в этот период активно формируется костная ткань. В организме взрослого человека содержится около 300-400 мг стронция, что довольно много по сравнению с другими микроэлементами.

Стронций предотвращает развитие остеопороза и кариеса зубов.

Синергистом и одновременно антагонистом стронция является кальций, который по своим химическим свойствам весьма близок к нему.

Источники стронция в организме человека

Точно суточная потребность человека в стронции не установлена, по некоторым из имеющихся сведений она составляет до 3-4 мг. Подсчитано, что в среднем в сутки человек с пищей потребляет 0,8-3,0 мг стронция.

Поступающий с пищей стронций усваивается только на 5-10%. Его всасывание происходит преимущественно в двенадцатиперстной и подвздошной кишках. Выводится стронций в основном через почки, значительно в меньшей степени с желчью. В кале обнаруживается только неабсорбированный стронций.

Улучшает усвоение стронция витамин D, лактоза, аминокислоты аргинин и лизин. В свою очередь растительный рацион с высоким содержанием клетчатки, а также сульфаты натрия и бария, уменьшают абсорбцию стронция в пищеварительном тракте.

Продукты питания, содержащие стронций:

• бобовые культуры (бобы, горох, фасоль, соя);
• зерновые (греча, овес, пшено, пшеница мягких и твердых сортов, дикий рис, рожь);
• растения, образующие клубни, а также корнеплоды (картофель, свекла , репа, морковь, имбирь);
• фрукты (абрикос , айва, ананас, виноград, груша, киви);
• зелень (сельдерей, укроп, руккола);
• орехи (арахис, бразильский орех, кешью, макадамия, фисташки, фундук);
• мясные продукты, в особенности кости и хрящи.

Нехватка стронция в организме человека

Сведения о дефиците стронция в организме человека в специальной литературе отсутствуют. Проведенные на животных эксперименты показывают, что недостаток стронция приводит к отсталости в развитии, угнетению роста, разрушению зубов (кариес), кальцификации костей и зубов.

Избыток стронция в организме человека

При избытке стронция может развиться заболевание, которое в народе называется как "уровская болезнь", а на медицинском языке - "стронциевый рахит" или болезнь Кашина-Бека. Данное заболевание впервые было выявлено среди населения, которое проживало в бассейне р. Урал и в Восточной Сибири. Житель г. Нерченска И.М. Юренский в 1849 году в журнале "Труды вольного экономического общества" написал статью "Об уродливости жителей берегов Урова в Восточной Сибири".

Долгое время лекари не могли объяснить природу этого эндемического заболевания. Проведенные позже исследования объяснили природу данного феномена. Оказалось, что это заболевание возникает из-за того, что ионы стронция при поступлении в организм в избыточном количестве вытесняют из костей существенную долю кальция, что приводит к дефициту последнего. В результате страдает весь организм, но наиболее типичным проявлением данного заболевания оказывается развитие дистрофических изменений костей и суставов, в особенности в период интенсивного роста (у детей). Помимо этого нарушается фосфорно-кальциевое соотношение в крови, развивается дисбактериоз кишечника, фиброз легких.

Чтобы вывести избыток стронция из организма, используют пищевые волокна, соединения магния и кальция, сульфаты натрия и бария.

Однако особую опасность представляет упоминавшийся выше радиоактивный стронций-90. Накапливаясь в костях он не только поражает костный мозг, препятствуя выполнению организмом кроветворной функции, но и вызывает лучевую болезнь, поражает мозг и печень, в тысячи раз увеличивает риск развития онкологических заболеваний, в особенности рака крови.

Усугубляет ситуацию еще то обстоятельство, что стронций-90 имеет среднедлительный период полураспада (28,9 лет) - как раз средняя продолжительность генерации людей. Поэтому при радиоактивном заражении местности ждать его быстрой дезактивации не приходится, но в то же время его радиоактивность очень высока. Другие радиоактивные элементы распадаются либо очень быстро, например многие изотопы йода имеют период полураспада, исчисляемый часами и сутками, либо очень медленно, поэтому имеют низкую лучевую активность. Ни того, ни другого не сказать о стронции-90.

