Preço, ocorrência, extração e uso de estrôncio

O estrôncio é um elemento químico com o símbolo Sr e o número atômico 38. Na tabela periódica está no 5. Período, bem como o 2. Grupo principal ou o 2. Grupo IUPAC e, portanto, pertence aos metais alcalino-terrosos. É um metal macio (dureza Mohs: 1,5) e muito reativo.

O elemento foi descoberto por Adair Crawford 1790 e recebeu o nome de seu primeiro site, Strontian, na Escócia. Elementar, embora contaminado por misturas estrangeiras, o 1808 pode ser representado por eletrólise por Humphry Davy. Robert Bunsen conseguiu 1855 também a representação de puro estrôncio. O elemento é usado apenas em pequenas quantidades, especialmente em tubos de raios catódicos, pirotecnia (cor de chama vermelha), ímãs permanentes e na fundição de alumínio.

O estrôncio ocorre em pequenas quantidades no corpo humano, mas não possui um significado biológico conhecido e não é essencial. O ranelato de estrôncio é um medicamento para o tratamento da osteoporose.

História

A evidência inicial da existência do elemento foi encontrada por Adair Crawford e William Cruickshank no ano 1790, quando examinaram mais detalhadamente um Strontian originário da Escócia, mineral que inicialmente se pensava ser "barita transportada por via aérea" (carbonato de bário, witherita). Eles prepararam o cloreto e compararam várias propriedades do cloreto de estrôncio posterior com as do cloreto de bário. Entre outras coisas, eles encontraram diferentes solubilidades na água e em outras formas de cristal. 1791 nomeou Friedrich Gabriel Sulzer (1749-1830) o mineral após sua localidade Strontian Strontianite. Ele e Johann Friedrich Blumenbach estudaram o mineral mais de perto e, assim, encontraram mais diferenças no Witherit, como a toxicidade e a cor da chama. Nos anos seguintes, químicos como Martin Heinrich Klaproth, Richard Kirwan, Thomas Charles Hope e Johann Tobias Lowitz investigaram mais a estrontianita e obtiveram outros compostos de estrôncio.

A 1808 sucedeu a Humphry Davy por redução eletrolítica na presença de óxido de mercúrio vermelho, a representação de amálgama de estrôncio, que ele então purificou por destilação e, portanto, recebeu o metal - embora contaminado. Ele o nomeou em homenagem à estrontianita, análoga à dos outros metais alcalino-terrosos, o estrôncio. Robert Bunsen 1855 venceu o estrôncio puro por eletrólise de uma massa fundida de cloreto de estrôncio. Ele também determinou propriedades do metal, como a gravidade específica do elemento.

ocorrência

O estrôncio é relativamente abundante com uma parcela de 370 ppm na crosta continental da Terra; a abundância de elementos na crosta terrestre é comparável à do bário, enxofre ou carbono. Também na água do mar, uma quantidade maior de estrôncio está presente. O elemento não parece sólido, mas sempre em conexões diferentes. Devido às baixas solubilidades, os minerais de estrôncio mais importantes são o sulfato de estrôncio ou a celestina, com um teor de estrôncio de até 47,7%. bem como o carbonato de estrôncio ou a estrontianita com um teor de estrôncio de até 59,4% no total (a partir de: 2011) em torno de minerais contendo estrôncio da 200 são conhecidos.

Os depósitos do mineral mais importante do estrôncio, a celestina, foram formados pela precipitação do sulfato de estrôncio pouco solúvel da água do mar. Também é possível uma formação hidrotérmica do mineral. A estrontianita também se forma hidrotermicamente ou como um mineral secundário da celestina. Os principais depósitos de estrôncio e locais de mineração estão na Espanha, México, Turquia, China e Irã. A Grã-Bretanha também foi um importante estado produtor por um longo tempo, mas a produção terminou com o 1992. A extração de minerais de estrôncio no 2008 em todo o mundo foi de toneladas 496.000.

Extração e apresentação

O material de partida para a produção de compostos de estrôncio e estrôncio é geralmente a celestina (sulfato de estrôncio). O carbonato de estrôncio é geralmente obtido pela primeira vez a partir disso. Este é o composto e a matéria-prima de estrôncio industrialmente mais importante para a extração de metais e outros compostos.

Para produzir carbonato de estrôncio, o sulfato de estrôncio é primeiro reagido com carbono a 1100-1200 ° C. Nesse caso, o sulfato é reduzido ao sulfeto e existem sulfeto de estrôncio e dióxido de carbono. O sulfeto de estrôncio é purificado por extração com água quente.

