السترونشيوم: التاريخ والبنية والخصائص والتفاعلات والاستخدامات - كيمياء - 2025

و السترونتيوم هو فلز قلوي ترابي الذي الكيميائي رمز هو السيد طازجة قطع هو أبيض مع لمعان فضي، ولكن عندما تتعرض لأكسدة الهواء ويكتسب لون مصفر. لهذا السبب ، يجب حمايته من الأكسجين أثناء التخزين.

يستخرج السترونشيوم من عروقه على شكل معادن سيليستيت أو سيليستين (SrSO ₄) وسترونتيانيت (SrCO ₃). ومع ذلك ، فإن السيليستيت هو الشكل الرئيسي الذي يحدث فيه تعدين السترونشيوم ، حيث توجد رواسبه في التربة الرسوبية وبالاقتران مع الكبريت.

عينة السترونشيوم المعدني المحمية بجو الأرجون. المصدر: السترونتيوم أونتر أرغون شوتزغاس Atmosphäre.jpg ماتياس زيبيرديريفاتيف العمل: عالم المواد

يحدث السيليستيت في شكل بلورات معينية ، وعادة ما يكون عديم اللون ، زجاجي وشفاف. على الرغم من استخلاص السترونشيوم بهذه الطريقة ، إلا أنه يجب تحويله إلى كربوناته الخاصة ، والتي يتم تقليله منها في النهاية.

في عام 1790 ، تم تحديد السترونشيوم كعنصر جديد من قبل أدير كروفورد وويليام كروكشانك ، في معدن من منجم الرصاص بالقرب من بلدة سترونتيون في أرجيل ، اسكتلندا. تم عزل السترونشيوم في عام 1807 بواسطة همفري ديفي ، من خلال استخدام التحليل الكهربائي.

السترونشيوم معدن مرن ومرن وموصل جيد للكهرباء ؛ ولكن لها استخدامات صناعية وتجارية قليلة. أحد تطبيقاته هو تكوين سبائك من الألمنيوم والمغنيسيوم ، مما يحسن من التعامل مع هذه المعادن وسيولتها.

في الجدول الدوري ، يقع السترونشيوم في المجموعة 2 ، بين الكالسيوم والباريوم ، ووجد أن بعض خواصه الفيزيائية ، مثل الكثافة ونقطة الانصهار والصلابة ، لها قيم وسيطة بالنسبة لتلك الموضحة في الكالسيوم والباريوم.

يتواجد السترونشيوم في الطبيعة على شكل أربعة نظائر مستقرة: ⁸⁸ الأب مع وفرة 82.6٪ ؛ و ⁸⁶ ريال وبنسبة 9.9٪ وفرة. و ⁸⁷ ريال وبنسبة 7.0٪ وفرة. و ⁸⁴ ريالا بكثرة 0.56٪.

⁹⁰ Sr هو نظير مشع يشكل العنصر الأكثر ضررًا من التساقط الإشعاعي ، وهو نتاج الانفجارات النووية والتسريبات من المفاعلات النووية ، نظرًا للتشابه بين الكالسيوم والسترونتيوم ، يتم دمج النظير في العظام ، وتنتج سرطان العظام وسرطان الدم.

التاريخ

تمت دراسة معدن من منجم الرصاص بالقرب من قرية سترونتيان في أرجيل ، اسكتلندا. تم تحديده في الأصل كنوع من كربونات الباريوم. لكن أدير كروفورد وويليام كروكشانك ، في عام 1789 ، أشاروا إلى أن المادة المدروسة كانت أخرى موضع تساؤل.

أطلق الكيميائي توماس تشارلز هوب على معدن السترونتيت الجديد وأطلق عليه اسم "الأرض" (أكسيد السترونتيوم ، SrO) اسم سترونشيا.

