Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

---

---

<< Rubidii | Oglavlenie | Ittrii >>

Stroncii

Izdatel'stvo "Nauka", 1977

Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002

Eshe zadolgo do otkrytiya stronciya ego nerasshifrovannye soedineniya primenyali v pirotehnike dlya polucheniya krasnyh ognei. I do serediny 40-h godov nashego veka stroncii byl, prezhde vsego, metallom feierverkov, poteh i salyutov. Atomnyi vek zastavil vzglyanut' na nego po-inomu. Vo-pervyh, kak na ser'eznuyu ugrozu vsemu zhivomu na Zemle; vo-vtoryh, kak na material, mogushii byt' ochen' poleznym pri reshenii ser'eznyh problem mediciny i tehniki. No ob etom pozzhe, a nachnem s istorii "poteshnogo" metalla, s istorii, v kotoroi vstrechayutsya imena mnogih bol'shih uchenyh.

Chetyrezhdy otkrytaya "zemlya"

V 1764 g. v svincovom rudnike bliz shotlandskoi derevni Stroncian byl naiden mineral, kotoryi nazvali stroncianitom. Dolgoe vremya ego schitali raznovidnost'yu flyuorita CaF₂ ili viterita VaCO₃, no v 1790 g. angliiskie mineralogi Krouford i Kryuikshenk proanalizirovali etot mineral i ustanovili, chto v nem soderzhitsya novaya "zemlya", a govorya nyneshnim yazykom, okisel.

Nezavisimo ot nih tot zhe mineral izuchal drugoi angliiskii himik - Hop. Pridya k takim zhe rezul'tatam, on ob'yavil, chto v stroncianite est' novyi element - metall stroncii.

Vidimo, otkrytie uzhe "vitalo v vozduhe", potomu chto pochti odnovremenno soobshil ob obnaruzhenii novoi "zemli" i vidnyi nemeckii himik Klaprot.

V te zhe gody na sledy "stroncianovoi zemli" natolknulsya i izvestnyi russkii himik - akademik Tovii Egorovich Lovic. Ego izdavna interesoval mineral, izvestnyi pod nazvaniem tyazhelogo shpata. V etom minerale (ego sostav BaSO₄) Karl Sheele otkryl v 1774 g. okis' novogo elementa bariya. Ne znaem, otchego Lovic byl neravnodushen imenno k tyazhelomu shpatu; izvestno tol'ko, chto uchenyi, otkryvshii adsorbcionnye svoistva uglya i sdelavshii eshe mnogo v oblasti obshei i organicheskoi himii, kollekcioniroval obrazcy etogo minerala. No Lovic ne byl prosto sobiratelem, vskore on nachal sistematicheski issledovat' tyazhelyi shpat i v 1792 g. prishel k vyvodu, chto v etom minerale soderzhitsya neizvestnaya primes'. On sumel izvlech' iz svoei kollekcii dovol'no mnogo - bol'she 100 g novoi "zemli" i prodolzhal issledovat' ee svoistva. Rezul'taty issledovaniya byli opublikovany v 1795 g. Lovic pisal togda: "Ya byl priyatno porazhen, kogda prochel... prekrasnuyu stat'yu g-na professora Klaprota o stroncianovoi zemle, o kotoroi do etogo imelos' ochen' neyasnoe predstavlenie... Vse ukazannye im svoistva solekislyh i selitrokislyh srednih solei vo vseh punktah sovershenneishim obrazom sovpadayut so svoistvami moih takih zhe solei... Mne ostavalos' tol'ko proverit'... zamechatel'noe svoistvo stroncianovoi zemli - okrashivat' spirtovoe plamya v karminovo-krasnyi cvet, i, deistvitel'no, moya sol'... obladala v polnoi mere etim svoistvom".

Tak pochti odnovremenno neskol'ko issledovatelei v raznyh stranah vplotnuyu podoshli k otkrytiyu stronciya. No v elementarnom vide ego vydelili lish' v 1808 g.

