ストロンチウム：歴史、構造、特性、反応および用途 - 化学

ストロンチウムは、その化学記号である氏たてカット銀光沢のある白色であるアルカリ土類金属であるが、空気が酸化に曝されたときに黄色がかった色を取得します。このため、保管中は酸素から保護する必要があります。

ストロンチウムは、鉱脈のセレスタイトまたはセレスティン（SrSO ₄）およびストロンチアンタイト（SrCO ₃）の形で静脈から抽出されます。しかし、セレスタイトはストロンチウムの採掘が行われる主な形態であり、その堆積物は堆積土中にあり、硫黄と関連しています。

アルゴン雰囲気で保護された金属ストロンチウムのサンプル。出典：Strontium unter Argon SchutzgasAtmosphäre.jpgMatthias Zepper派生著作：材料科学者

セレスタイトは菱形の結晶の形で存在し、通常無色、ガラス質で透明です。このようにストロンチウムは抽出されますが、ストロンチウムはそれぞれの炭酸塩に変換され、最終的には還元されます。

1790年に、ストロンチウムはスコットランドのアーガイルのストロンションの町の近くの鉛鉱山からの鉱物の中で、アデアクロフォードとウィリアムクルークシャンクによって新しい元素として識別されました。ストロンチウムは1807年にハンフリー・デービーによって電気分解の使用により分離されました。

ストロンチウムは展性があり延性のある金属であり、優れた電気伝導体です。しかし、工業的および商業的用途はほとんどありません。その用途の1つは、アルミニウムとマグネシウムとの合金の形成であり、これらの金属の取り扱いと流動性を向上させます。

周期表では、ストロンチウムはカルシウムとバリウムの間にあるグループ2にあり、密度、融点、硬度などの物理的特性のいくつかは、カルシウムとバリウム。

ストロンチウムは4つの安定同位体として自然に生じる：⁸⁸ .82.6％の豊富なのSr。⁸⁶ 9.9％の存在量とのSr、。⁸⁷ 7.0％の豊富なSrを、。および⁸⁴ Sr、0.56％の存在量。

⁹⁰ Srは放射性同位元素であり、カルシウムとストロンチウムの類似性により骨に取り込まれるため、放射性フォールアウトの最も有害な成分である核爆発と原子炉からの漏れの産物です。、骨がんと白血病を引き起こす。

歴史

スコットランドのアーガイルにあるストロンティアンの村の近くの鉛鉱山からの鉱物が研究されました。もともとは炭酸バリウムの一種とされていました。しかし、1789年にAdair CrawfordとWilliam Cruickshankは、研究された物質は別の問題であると述べた。

化学者のトーマスチャールズホープは新しいミネラルストロンタイトと命名し、対応する「地球」（酸化ストロンチウム、SrO）はそれをストロンティアと命名しました。

1790年に、クロフォードとクルイクシャンクは研究された物質を燃やし、その炎の色は真っ赤で、既知の元素でそれまで観察されていた炎とは異なることを観察しました。彼らは新しい要素の前にいると結論付けました。

1808年、ウィリアムハンフリーデービー卿は、水銀のカソードを使用して、ストロンチウムの水酸化物または塩化物と水銀酸化物との湿った混合物に電気分解を行いました。次に、形成されたアマルガムからの水銀を蒸発させ、ストロンチウムを遊離させた。

デービーは孤立元素をストロンチウム（ストロンチウム）と名付けました。

ストロンチウムの構造と電子配置

金属ストロンチウムは、面心立方（fcc）構造で室温で結晶化します。

この構造では、Sr原子はユニットセルの頂点と立方体の面に配置されます。Mrの原子が合計4つあるため、他の構造（立方体やbccなど）よりも密度が高くなっています。

Sr原子は金属結合のおかげで統一されたままです。これは、結晶内のすべての方向での原子価軌道の重なりの積です。この軌道は5秒であり、電子構成に応じて2つの電子を持ちます。

5秒²

したがって、完全な5sバンドと5p伝導バンド（バンド理論）が始まります。

その他の金属相に関しては、書誌的情報はあまりありませんが、高圧にさらされると結晶が変態することは確かです。

酸化数

ストロンチウムは、他の金属と同様に、価電子を失う傾向があります。これらは5s軌道の2つの電子です。したがって、Sr原子は二価のSr ²⁺カチオン（M ²⁺、他のアルカリ土類金属と同様）に変換され、希ガスクリプトンと等電子になります。その場合、ストロンチウムは+2の酸化数を持つと言われています。