في عام 1790 ، أحرق كروفورد وكرويكشانك المادة المدروسة ولاحظا أن اللهب كان أحمر قرمزي اللون ، مختلفًا عن اللهب الذي لوحظ حتى ذلك الوقت في العناصر المعروفة. خلصوا إلى أنهم أمام عنصر جديد.

في عام 1808 ، تعرض السير ويليام همفري ديفي للتحليل الكهربائي لمزيج رطب من الهيدروكسيد أو كلوريد السترونشيوم مع أكسيد الزئبق ، باستخدام كاثود من الزئبق. ثم يتبخر الزئبق من الملغم المتشكل ، تاركًا السترونشيوم خاليًا.

أطلق ديفي على عنصر السترونشيوم المعزول (السترونشيوم).

التكوين والتكوين الإلكتروني للسترونشيوم

يتبلور السترونتيوم المعدني في درجة حرارة الغرفة في هيكل مكعّب يتوسط الوجه (fcc).

في هذا الهيكل ، توجد ذرات Sr في الرؤوس وعلى الوجوه المكعبة لخلية الوحدة. إنه أكثر كثافة نسبيًا من الهياكل الأخرى (مثل المكعب أو المخفية) لامتلاكه إجمالي أربع ذرات من Mr.

تظل ذرات Sr متحدة بفضل الرابطة المعدنية ، وهي نتاج تداخل مدارات التكافؤ الذري في جميع الاتجاهات داخل البلورة. هذا المدار هو 5s ، والذي يحتوي على إلكترونين وفقًا للتكوين الإلكتروني:

5 ثانية ²

وبالتالي ، نشأت فرقة 5s كاملة ونطاق توصيل 5p (نظرية النطاق).

فيما يتعلق بالمراحل المعدنية الأخرى ، لا يوجد الكثير من المعلومات الببليوغرافية ، على الرغم من أنه من المؤكد أن بلوراتها تخضع لتحولات عندما تتعرض لضغوط عالية.

أعداد الأكسدة

يميل السترونشيوم ، مثل المعادن الأخرى ، إلى فقدان إلكترونات التكافؤ ؛ هذان هما إلكترونان من مدار 5s. وهكذا ، يتم تحويل ذرات Sr إلى كاتيونات Sr ²⁺ ثنائية التكافؤ (M ²⁺ ، مثل بقية المعادن الأرضية القلوية) ، متساوي إلكترونيًا إلى كريبتون الغاز النبيل. ثم يقال أن السترونشيوم يحتوي على عدد أكسدة +2.

عندما بدلا من فقدان اثنين من الإلكترونات فإنه يفقد واحد فقط، والأب ⁺ يتكون الموجبة. وبالتالي ، فإن رقم الأكسدة الخاص به هو +1. Sr ⁺ نادر في المركبات المشتقة من السترونشيوم.

الخصائص

مظهر خارجي

أبيض فضي مع لمعان معدني ، مع مسحة صفراء خفيفة.

الكتلة المولية

87.62 جم / مول.

نقطة الانصهار

777 درجة مئوية.

نقطة الغليان

1،377 درجة مئوية.

كثافة

-درجة الحرارة المحيطة: 2.64 جم / سم ³

- الحالة السائلة (نقطة الانصهار): 2.375 جم / سم ³

الذوبان

قابل للذوبان في الكحول والأحماض. لا يذوب في الماء لأنه يتفاعل معه بقوة.

حرارة الانصهار

7.43 كيلوجول / مول.

حرارة التبخير

141 كيلو جول / مول.

قدرة المولي الحرارية

26.4 جول / (مول · ك).

كهرسلبية

0.95 على مقياس بولينج.

طاقة التأين

المستوى الأول من التأين: 549.5 كيلوجول / مول.

مستوى التأين الثاني: 1064.2 كيلوجول / مول.

المستوى الثالث من التأين: 4138 كيلوجول / مول.

راديو ذري

215 م.

نصف القطر التساهمي

195 ± 10 مساءً.

التمدد الحراري

22.5 ميكرومتر / (م · ك) عند 25 درجة مئوية.