Vydayushiisya uchenyi svoego vremeni Hemfri Devi ponimal uzhe, chto element stroncianovoi zemli dolzhen byt', po-vidimomu, shelochnozemel'nym metallom, i poluchil ego elektrolizom, t.e. tem zhe sposobom, chto i kal'cii, magnii, barii. A esli govorit' konkretnee, to pervyi v mire metallicheskii stroncii byl poluchen pri elektrolize ego uvlazhnennoi gidrookisi. Vydelyavshiisya na katode stroncii mgnovenno soedinyalsya s rtut'yu, obrazuya amal'gamu. Razlozhiv amal'gamu nagrevaniem, Devi vydelil chistyi metall.

Metall etot belogo cveta, ne tyazhelyi (plotnost' 2,6 g/sm³), dovol'no myagkii, plavyashiisya pri 770^oC. Po himicheskim svoistvam on tipichnyi predstavitel' semeistva shelochnozemel'nyh metallov. Shodstvo s kal'ciem, magniem, bariem nastol'ko veliko, chto v monografiyah i uchebnikah individual'nye svoistva stronciya, kak pravilo, ne rassmatrivayutsya - ih razbirayut na primere kal'ciya ili magniya.

I v oblasti prakticheskih primenenii eti metally ne raz zastupali dorogu stronciyu, potomu chto oni bolee dostupny i deshevy. Tak proizoshlo, naprimer, v saharnom proizvodstve. Kogda-to odin himik obnaruzhil, chto s pomosh'yu disaharata stronciya (C₁₂H₂₂O₄ž2SrO), nerastvorimogo v vode, mozhno vydelyat' sahar iz melassy. Vnimanie k stronciyu srazu zhe vozroslo, dobyvat' ego stali bol'she, osobenno v Germanii i Anglii. No skoro drugoi himik nashel, chto analogichnyi saharat kal'ciya tozhe nerastvorim. I interes k stronciyu tut zhe propal. Vygodnee ved' ispol'zovat' deshevyi, chashe vstrechayushiisya kal'cii.

Eto ne znachit; konechno, chto stroncii sovsem "poteryal svoe lico". Est' kachestva, kotorye otlichayut i vydelyayut ego sredi drugih shelochnozemel'nyh metallov. O nih-to my i rasskazhem podrobnee.

Metall krasnyh ognei

Tak nazyval stroncii akademik A.E.Fersman. Deistvitel'no, stoit brosit' v plamya shepotku odnoi iz letuchih solei stronciya, kak plamya totchas okrasitsya v yarkii karminovo-krasnyi cvet. V spektre plameni poyavyatsya linii stronciya.

Poprobuem razobrat'sya v sushnosti etogo prosteishego opyta. Na pyati elektronnyh obolochkah atoma stronciya 38 elektronov. Zapolneny celikom tri blizhaishie k yadru obolochki, a na dvuh poslednih est' "vakansii". V plameni gorelki elektrony termicheski vozbuzhdayutsya i, priobretaya bolee vysokuyu energiyu, perehodyat s nizhnih energeticheskih urovnei na verhnie. No takoe vozbuzhdennoe sostoyanie neustoichivo, i elektrony vozvrashayutsya na bolee vygodnye nizhnie urovni, vydelyaya pri etom energiyu v vide svetovyh kvantov. Atom (ili ion) stronciya izluchaet preimushestvenno kvanty s takimi chastotami, kotorye sootvetstvuyut dline krasnyh i oranzhevyh svetovyh voln. Otsyuda karminovo-krasnyi cvet plameni.

Eto svoistvo letuchih solei stronciya sdelalo ih nezamenimymi komponentami razlichnyh pirotehnicheskih sostavov. Krasnye figury feierverkov, krasnye ogni signal'nyh i osvetitel'nyh raket - "delo ruk" stronciya.

Chashe vsego v pirotehnike ispol'zuyut nitrat Sr(NO₃)₂, oksalat SrC₂O₄ i karbonat SrCO₃ stronciya. Nitratu stronciya otdayut predpochtenie: on ne tol'ko okrashivaet plamya, no i odnovremenno sluzhit okislitelem. Razlagayas' v plameni, on vydelyaet svobodnyi kislorod:

Sr(NO₃)₂SrO+N₂+2,5O₂.