2つの電子を失う代わりに1つだけを失うとき、Sr ⁺カチオンが形成されます。したがって、その酸化数は+1です。Sr ⁺は、ストロンチウムに由来する化合物ではまれです。

プロパティ

外観

銀色の白にメタリックの光沢があり、わずかに黄色がかっています。

モル質量

87.62 g / mol。

融点

777°C

沸点

1,377°C

密度

-周囲温度：2.64 g / cm ³

-液体の状態（融点）：2.375 g / cm ³

溶解度

アルコールと酸に可溶。強く反応するため水に溶けません。

融合熱

7.43 kJ / mol。

気化熱

141 kJ / mol。

熱モル容量

26.4 J /（mol・K）。

電気陰性

ポーリングスケールで0.95。

イオン化エネルギー

イオン化の最初のレベル：549.5 kJ / mol。

2番目のイオン化レベル：1,064.2 kJ / mol。

イオン化の第3レベル：4,138 kJ / mol。

原子ラジオ

経験値215 pm。

共有結合半径

195±10 pm。

熱膨張

25°Cで22.5 µm /（m・K）

熱伝導率

35.4 W /（mK）。

電気抵抗率

20°Cで132nΩ・m

硬度

Mohsスケールで1.5。

火の可能性

ストロンチウムは細かく分割すると自然に空気中で燃焼します。さらに、融点を超えて加熱すると発火し、炎の熱にさらされると爆発の危険が生じる可能性があります。

ストレージ

ストロンチウムの酸化を避けるため、灯油またはナフサに浸して保管することをお勧めします。ストロンチウムは、有機物やその他の酸化しやすい物質から離れた、涼しく換気の良い場所に保管する必要があります。

命名法

酸化数+1はそれほど一般的ではないため、ストロンチウム化合物周辺の命名法を簡略化するために、+ 2のみが存在すると想定されています。そのため、在庫の命名法では、名前の末尾の（II）は無視されます。そして、伝統的な命名法では、それらは常に接尾辞-icoで終わります。

たとえば、SrOは、ストックと従来の命名法によれば、それぞれ酸化ストロンチウムまたは酸化スズです。

形

その優れた反応性により、金属ストロンチウムは自然界では孤立しているようには見えません。ただし、灯油または不活性ガス（希ガスなど）の雰囲気に浸すことにより、酸素から保護された元素状態で見られます。

また、アルミニウムとマグネシウムで合金を形成することや、スズと鉛の合金への集合体も見られます。ストロンチウムは、イオン形態（Sr ²⁺）で土壌や海水などに溶けています。

したがって、ストロンチウムについて話すことは、Sr ²⁺カチオンを参照することです（そしてより少ない程度に、Sr ⁺）。

また、イオンの形で他の元素と相互作用して、塩や他の化合物を形成することもできます。塩化ストロンチウム、炭酸塩、硫酸塩、硫化物など

ストロンチウムは主に2つの鉱物に存在します：セレスタイトまたはセレスティン（SrSO ₄）とストロンタイト（SrCO ₃）。セレスタイトは、ストロンチウム採鉱の主な供給源です。

ストロンチウムには4つの天然同位体があり、そのうち豊富に検出されるのは⁸⁸氏です。また、原子炉で人工的に生成された放射性同位体が多数あります。

生物学的役割

脊椎動物におけるストロンチウムの生物学的役割は知られていない。カルシウムと類似しているため、骨組織のカルシウムと置き換えることができます。つまり、Sr ²⁺はCa ^2+を置換します。しかし、ストロンチウムとカルシウムの骨に見られる比率は、1 / 1,000から1 / 2,000の間です。つまり、非常に低いです。

したがって、ストロンチウムは骨の自然な生物学的機能を満たさないはずです。

ラネリン酸ストロンチウムは骨の硬化を引き起こすため、骨粗しょう症の治療に使用されています。しかし、いずれにせよ、これは治療行為です。

ストロンチウムの生物学的機能の数少ない例の1つは、ストロンチウムが存在する骨格を持つ放散虫原虫であるAcanthareaで発生します。

どこで見つけて生産するか

セレスタイト結晶、ストロンチウムの鉱物源。出典：Aram Dulyan（ユーザー：Aramgutang）

ストロンチウムは、すべての火成岩の約0.034％に含まれています。ただし、ストロンチウム含有量の多い鉱床には、セレスタイトまたはセレスティンの2つの鉱物しか含まれていません。