توصيل حراري

35.4 واط / (مللي كلفن).

المقاومة الكهربائية

132 ن.م عند 20 درجة مئوية.

صلابة

1.5 على مقياس موس.

إمكانية إطلاق النار

عندما ينقسم السترونشيوم بدقة ، فإنه يحترق تلقائيًا في الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، تشتعل عند تسخينها فوق نقطة الانصهار ، ويمكن أن تكون خطر الانفجار عند تعرضها لحرارة اللهب.

تخزين

لتجنب أكسدة السترونشيوم ، يوصى بتخزينه مغمورًا في الكيروسين أو النفثا. يجب تخزين السترونشيوم في مكان بارد وجيد التهوية ، بعيدًا عن المواد العضوية والمواد الأخرى التي تتأكسد بسهولة.

التسمية

نظرًا لأن رقم الأكسدة +1 ليس شائعًا ، فمن المفترض أن +2 فقط موجود لتبسيط التسمية حول مركبات السترونتيوم. هذا هو السبب في تجاهل (II) في نهاية الأسماء في تسمية الأسهم ؛ وفي التسميات التقليدية ، تنتهي دائمًا باللاحقة -ico.

على سبيل المثال ، SrO هو أكسيد السترونشيوم أو أكسيد القصدير ، وفقًا للأسهم والتسميات التقليدية ، على التوالي.

الأشكال

نظرًا لفاعلية كبيرة ، لا يبدو السترونشيوم المعدني معزولًا في الطبيعة. ومع ذلك ، يمكن العثور عليها في حالتها الأولية محمية من الأكسجين ، عن طريق الغمر في الكيروسين أو في جو من الغازات الخاملة (مثل الغازات النبيلة).

كما تم العثور على تشكيل سبائك مع الألومنيوم والمغنيسيوم ، وكذلك الركام لسبائك القصدير والرصاص. يوجد السترونشيوم في شكل أيوني (Sr ²⁺) مذاب في التربة أو مياه البحر ، إلخ.

لذلك ، فإن الحديث عن السترونتيوم يعني الإشارة إلى الكاتيونات Sr ²⁺ (وبدرجة أقل ، Sr ⁺).

يمكن أن يتفاعل أيضًا في شكل أيوني مع عناصر أخرى لتكوين أملاح أو مركبات كيميائية أخرى ؛ مثل كلوريد السترونشيوم ، الكربونات ، الكبريتات ، الكبريتيد ، إلخ.

يوجد السترونتيوم بشكل رئيسي في معدنين: السيليستيت أو السيليستين (SrSO ₄) والسترونتيت (SrCO ₃). السيليستيت هو المصدر الرئيسي لاستخراج تعدين السترونشيوم.

يحتوي السترونتيوم على 4 نظائر طبيعية ، منها النظير الموجود بوفرة أكبر وهو ⁸⁸ نظيرًا ، كما أن هناك العديد من النظائر المشعة المنتجة صناعياً في المفاعلات النووية.

الدور البيولوجي

لا يوجد دور بيولوجي معروف للسترونشيوم في الفقاريات. بسبب تشابهه مع الكالسيوم ، يمكن أن يحل محله في أنسجة العظام. وهذا يعني أن الأب ²⁺ يزيح Ca ²⁺. لكن النسبة الموجودة في العظام بين السترونتيوم والكالسيوم تتراوح بين 1/1000 و 1/2000 ؛ هذا منخفض للغاية.

لذلك ، يجب ألا يؤدي السترونشيوم وظيفة بيولوجية طبيعية في العظام.

رانيلات السترونتيوم يستخدم في علاج هشاشة العظام ، لأنه يسبب تصلب العظام. لكن على أي حال ، هذا عمل علاجي.

أحد الأمثلة القليلة على الوظيفة البيولوجية للسترونتيوم يحدث في Acantharea ، وهو طفيلي إشعاعي أولي له هيكل عظمي مع وجود السترونشيوم.