Okis' stronciya SrO okrashivaet plamya lish' v rozovyi cvet. Poetomu v pirotehnicheskie sostavy vvodyat hlor v tom ili inom vide (obychno v vide hlororganicheskih soedinenii), chtoby ego izbytok sdvinul ravnovesie reakcii vpravo:

2SrO+Cl₂2SrCl+O₂.

Izluchenie monohlorida stronciya SrCl intensivnee i yarche izlucheiiya SrO. Krome etih komponentov, v pirotehnicheskie sostavy vhodyat organicheskie i neorganicheskie goryuchie veshestva, naznachenie kotoryh - davat' bol'shoe neokrashennoe plamya.

Receptov krasnyh ognei dovol'no mnogo. Privedem dlya primera dva iz nih. Pervyi: Sr(NO₃)₂ - 30%, Mg - 40%, smoly - 5%, geksahlorbenzola - 5%, perhlorata kaliya KClO₄ - 20%. Vtoroi: hlorata kaliya KClO₃ - 60%, SrC₂O, - 25%, smoly - 15%. Takie sostavy prigotovit' neslozhno, no sleduet pomnit', chto lyubye, dazhe samye proverennye, pirotehnicheskie sostavy trebuyut "obrasheniya na vy". Samodeyatel'naya pirotehnika opasna...

Stroncii, glazur' i emal'

Pervye glazuri poyavilis' chut' li ne na zare goncharnogo proizvodstva. Izvestno, chto eshe v IVtysyacheletii don.e. imi pokryvali izdeliya iz gliny. Zametili, chto esli pokryt' goncharnye izdeliya vzves'yu tonkoizmel'chennyh peska, potasha i mela v vode, a zatem vysushit' ih i otzhech' v pechi, to grubyi glinyanyi poroshok pokroetsya tonkoi plenkoi steklovidnogo veshestva i stanet gladkim, blestyashim. Steklovidnoe pokrytie zakryvaet pory i delaet sosud nepronicaemym dlya vozduha i vlagi. Eto steklovidnoe veshestvo i est' glazur'. Pozzhe izdeliya iz gliny stali snachala pokryvat' kraskami, a zatem glazur'yu. Okazalos', chto glazur' dovol'no dolgo ne daet kraskam tusknet' i bleknut'. Eshe pozzhe glazuri prishli v fayansovoe i farforovoe proizvodstvo. V nashi dni glazur'yu pokryvayut keramiku i metall, farfor i fayans, razlichnye stroitel'nye izdeliya.

Kakova zhe zdes' rol' stronciya?

Chtoby otvetit' na etot vopros, pridetsya eshe raz obratit'sya k istorii. Osnovu glazurei sostavlyayut razlichnye okisly. Izdavna izvestny shelochnye (potashnye) i svincovye glazuri. Osnovu pervyh sostavlyayut okisly kremniya, shelochnyh metallov (K i Na) i kal'ciya. Vo-vtoryh prisutstvuet eshe i okis' svinca. Pozzhe stali shiroko ispol'zovat' glazuri, soderzhashie bor. Dobavki svinca i bora pridayut glazuryam zerkal'nyi blesk, luchshe sohranyayut podglazurnye kraski. Odnako soedineniya svinca yadovity, a bor deficiten.

V 1920 g. amerikanec Hill vpervye primenil matovuyu glazur', v sostav kotoryi vhodili okisly stronciya (sistema Sr - Sa - Zn). Odnako etot fakt ostalsya nezamechennym, i tol'ko v gody vtoroi mirovoi voiny, kogda svinec stal osobo deficitnym, vspomnili ob otkrytii Hilla. I hlynula lavina issledovanii: v raznyh stranah poyavilis' desyatki (!) receptur stroncievyh glazurei. Predprinimalis' popytki i zdes' zamenit' stroncii kal'ciem, no kal'cievye glazuri okazalis' nekonkurentosposobnymi.