Posteriormente, o dióxido de carbono é passado através da solução de sulfeto de estrôncio ou o sulfeto de estrôncio é reagido com carbonato de sódio. Além do carbonato de estrôncio, formam-se sulfeto de hidrogênio ou sulfeto de sódio. Qual das duas variantes é usada depende da disponibilidade das matérias-primas e da possibilidade de vender os subprodutos.

O sulfato de estrôncio moído finamente também pode ser reagido diretamente com carbonato de sódio ou amônio para obter carbonato de estrôncio. No entanto, etapas de limpeza elaboradas são necessárias.

Para obter o metal de estrôncio, o óxido de estrôncio é reduzido com alumínio (aluminothermie). Além do estrôncio elementar, forma-se uma mistura de alumínio e óxido de estrôncio. A reação ocorre no vácuo, porque sob essas condições, o estrôncio é gasoso, pode ser facilmente separado e coletado em um condensador.

Propriedades físicas

O estrôncio é um amarelo dourado claro de alta qualidade, ou metal alcalino-terroso branco-prateado. Com um ponto de fusão de 777 ° C e um ponto de ebulição de 1380 ° C, situa-se no ponto de ebulição entre o cálcio mais leve e o bário mais pesado, tendo o cálcio um ponto de fusão mais elevado e o bário com um ponto de fusão mais baixo. O estrôncio tem o menor ponto de ebulição de todos os metais alcalino-terrosos após o magnésio e o rádio. Com uma densidade de 2,6 g / cm3, é um dos metais leves. O estrôncio é muito macio com uma dureza de Mohs de 1,5 e pode ser facilmente dobrado ou enrolado.

Tal como cálcio estrôncio cristalizado à temperatura ambiente em uma estrutura cristalina cúbica de face centrada no grupo espacial Fm3m (grupo espacial não. 225) (do tipo de cobre) com o parâmetro de rede a = pm 608,5 e quatro unidades de fórmula por célula unitária. Além disso, outras duas modificações de alta temperatura são conhecidas. A temperaturas mais 215 ° C, a estrutura (tipo de magnésio) converte-se em uma embalagem hexagonal com os parâmetros de rede a = C = 432 pm e pm para 706. Finalmente, acima de 605 ° C, uma estrutura centrada em cubos (tipo tungstênio) é a mais estável.

Propriedades químicas

O estrôncio é o metal alcalino-terroso mais reativo após o bário e o rádio. Reage diretamente com halogênios, oxigênio, nitrogênio e enxofre. Ele sempre forma compostos nos quais está presente como um cátion divalente. Quando aquecido ao ar, o metal queima com a coloração típica da chama carmesim para óxido de estrôncio e nitreto de estrôncio.

Como um metal muito básico, o estrôncio reage com a água para formar hidrogênio e hidróxido. O hidróxido de estrôncio também se forma no contato do metal com o ar úmido. O estrôncio também é solúvel em amônia, formando amonatos azul-preto.

Nas águas subterrâneas, o estrôncio é geralmente semelhante ao cálcio. Os compostos de estrôncio são insolúveis em condições fracamente ácidas em condições básicas. Apenas com valores de pH mais baixos, o estrôncio aparece na forma dissolvida. Se a decomposição de dióxido de carbono (CO2) ocorre como resultado de processos de intemperismo ou similar, a precipitação de estrôncio é intensificada juntamente com cálcio (como estrôncio ou carbonato de cálcio). Além disso, uma alta capacidade de troca catiônica do solo pode promover a ligação do estrôncio.

isótopo

Há um total de isótopos 34 e nove outros isômeros nucleares conhecidos. Destes, existem quatro, 84Sr, 86Sr, 87Sr e 88Sr, é claro. Na composição isotópica natural, o isótopo 88Sr predomina com uma proporção de 82,58%. 86Sr com 9,86% e 87Sr com 7,0% e 84Sr com uma quota de 0,56% são mais raros.

90Sr é um emissor beta com uma energia de decaimento de 0,546 MeV e decai com uma meia-vida de 28,78 anos 90Y (= 1 t2 / 64,1 h) decai por sua vez, rapidamente, com emissão de radiação beta de alta energia (ZE = 2,282 MeV) e a radiação gama para estavelmente 90Zr , Ocorre principalmente como um produto de clivagem secundária. O resultado dentro de alguns minutos por múltiplos decaimento beta de produtos de clivagem primárias de número 90 massa que ocorrem em 5,7% de todos fissão nuclear de 235U em centrais nucleares e explosões nucleares. Isso faz do 90Sr um dos produtos de fissão mais comuns de todos os tempos.