أين تجد والإنتاج

بلور السيليستيت ، مصدر معدني للسترونشيوم. المصدر: Aram Dulyan (المستخدم: Aramgutang)

يوجد السترونشيوم في حوالي 0.034٪ من جميع الصخور النارية. ومع ذلك ، يوجد معدنان فقط: السيليستيت أو السيليستين ، في الترسبات التي تحتوي على نسبة كبيرة من السترونشيوم.

من المعدنين المهمين السترونشيوم ، يوجد فقط السيليستيت بكميات كافية في الرواسب الرسوبية للسماح بإنشاء مرافق لاستخراج السترونشيوم.

يعتبر Strationite أكثر فائدة من السيليستيت ، حيث يتم إنتاج معظم السترونشيوم على شكل كربونات السترونشيوم ؛ ولكن لم يتم العثور على أي رواسب تسمح بالتعدين المستدام.

محتوى السترونشيوم في مياه البحر يتراوح بين 82 و 90 ميكرولتر / لتر ، وهو تركيز أقل بكثير من الكالسيوم ، بين 9.6 و 11 ملي مول / لتر.

تعتمد جميع عمليات التعدين تقريبًا على رواسب السيلستيت ، نظرًا لأن عروق السترونتيانيت نادرة وليست مربحة جدًا لاستخراج السترونشيوم منها. على الرغم من ذلك ، يتم إنتاج معظم السترونشيوم على شكل كربونات السترونشيوم.

طريقة بيدجون

يتم حرق السيليستيت في وجود الفحم لتحويل كبريتات السترونتيوم إلى كبريتيد السترونشيوم. في المرحلة الثانية ، يتم إذابة المادة الداكنة المحتوية على كبريتيد السترونشيوم في الماء وترشيحها.

بعد ذلك ، يتم معالجة محلول كبريتيد السترونتيوم بثاني أكسيد الكربون ، لإنتاج ترسيب كربونات السترونشيوم.

يمكن عزل السترونشيوم عن طريق نوع آخر من طريقة بيدجن. يحدث تفاعل أكسيد السترونتيوم والألمنيوم في الفراغ ، حيث يتحول السترونشيوم إلى غاز وينتقل عبر معوجة الإنتاج إلى المكثفات ، حيث يترسب كمادة صلبة.

التحليل الكهربائي

يمكن الحصول على السترونشيوم على شكل قضبان بطريقة التحليل الكهربائي بالكاثود التلامسي. في هذا الإجراء ، يتلامس قضيب حديدي مبرد يعمل ككاثود مع سطح خليط منصهر من كلوريد البوتاسيوم وكلوريد السترونتيوم.

عندما يصلب السترونشيوم على الكاثود (قضيب حديدي) ، يرتفع القضيب.

تفاعلات

مع الكالكوجين والهالوجينات

السترونتيوم هو معدن اختزال نشط ويتفاعل مع الهالوجينات والأكسجين والكبريت لإنتاج هاليدات وأكاسيد وكبريت على التوالي. السترونشيوم معدن فضي ، لكنه يتأكسد إلى أكسيد السترونشيوم عند تعرضه للهواء:

Sr (s) + 1 / 2O ₂ (g) => SrO (s)

يشكل الأكسيد طبقة داكنة على سطح المعدن. بينما يكون تفاعله مع الكلور والكبريت كالتالي:

Sr (s) + Cl ₂ (g) => SrCl ₂ (s)

Sr (s) + S (l) => SrS (s)

يتفاعل السترونشيوم مع الكبريت المصهور.

مع الهواء

يمكن أن تتحد مع الأكسجين لتشكيل بيروكسيد السترونشيوم ؛ لكنه يتطلب ضغطًا عاليًا من الأكسجين لتكوينه. يمكن أن يتفاعل أيضًا مع النيتروجين لإنتاج نيتريد السترونشيوم:

3 س (ص) + ن ₂ (ز) => ريال ₃ ن ₂ (ق)

ومع ذلك ، يجب أن تكون درجة الحرارة أعلى من 380 درجة مئوية حتى يحدث التفاعل.