Stroncievye glazuri ne tol'ko bezvredny, no i dostupny (karbonat stronciya SrCO₃ v 3,5 raza deshevle svincovogo surika). Vse polozhitel'nye kachestva svincovyh glazurei svoistvenny i im. Bolee togo, izdeliya, pokrytye takimi glazuryami, priobretayut dopolnitel'nuyu tverdost', termostoikost', himicheskuyu stoikost'.

Na osnove okislov kremniya i stronciya gotovyat takzhe emali - neprozrachnye glazuri. Neprozrachnymi ih delayut dobavki okislov titana i cinka. Izdeliya iz farfora, osobenno vazy, chasto ukrashayut glazur'yu "krakle". Takaya vaza slovno pokryta setkoi okrashennyh treshin. Osnova tehnologii "krakle" - raznye koefficienty termicheskogo rasshireniya glazuri i farfora. Farfor, pokrytyi glazur'yu, obzhigayut pri temperature 1280...1300^oC, zatem temperaturu snizhayut do 150...220^oC i eshe ne do konca ostyvshee izdelie opuskayut v rastvor krasyashih solei (naprimer, solei kobal'ta, esli nuzhno poluchit' chernuyu setku). Eti soli zapolnyayut voznikayushie treshiny. Posle etogo izdelie sushat i vnov' nagrevayut do 800...850^oC - soli plavyatsya v treshinah i germetiziruyut ih.

Ostaetsya dobavit', chto ispol'zovanie stroncievyh bezbornyh glazurei daet znachitel'nyi ekonomicheskii effekt.

Stroncii radioaktivnyi

Eshe odna osobennost' stronciya, rezko vydelyayushaya ego sredi shelochnozemel'nyh metallov, - sushestvovanie radioaktivnogo izotopa stroncii-90, kotoryi volnuet biofizikov, fiziologov, radiobiologov, biohimikov i prosto himikov uzhe davno.

V rezul'tate cepnoi yadernoi reakcii iz atomov plutoniya i urana obrazuyutsya okolo 200 radioaktivnyh izotopov. Bol'shinstvo iz nih korotkozhivushie. No v teh zhe processah rozhdayutsya i yadra stronciya-90, period poluraspada kotorogo 27,7 goda. Stroncii-90 - chistyi beta-izluchatel'. Eto znachit, chto on ispuskaet potoki energichnyh elektronov, kotorye deistvuyut na vse zhivoe na sravnitel'no nebol'shih rasstoyaniyah, no ochen' aktivno. Stroncii kak analog kal'ciya aktivno uchastvuet v obmene veshestv i vmeste s kal'ciem otkladyvaetsya v kostnoi tkani.

Stroncii-90, a takzhe obrazuyushiisya pri ego raspade dochernii izotop ittrii-90 (s periodom poluraspada 64 chasa, izluchaet beta-chasticy) porazhayut kostnuyu tkan' i, samoe glavnoe, osobo chuvstvitel'nyi k deistviyu radiacii kostnyi mozg. Pod deistviem oblucheniya v zhivom veshestve proishodyat himicheskie izmeneniya. Narushayutsya normal'naya struktura i funkcii kletok. Eto privodit k ser'eznym narusheniyam obmena veshestv v tkanyah. A v itoge razvitie smertel'no opasnyh boleznei - raka krovi (leikemiya) i kostei. Krome togo, izluchenie deistvuet na molekuly DNK i, sledovatel'no, vliyaet na nasledstvennost'. Vliyaet pagubno.