Volumes maiores de 90Sr são liberados no ambiente em todos os desastres nucleares. Acidentes em que 90Sr entraram no meio ambiente, eram o fogo Windscale em que 0,07 TBq 90Sr foram liberados e o desastre de Chernobyl, em que a atividade liberada para 90Sr 800 TBq era. De acordo com os testes de armas nucleares acima do solo, especialmente nos anos 1955-58 e 1961-63 a poluição da atmosfera com 90Sr aumentou bastante. Isto, juntamente com a carga sobre 137Cs 1963 a adopção do Tratado sobre a Proibição de testes de armas nucleares na atmosfera, no espaço e sob a água, que proibia tais testes nos estados signatários. Como resultado, nos anos seguintes a poluição da atmosfera caiu significativamente novamente. A atividade total de armas nucleares liberadas no 90Sr foi aproximadamente 6 · 1017 Bq (600 PBq).

A ingestão de 90Sr, que pode entrar no corpo através do leite contaminado, é perigosa. Devido à radiação beta de alta energia do isótopo, as células do osso ou da medula óssea podem ser alteradas e, assim, os tumores ósseos ou a leucemia podem ser desencadeados. É impossível decorar o estrôncio ósseo com agentes quelantes porque eles preferencialmente complexam o cálcio e o estrôncio permanece no osso. A decoração do sulfato de bário só é possível se feita rapidamente após a incorporação antes da instalação no osso. A degradação por processos biológicos é também muito lenta, a semi-vida biológica é de osso nos anos 49, a meia-vida efectiva de 90Sr nos anos 18,1. 90Sr pode se ligar às células da paratireoide. Isso explicaria o acúmulo de casos de hiperparatireoidismo entre os liquidadores do reator de Chernobyl.

A radiação beta de 90Sr e 90Y pode ser usado para a rotulagem de longa vida de isótopos, para medir a espessura de materiais ou para calibrar contadores Geiger em radionuclídeo, como por faróis remotos e beacons na antiga União Soviética.

O 87Sr é o produto de decaimento do isótopo de rubídio 48Rb com uma meia-vida de 87 bilhões de anos. Da relação dos diferentes isótopos de estrôncio, a idade das rochas contendo rubídio e estrôncio, como o granito, pode, portanto, ser determinada no contexto de uma análise de isótopos de estrôncio.

O estrôncio é armazenado sob diferentes condições em quantidades variáveis ​​nos ossos e dentes. Ao mesmo tempo, a razão isotópica de 86Sr e 87Sr depende das rochas do ambiente. Portanto, pode-se extrair das razões isotópicas do estrôncio, por vezes, conclusões sobre movimentos migratórios de pessoas pré-históricas.

De acordo com a operadora, o pequeno reator alemão de cascalho chamado AVR, ao lado do local do centro de pesquisa em Jülich, é considerado a instalação nuclear mais contaminada com 90Sr em todo o mundo. Também no solo sob o reator é estrôncio. Isso deve ser removido consumindo ao desmontar o reator para 2017 [obsoleto].

Usar

O estrôncio é produzido e usado apenas em pequenas quantidades. A maioria do carbonato de estrôncio produzido é usado para tubos de raios catódicos, ímãs permanentes e pirotecnia.

O estrôncio metálico é usado principalmente na indústria de alumínio (fundições primárias e secundárias de alumínio, bem como fundições), bem como sódio como agente interfacial em ligas de alumínio-silício com silício 7-12%. Pequenas adições de estrôncio alteram o eutético nas ligas de silício-alumínio e, assim, melhoram as propriedades mecânicas da liga. Isso ocorre porque as ligas de alumínio-silício sem estrôncio no eutético precipitam grãos grosseiros, aciculares, mecanicamente instáveis, o que é impedido pelo estrôncio. Seu efeito "refino" dura mais tempo em fundidos derretidos (fornos de fundição e de espera) do que o de sódio, pois é menos facilmente oxidado. No campo dos derretimentos de solidificação lenta (fundição em areia), ele já deslocou parcialmente o sódio, que tem sido usado apenas por décadas. Na solidificação rápida em moldes permanentes metálicos, especialmente na fundição, o uso de estrôncio nem sempre é obrigatório, a formação da fina estrutura desejada, "refinada" já é favorecida pela rápida solidificação.

O estrôncio é adicionado ao ferrosilício, regula a estrutura do carbono e previne a solidificação desigual durante a fundição.

Além disso, o estrôncio pode ser usado como material absorvente em tubos de elétrons, para remoção de enxofre e fósforo do aço e para o endurecimento de placas de baterias de chumbo-ácido.