مع الماء

يمكن أن يتفاعل السترونشيوم بعنف مع الماء لتكوين هيدروكسيد السترونشيوم ، Sr (OH) _{2 ،} وغاز الهيدروجين. التفاعل بين السترونشيوم والماء لا يلاحظ في التفاعل بين الفلزات القلوية والماء ، كما لوحظ في حالة الباريوم.

مع الأحماض والهيدروجين

يمكن أن يتفاعل السترونشيوم مع حامض الكبريتيك وحمض النيتريك لتكوين كبريتات السترونشيوم والنترات على التوالي. كما أنه يجمع بين الماء الساخن والهيدروجين لتكوين هيدريد السترونشيوم.

يحتوي السترونتيوم ، مثل العناصر الثقيلة الأخرى في الكتلة s في الجدول الدوري ، على نطاق واسع من أرقام التنسيق ؛ مثل 2 و 3 و 4 و 22 و 24 ، تُرى في مركبات مثل SrCd ₁₁ و SrZn ₁₃ ، على سبيل المثال.

التطبيقات

- عنصر السترونتيوم

سبائك

يتم استخدامه كمعدل سهل الانصهار لتحسين قوة وليونة سبيكة Al-Ag. يتم استخدامه كقاح في مسبك حديد الدكتايل للتحكم في تكوين الجرافيت. يضاف أيضًا إلى سبائك القصدير والرصاص لإضافة المتانة والليونة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه كمزيل للأكسدة للنحاس والبرونز. تضاف كمية صغيرة من السترونتيوم إلى الألومنيوم المصهور لتحسين قابلية ذوبان المعدن ، مما يجعله أكثر ملاءمة لصنع الأشياء المصنوعة تقليديًا من الفولاذ.

إنه عامل صناعة السبائك للألمنيوم أو المغنيسيوم الذي يستخدم في صب كتل وعجلات المحرك. يحسن السترونشيوم من معالجة وسيولة المعدن الذي يصنع به السبائك.

النظائر

على الرغم من تأثيره الضار ، يتم استخدام ⁹⁰ Sr كمولد حراري كهربائي ، باستخدام الطاقة الحرارية من إشعاعها لإنتاج كهرباء طويلة الأمد ، مع تطبيقها في المركبات الفضائية ومحطات البحث عن بعد وعوامات الملاحة.

و ⁸⁹ وقد استخدم الأب في علاج سرطان العظام، وذلك باستخدام نوع من الانبعاثات المشعة β لتدمير الخلايا السرطانية.

تم استخدام ذرة السترونشيوم لإنشاء نظام لقياس الوقت ، والذي لا يكاد يتأخر ثانية واحدة كل 200 مليون سنة. مما يجعلها الساعة الأكثر دقة.

- مجمعات سكنية

كربونات

الفريت والمغناطيس

تتفاعل كربونات السترونتيوم (SrCO ₃) مع أكسيد الحديديك (Fe ₂ O ₃) عند درجة حرارة تتراوح بين 1000 و 1300 درجة مئوية ، لتشكيل حديدي السترونشيوم. هذه العائلة من الفريت لها صيغة عامة SrFe _x O ₄.

المغناطيس الخزفي مصنوع من الفريت ويستخدم في تطبيقات مختلفة. من بينها: تصنيع مكبرات الصوت ومحركات لمساحات الزجاج الأمامي للسيارات ولعب الأطفال.

تستخدم كربونات السترونتيوم أيضًا في إنتاج الزجاج لشاشات التلفزيون ووحدات العرض.

نظارات

بالإضافة إلى تحسين خصائص الزجاج لشاشات الكريستال السائل (LCD) ، فإنه يستخدم أيضًا في تزجيج الأدوات الخزفية ، مما يعزز مقاومته للخدش وتشكيل الفقاعات أثناء إطلاق النار.