Но и это еще не все. Дело в том, что стронций-90 при попадании в почву вытесняет кальций и в последующем усваивается растениями, животными и, по пищевой цепи, доходит до человека со всеми вытекающими из этого последствиями. Особенно "богаты" стронцием оказываются корнеплоды и зеленые части растений. В итоге зараженные радиоактивным стронцием сельскохозяйственные угодья могут быть выведены из оборота на сотни лет.

Общие сведения и методы получения

Стронций (Sr) - металл серебристо-белого цвета. Минерал, содержа­щий стронций, был обнаружен в 1787 г. в Шотландии в свинцовом руд­нике недалеко от деревни Стронциан и назван стронцианитом. В 1790 г. шотландские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк подробно исследовали этот минерал и обнаружили в нем новую «землю» (ок­сид). Независимо от них их соотечественник химик Хоп установил, что в этом минерале содержится новый элемент - стронций. К такому же выводу пришел немецкий химик Клапрот. В те же годы известный рус­ский химик акад. Т. Е. Ловиц обнаружил следы стронция в тяжелом шпате. Результаты его исследований опубликованы в 1795 г. Однако чистый металл был выделен лишь в 1808 г. Дэви. В 1924 г. Даннер (США) получил чистый стронций восстановлением его из оксида ме­таллическим алюминием (или магнием).

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.

Стронций выпускают в соответствии с ЦМТУ 4764-56 трех марок (Ч, ЧДА и ХЧ) в виде штабиков и кристаллов (друзы).

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.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 38, атомная масса 87,62 а. е. м, атомный объем 33,7*10 -6 м 3 /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 (a - 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 a -6-превращение. 6-строн-ций имеет гексагональную решетку с периодами а=0,432 нм, с - = 0,706 им, с/а= 1,64. При 605 °С имеет место полиморфное превраще­ние 6->-у- Образующая кубическая объемноцептрированная модифика­ция имеет период а=0,485 нм. Электронная конфигурация внешнего слоя 5 s 2 . Природный стронций состоит из четырех стабильных изотопов: 84 Sr (0,58 %), 86 Sr (9,88%), 87 Sr (7,2 %). 88 Sr (82,58 %). Получено так­же 14 искусственных неустойчивых изотопов Радиоактивный изотоп 90 Sr с периодом полураспада 27,7 лет образуется при ядерных реак­циях (делении урана). Эффективное поперечное сечение захвата теп­ловых нейтронов 1,21*10 -28 м 2 . Работа выхода электронов ф=2,35 эВ, для монокристалла (100) ф=2,43 эВ.

Плотность р при 273 К равна 2,630 Мг/м 3 .

Магнитная восприимчивость при температуре 293 К х= +1,05-Ю^ 9 .

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Sr -2 e =?* Sr 2 + cp 0 = 2,89 B . Степень окисления +2.

Стронций - очень активный элемент, быстро окисляется на возду­хе с выделением большого количества тепла, энергично разлагает воду. С водородом взаимодействует при повышенной температуре 300- 400°С, образуя гидрид SrH 2 с температурой плавления 650°С. С кис­лородом образует оксид (II) SrO с температурой плавления 2430 °С, при 500 °С и давлении 15 МПа - оксид (IV) Sr 0 2 . С азотом взаимо­действует при 380-400 °С и дает соединение Sr 3 N 2 .

При нагревании стронций легко взаимодействует с галогенами, об­разуя соответствующие соли: хлорид SrCl 2 с температурой плавления 872 °С, бромид SrBr 2 с температурой плавления 643 °С, фторид SrF 2 с температурой плавления 1190°С, иодид Srl 2 . С углеродом образует карбид стронция SrC 2 , с фосфором - фосфид стронция SrP 2 , с серой при нагревании - сульфиды.

