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, % |
НВ, МПа |
| 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»
|