يتم استخدامه في إنتاج الزجاج القابل للاستخدام في البصريات والأواني الزجاجية والإضاءة. كما أنه جزء من الألياف الزجاجية والنظارات المختبرية والصيدلانية ، حيث يزيد من صلابة ومقاومة الخدش ، فضلاً عن سطوعه.

إنتاج المعادن والأملاح

يستخدم للحصول على الزنك عالي النقاوة حيث يساهم في القضاء على شوائب الرصاص. يساعد في إنتاج كرومات السترونشيوم ، وهو مركب يستخدم كمثبط للتآكل في طباعة الدهانات.

مياه الصرف الصحي والمصابيح الفوسفورية

يتم استخدامه في معالجة مياه الصرف الصحي لإزالة الكبريتات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في إنتاج حامض الفوسفوريك المستخدم في تصنيع مصابيح الفلورسنت.

الألعاب النارية

تستخدم كربونات السترونتيوم ، مثل أملاح السترونشيوم الأخرى ، في الألعاب النارية لإعطائها اللون الأحمر القرمزي. بقعة تستخدم أيضًا في اختبار السترونشيوم.

هيدروكسيد

يتم استخدامه في استخلاص السكر من البنجر ، حيث يتحد هيدروكسيد السترونشيوم مع السكر لإنتاج السكريات المعقدة. يمكن فصل المعقد بفعل ثاني أكسيد الكربون ، وترك السكر خاليًا. كما أنها تستخدم في تثبيت البلاستيك.

أكسيد

إنه موجود في الزجاج المستخدم في تصنيع أنبوب الصورة التليفزيوني ، حيث بدأ هذا التطبيق في عام 1970. أجهزة التلفزيون الملونة ، وكذلك الأجهزة الأخرى التي تحتوي على أشعة الكاثود ، مطلوبة لاستخدام السترونشيوم في اللوحة الأمامية للتوقف الأشعة السينية.

لم تعد هذه التلفزيونات مستخدمة ، لأن أنابيب الكاثود قد تم استبدالها بأجهزة أخرى ، وبالتالي فإن استخدام مركبات السترونتيوم ليس مطلوبًا.

من ناحية أخرى ، يتم استخدام أكسيد السترونتيوم لتحسين جودة طلاء السيراميك.

كلوريد

يستخدم كلوريد السترونتيوم في بعض معاجين الأسنان الحساسة وفي صنع الألعاب النارية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه بطريقة محدودة لإزالة الغازات غير المرغوب فيها في الأوعية المعرضة للفراغ.

رانيلات

يستخدم في علاج هشاشة العظام حيث أنه يزيد من كثافة العظام ويقلل من حدوث الكسور. عند استخدامه موضعياً ، يمنع تهيج الحواس. ومع ذلك ، فقد انخفض استخدامه بسبب الأدلة على أنه يزيد من الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية.

ألومينات

يتم استخدامه كمشوب في صناعة الإلكترونيات. كما أنها تستخدم بشكل متكرر لجعل بعض الألعاب تتوهج في الظلام ، لأنها مركب خامل كيميائيًا وبيولوجيًا.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). السترونتيوم. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. تيموثي ب.هانوسا. (2019). السترونتيوم. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
4. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). السترونتيوم. قاعدة بيانات PubChem. الرقم التعريفي للعميل = 5359327. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. تريسي بيدرسن. (20 مايو 2013). حقائق عن السترونتيوم. تم الاسترجاع من: Livescience.com
6. دكتور دوج ستيوارت. (2019). حقائق عنصر السترونشيوم. تم الاسترجاع من: chemicool.com
7. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (03 يوليو 2019). حقائق السترونتيوم (العدد الذري 38 أو الأب). تم الاسترجاع من: thinkco.com
8. لينتيك بي في (2019). السترونتيوم. تم الاسترجاع من: lenntech.com