2つの重要な鉱物であるストロンチウムのうち、堆積物には十分な量のセレスタイトのみが含まれており、ストロンチウムを抽出するための施設を作ることができます。

ほとんどのストロンチウムは炭酸ストロンチウムの形で生成されるため、ストレーションサイトはセレスタイトよりも有用です。しかし、持続可能な採鉱を可能にする堆積物はほとんど発見されていません。

海水中のストロンチウム含有量は82から90 µmol / Lの範囲で、カルシウムよりもはるかに低い濃度で、9.6から11 mmol / Lの範囲です。

ストロンティアナイト鉱脈は希少であり、ストロンチウムの抽出にはあまり有益ではないため、ほとんどすべての採鉱はセレスタイト鉱床に基づいています。それにもかかわらず、ほとんどのストロンチウムは炭酸ストロンチウムの形で生産されます。

ピジョン法

セレスタイトは、石炭の存在下で焼却され、硫酸ストロンチウムを硫化ストロンチウムに変換します。第二段階では、硫化ストロンチウムを含む暗色の物質を水に溶解し、ろ過します。

次に、硫化ストロンチウム溶液を二酸化炭素で処理して、炭酸ストロンチウムを沈殿させる。

ストロンチウムは、ピジョン法の変法によって単離することができます。酸化ストロンチウムとアルミニウムの反応は真空中で起こり、そこでストロンチウムはガスに変換され、製造用レトルトを通って凝縮器に運ばれ、そこで固体として沈殿します。

電解

ストロンチウムは、接触陰極電解法により棒状で得ることができます。この手順では、陰極として機能する冷却された鉄の棒が、塩化カリウムと塩化ストロンチウムの溶融混合物の表面と接触します。

ストロンチウムがカソード（鉄の棒）で凝固すると、棒が上昇します。

反応

カルコゲンとハロゲンを使用

ストロンチウムは活性還元金属であり、ハロゲン、酸素、硫黄と反応して、それぞれハロゲン化物、酸化物、硫黄を生成します。ストロンチウムは銀色の金属ですが、空気に触れると酸化ストロンチウムに酸化されます。

Sr（s）+ 1 / 2O ₂（g）=> SrO（s）

酸化物は、金属の表面に暗い層を形成します。塩素や硫黄との反応は次のとおりです。

Sr（s）+ Cl ₂（g）=> SrCl ₂（s）

Sr（s）+ S（l）=> SrS（s）

ストロンチウムは溶融硫黄と反応します。

空気で

それは酸素と結合して過酸化ストロンチウムを形成することができます。しかし、それはその形成のために高圧の酸素を必要とします。また、窒素と反応して窒化ストロンチウムを生成することもできます。

3Sr（s）+ N ₂（g）=> Sr ₃ N ₂（s）

ただし、反応が発生するには、温度が380°Cを超えている必要があります。

水で

ストロンチウムは水と激しく反応して、水酸化ストロンチウム、Sr（OH）_2、および水素ガスを形成します。ストロンチウムと水との反応は、アルカリ金属と水との反応で観測された暴力、およびバリウムの場合で観測された暴力を持ちません。

酸と水素で

ストロンチウムは硫酸と硝酸と反応して、それぞれ硫酸ストロンチウムと硝酸ストロンチウムを形成します。また、高温で水素と結合して水素化ストロンチウムを形成します。

ストロンチウムは、周期表のsブロックにある他の重元素と同様に、幅広い配位数を持っています。たとえば、SrCd ₁₁やSrZn ₁₃などの化合物に見られる2、3、4、22、24 などです。

用途

-元素ストロンチウム

合金

Al-Ag合金の強度と延性を改善するための共晶改質剤として使用されます。それは黒鉛の形成を制御するためにダクタイル鋳鉄工場の接種材料として使用されます。スズと鉛合金にも添加され、靭性と延性を追加します。

また、銅・青銅の脱酸剤としても使用されています。少量のストロンチウムが溶融アルミニウムに追加され、金属の溶融性が最適化されるため、従来は鋼で作られていたオブジェクトの製造に適しています。

エンジンブロックやホイールの鋳造に使用されるアルミニウムやマグネシウムの合金化剤です。ストロンチウムはそれが合金にされる金属の取り扱いと流動性を改善します。

同位体

その有害な作用にもかかわらず、⁹⁰ Srは熱電発電機として使用され、その放射の熱エネルギーを使用して長期的な電力を生成します。宇宙船、遠隔研究ステーション、航海ブイに使用されます。