Soderzhanie stronciya-90 v chelovecheskom organizme nahoditsya v pryamoi zavisimosti ot obshei moshnosti vzorvannogo atomnogo oruzhiya. On popadaet v organizm pri vdyhanii radioaktivnoi pyli, obrazuyusheisya v processe vzryva i raznosimoi vetrom na bol'shie rasstoyaniya. Drugim istochnikom zarazheniya sluzhat pit'evaya voda, rastitel'naya i molochnaya pisha. No i v tom i v drugom sluchayah priroda stavit estestvennye prepony na puti stronciya-90 v organizm. V tonchaishie struktury dyhatel'nyh organov mogut popast' lish' chasticy velichinoi do 5 mkm, a takih chastic pri vzryve obrazuetsya nemnogo. Vo-vtoryh, stroncii pri vzryve vydelyaetsya v vide okisi SrO, rastvorimost' kotoroi v zhidkostyah organizma ves'ma ogranichena. Proniknoveniyu stronciya cherez pishevuyu sistemu prepyatstvuet faktor, kotoryi nazyvayut "diskriminaciei stronciya v pol'zu kal'ciya". On vyrazhaetsya v tom, chto pri odnovremennom prisutstvii kal'ciya i stronciya organizm predpochitaet kal'cii. Sootnoshenie Sa: Sr v rasteniyah vdvoe bol'she, chem v pochvah. Dalee, v moloke i syre soderzhanie stronciya v 5...10 raz men'she, chem v trave, idushei na korm skotu.

Odnako celikom polagat'sya na eti blagopriyatnye faktory ne prihoditsya - oni sposobny lish' v kakoi-to stepeni predohranit' ot stronciya-90. Ne sluchaino do teh por, poka ne byli zapresheny ispytaniya atomnogo i vodorodnogo oruzhiya v treh sredah, chislo postradavshih ot stronciya roslo iz goda v god.

No te zhe strashnye svoistva stronciya-90 - i moshnuyu ionizaciyu, i bol'shoi period poluraspada - udalos' obratit' na blago cheloveka.

Radioaktivnyi stroncii nashel primenenie v kachestve izotopnogo indikatora pri issledovanii kinetiki razlichnyh processov. Imenno etim metodom v opytah s zhivotnymi ustanovili, kak vedet sebya stroncii v zhivom organizme: gde preimushestvenno on lokalizuetsya, kakim obrazom uchastvuet v obmene veshestv i tak dalee.

Tot zhe izotop primenyayut v kachestve istochnika izlucheniya pri luchevoi terapii. Applikatorami so stronciem-90 pol'zuyutsya pri lechenii glaznyh i kozhnyh boleznei.

Preparaty stronciya-90 primenyayut takzhe v defektoskopah, v ustroistvah dlya bor'by so staticheskim elektrichestvom, v nekotoryh issledovatel'skih priborah, v atomnyh batareyah.

Net otkrytii principial'no vrednyh - vse delo v tom, v ch'ih rukah okazhetsya otkrytie. Istoriya radioaktivnogo stronciya - tomu podtverzhdenie.

Stroncii v prirode

Soderzhanie stronciya v zemnoi kore dovol'no veliko - 3,4ž10^-2%). Chashe vsego on prisutstvuet kak primes' v razlichnyh kal'cievyh mineralah. Vsego izvestno bolee 25 mineralov, soderzhashih stroncii. Sobstvenno stroncievyh iz nih dva: celestin SrSO₄ i stroncianit SrCO₃. Tol'ko eti mineraly imeyut promyshlennoe znachenie kak istochniki stronciya i ego solei. V Sovetskom Soyuze mestorozhdeniya etih mineralov naideny v Arhangel'skoi oblasti, Verhnem i Srednem Povolzh'e, Bashkirii, Yakutii, Tadzhikistane, Krymu. Za rubezhom osnovnye zapasy stroncievyh rud nahodyatsya v Anglii, Ispanii, FRG, GDR, SShA, Meksike, Pakistane.

Stroncii i zhivye organizmy

Stroncii sposoben nakaplivat'sya v zhivom organizme. Po dannym akademika A.P.Vinogradova, srednee soderzhanie stronciya v zhivom veshestve ravno 0,002%. Nekotorye morskie organizmy akkumuliruyut stroncii iz morskoi vody (tam ego 0,013%). Izvestny radiolyarii, skelet kotoryh celikom sostoit iz SrSO₄. Mineral celestin, imeyushii takoi zhe sostav, vstrechaetsya v osadochnyh porodah i obrazuetsya kak produkt himicheskogo osazhdeniya iz vod zamknutyh basseinov. V "Vospominaniyah o kamne" akademik A.E.Fersman rasskazal istoriyu o tom, kak za milliony let iz bescvetnyh igolochek morskih zvezd akantarii vyrosli skazochno krasivye golubye kristally celestina (lat. cellestis - nebesno-goluboi).