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

С металлами образует твердые растворы и металлические соедине-

ния В жидком состоянии смешивается с элементами ПА, ПВ - VB подгрупп (Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, TI, Sn, Pb, Sb, Bi, As). Co многими из них образует металлические соединения (Al , Mg , Zn , Sn , РЬ и др.). С некоторыми переходными и благородными металлами дает несмешивающиеся системы. Для большинства металлов платиновой группы характерно образование со стронцием фаз типа Лавеса. С эле­ментами П1В подгруппы образует фазы типа АВ 4 . Электрохимический эквивалент 0,45404 мг/Кл.

Технологические свойства

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

Области применения

В промышленности используют металлический стронций и его соедине­ния. Введение этого элемента и его соединений в сталь и чугун спо­собствует 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; стронций 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 °," 0 SrO , обладает высоким сопротивлением истиранию и большой эластич­ностью, легко поддастся 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 промышленноеги в качестве наполнителей резииы, 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.

Его название происходит от деревни Strontian в Шотландии, где был обнаружен минерал, содержащий стронций. В 1790 году стронций был идентифицирован как индивидуальный элемент А. Крофордом и В. Крюикшенком. Впервые выделил металлический стронций Г. Дэви в 1808 году.

Получение:

На долю стронция приходится 0,008 % общего числа атомов земной коры. Помимо силикатных пород стронций встречается в виде своих труднорастворимых углекислых и сернокислых солей: SrCO 3 - стронцианит, SrSO 4 - целестин.
В свободном состоянии может быть получен накаливанием оксида с металлическим алюминием в высоком вакууме:
3SrO+2Al=Al 2 O 3 +3Sr

Физические свойства:

Как и кальций, стронций представляет собой ковкий золотисто-желтый металл, он значительно мягче кальция. Летучие соединения стронция окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

Химические свойства:

На воздухе стронций покрывается пленкой, содержащей, наряду с оксидом, пероксид и нитрид стронция. Вследствие быстрого окисления металл хранят в минеральном масле или запаянным в ампулы.
Реагирует при нагревании с водородом и азотом, галогенами. Легко вытесняет водород не только из разбавленных кислот, но и из воды. Растворяется в жидком аммиаке. В своих соединениях двухвалентен.

Важнейшие соединения:

Оксид стронция представляет собой белое тугоплавкое вещество, энергично присоединяющее воду с образованием белого гидроксида. Наряду с оксидом известен белый пероксид стронция(II)
Гидроксид стронция, Sr(OH) 2 - сильное основание, хорошо растворимое в воде. При взаимодействии с кислотами оксид и гидроксид легко образуют соли, как правило, бесцветные.
Нитрат стронция, Sr(NO 3) 2 выделяется в виде кристаллогидратов, которые очень легко растворимы в воде. Нитратам аналогичны по составу хлораты, броматы, иодаты.
Растворимость солей в воде уменьшается в ряду: Ca - Sr - Ba и Cl - Br - I.
Сульфид стронция представляет собой твердое белое вещество. Известны полисульфиды стронция SrS n .

Применение:

Стронций - геттер в электровакуумных приборах, модификатор сплавов, чугунов и сталей. Радиоактивные изотопы 89 Sr и 90 Sr используются как источники b -излучения.
Нитрат стронция служит в пиротехнике для изготовления составов, дающих при сгорании ярко окрашенное пламя красного цвета (фейерверки и сигнальные ракеты).
Многие соединения стронция используются как компоненты керамик, люминофоры, оптические материалы.
Стронций способен накапливаться в организме человека, замещая кальций, что ведет к повышению хрупкости костей. Но если это не природный стронций, а образующийся в результате ядерных взрывов 90 Sr, то последствия гораздо тяжелее: поражение костного мозга, лейкемия, лучевая болезнь.

Эльмик Галина

См. также:
С.И. Венецкий. О редких и рассеянных. Рассказы о металлах.