⁸⁹ Srが、腫瘍細胞の破壊のための放射性エミッションβ型を使用して、骨の癌の治療に使用されてきました。

ストロンチウム原子は、2億年ごとにわずか1秒遅れる時間を測定するシステムを確立するために使用されています。これが最も正確な時計になります。

-化合物

炭酸塩

フェライトと磁石

炭酸ストロンチウム（SrCO ₃）は、酸化鉄（Fe ₂ O ₃）と1,000〜1,300℃の温度で反応して、ストロンチウムフェライトを形成します。このフェライトのファミリーは、一般式SrFe _x O _4を持っています。

セラミック磁石はフェライトでできており、様々な用途に使用されています。その中でも：スピーカー、自動車のフロントガラスワイパー用のモーター、子供向けのおもちゃの製造。

炭酸ストロンチウムは、テレビ画面やディスプレイユニット用のガラスの製造にも使用されています。

眼鏡

液晶ディスプレイ（LCD）のガラスの特性を改善することに加えて、セラミック製品のグレージングにも使用され、焼成中の引っかき傷や気泡形成に対する耐性を強化します。

光学、ガラス製品、照明に使用できるガラスの製造に使用されます。また、硬度と引っかきに対する耐性、およびその明るさを向上させるため、ガラス繊維、実験室用および医薬品用ガラスの一部でもあります。

金属と塩の生産

鉛不純物の除去に寄与するため、高純度の亜鉛を得るために使用されます。印刷用塗料の腐食防止剤として使用される化合物であるクロム酸ストロンチウムの製造に役立ちます。

廃水と蓄光ランプ

それは硫酸塩の除去のための廃水の処理で使用されます。また、蛍光灯の製造に使用されるオルトリン酸の製造にも使用されます。

火工品

炭酸ストロンチウムは、他のストロンチウム塩と同様に、花火で真っ赤な色にするために使用されます。ストロンチウムのテストでも使用される汚れ。

水酸化物

水酸化ストロンチウムは砂糖と結合して複雑な糖類を生成するため、ビートからの砂糖の抽出に使用されます。複合体は二酸化炭素の作用により解離して、糖を遊離させることができます。また、プラスチックの安定化にも使用されます。

酸化物

これは、1970年にこのアプリケーションを開始して、テレビの受像管の製造に使用されるガラスに含まれています。カラーテレビや陰極線を含む他のデバイスは、前面プレートにストロンチウムを使用して停止する必要があります。 X線。

陰極管が他のデバイスに置き換えられたため、これらのテレビは使用されなくなったため、ストロンチウム化合物の使用は必要ありません。

一方、酸化ストロンチウムはセラミック釉薬の品質を向上させるために使用されます。

塩化

塩化ストロンチウムは敏感な歯の一部の練り歯磨きや花火の製造に使用されます。さらに、真空にされた容器内の不要なガスを除去するために、限られた方法で使用されます。

Ranelate

骨密度を増加させ、骨折の発生率を低下させるため、骨粗しょう症の治療に使用されます。局所的に適用すると、感覚刺激を抑制します。しかし、心血管疾患の発生率を増加させるという証拠のため、その使用は減少しています。

アルミン酸塩

エレクトロニクス産業のドーパントとして使用されています。また、化学的および生物学的に不活性な化合物であるため、特定のおもちゃを暗闇で光らせるためによく使用されます。

参考文献

震えとアトキンス。（2008）。無機化学。（第4版）。Mc Graw Hill。
ウィキペディア。（2019）。ストロンチウム。から回復：en.wikipedia.org
ティモシーP.ハヌサ。（2019）。ストロンチウム。百科事典ブリタニカ。リカバリー元：britannica.com
国立バイオテクノロジー情報センター。（2019）。ストロンチウム。PubChemデータベース。CID = 5359327。リカバリー元：pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Traci Pedersen。（2013年5月20日）。ストロンチウムについての事実。回収元：livescience.com
ダグ・スチュワート博士。（2019）。ストロンチウム元素の事実。回収元：chemicool.com
ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2019年7月3日）。ストロンチウムの事実（原子番号38またはSr）。から回復：thoughtco.com
Lenntech BV（2019）。ストロンチウム。から回復：lenntech.com

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