Kak poluchayut metallicheskii stroncii

Metallicheskii stroncii seichas poluchayut alyumotermicheskim sposobom. Okis' SrO smeshivayut s poroshkom ili struzhkoi alyuminiya i pri temperature 1100...1150^oC v elektrovakuumnoi pechi (davlenie 0,01mm rtutnogo stolba) nachinayut reakciyu:

4SrO+2Al3Sr+Al₂O₃žSrO.

Elektroliz soedinenii stronciya (metod, kotorym pol'zovalsya eshe Devi) menee effektiven.

Primenenie metallicheskogo stronciya

Stroncii - aktivnyi metall. Eto prepyatstvuet ego shirokomu primeneniyu v tehnike. No, s drugoi storony, vysokaya himicheskaya aktivnost' stronciya pozvolyaet ispol'zovat' ego v opredelennyh oblastyah narodnogo hozyaistva. V chastnosti, ego primenyayut pri vyplavke medi i bronz - stroncii svyazyvaet seru, fosfor, uglerod i povyshaet tekuchest' shlaka. Takim obrazom, stroncii sposobstvuet ochistke metalla ot mnogochislennyh primesei. Krome togo, dobavka stronciya povyshaet tverdost' medi, pochti ne snizhaya ee elektroprovodnosti. V elektrovakuumnye trubki stroncii vvodyat, chtoby poglotit' ostatki kisloroda i azota, sdelat' vakuum bolee glubokim. Mnogokratno ochishennyi stroncii ispol'zuyut v kachestve vosstanovitelya pri poluchenii urana.

Stroncievyi bum

V samom konce 60-h godov v bol'shinstvo promyshlenno-razvityh stran stalo nablyudat'sya yavlenie, poluchivshee nazvanie stroncievogo buma. Deistvitel'no, v eto vremya rezko vozrosli dobycha stroncievyh mineralov i prakticheskoe ispol'zovanie nekotoryh ego soedinenii. Etot pod'em byl vyzvan vozrosshei potrebnost'yu v okisi stronciya i ego karbonate v proizvodstve cvetnyh televizorov i poyavleniem novyh keramicheskih materialov dlya proizvodstva ferritov. V sostave etih keramik karbonat stronciya zamenil karbonat bariya, blagodarya chemu znachitel'no uluchshilis' magnitnye svoistva etih kompozicii.

Rashod okisi stronciya v televizionnoi tehnike dovol'no velik; do kilogramma SrO na kazhdyi cvetnoi televizor. Okis' stronciya vvoditsya v sostav stekol, effektivno zaderzhivayushih rentgenovskoe izluchenie kineskopov. Rost sprosa na magnitnye materialy s karbonatom stronciya ob'yasnyaetsya ne tol'ko potrebnostyami vychislitel'noi tehniki v vysokokachestvennyh ferritah. Podobnye zhe magnitnye materialy nuzhny dlya proizvodstva portativnyh elektromotorov. Poetomu polagayut, chto massovoe proizvodstvo elektromobilei mozhet vyzvat' v nedalekom budushem eshe odin stroncievyi bum.

---

<< Rubidii | Oglavlenie | Ittrii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Sm. takzhe: Proishozhdenie himicheskih elementov Konferenciya v chest' 150-letiya tablicy Mendeleeva Otkuda poyavilis' himicheskie elementy? Otkuda proizoshli himicheskie elementy? Stepeni desyatki Ostatok sverhnovoi Kassiopeya A v rentgenovskih luchah Tumannost' Rozetka v svete atomov vodoroda, kisloroda, sery Vse publikacii na tu zhe temu >>