Significado biológico

Poucas criaturas usam estrôncio em processos biológicos. Estes incluem Acantharia, criaturas eucarióticas unicelulares que pertencem aos radiolários e são um componente comum do zooplâncton no mar. Estes são os únicos protistas a usar o sulfato de estrôncio como material de construção para o esqueleto. Assim, eles também causam mudanças no conteúdo de estrôncio em camadas marinhas individuais, primeiro absorvendo estrôncio e, depois de morrer, afundando em camadas mais profundas onde se dissolvem.

Significado fisiológico e terapêutico

O estrôncio não é essencial, apenas alguns efeitos biológicos do elemento são conhecidos. Assim, é possível que o estrôncio tenha um efeito inibitório na cárie dentária.

Estudos em animais em porcos mostraram sintomas como falta de coordenação, fraqueza e sintomas de paralisia devido a uma dieta rica em estrôncio e pobre em cálcio.

O estrôncio é muito semelhante em suas propriedades ao cálcio. No entanto, em contraste com o cálcio, é absorvido apenas em pequenas quantidades através do intestino. Isso pode ser devido ao maior raio iônico do elemento. Em média, o conteúdo de estrôncio em um homem 70 quilograma é apenas 0,32 g, em comparação com cerca de 1000 g cálcio no corpo. O estrôncio absorvido é - como o cálcio - armazenado principalmente nos ossos, o que é uma opção de tratamento para a osteoporose. Por formação de sal com ácidos orgânicos, tais como ácido ranélico ou ácido malónico, é alcançada uma biodisponibilidade correspondentemente elevada.

O 89Sr é utilizado como cloreto (sob o nome comercial "Metastron") para a terapia com radionuclídeos das metástases ósseas.

segurança

Como outros metais alcalino-terrosos, o estrôncio é inflamável. Reage com água ou dióxido de carbono para que não possa ser utilizado como agente extintor. Para a extinção, extintores de incêndio de metal (classe D) devem ser usados ​​e o uso de areia seca, sal e pó de extinção também é possível. Além disso, o hidrogênio se forma em contato com a água, que é explosiva. Para a eliminação de pequenas quantidades, o estrôncio pode ser reagido com isopropanol, terc-butanol ou octanol.

Conexões

Como todos os metais alcalino-terrosos, o estrôncio ocorre em compostos estáveis ​​apenas no estado de oxidação + 2. Estes são geralmente sais incolores, muitas vezes facilmente solúveis em água.

halogenetos

Com os halogênios flúor, cloro, bromo e iodo, o estrôncio forma um haleto com a fórmula geral SrX2. Eles são típicos, incolores e, com exceção do fluoreto de estrôncio, sais prontamente solúveis em água. Podem ser preparados por reacção de carbonato de estrôncio com ácidos halídricos tais como ácido fluorídrico ou ácido clorídrico. O cloreto de estrôncio é usado como um intermediário para a produção de outros compostos de estrôncio, bem como na pasta de dentes, onde deve agir contra os dentes sensíveis à dor.

Sais de ácidos de oxigênio

Acima de tudo, os sais de estrôncio de ácidos de oxigênio, como carbonato de estrôncio, nitrato de estrôncio, sulfato de estrôncio ou cromato de estrôncio, são industrialmente importantes. O carbonato de estrôncio é a forma comercial mais importante dos compostos de estrôncio, a maioria das celestinas degradadas é convertida em carbonato de estrôncio. É utilizado principalmente para a produção de vidro absorvente de raios X para tubos de raios catódicos, mas também para a produção de ferrita de estrôncio para ímãs permanentes ou eletrocerâmica. O nitrato de estrôncio é usado principalmente em pirotecnia para a coloração de chama vermelha típica do estrôncio, o cromato de estrôncio amarelo serve como um primer contra a corrosão do alumínio em aeronaves ou na construção naval.

Outros compostos de estrôncio

Os compostos de estrôncio (I) foram detectados como intermediários instáveis ​​em chamas quentes. Aqui, o hidróxido de estrôncio (I), SrOH, similar ao cloreto de estrôncio (I), SrCl, é um forte emissor na região espectral vermelha e atua como o único corante em chamas pirotécnicas vermelhas brilhantes e profundamente saturadas.

Compostos orgânicos de estrôncio

Os compostos orgânicos de estrôncio são apenas ligeiramente conhecidos e estudados porque são muito reativos e também podem reagir com muitos solventes, como os éteres. Em solventes não polares, no entanto, eles são insolúveis. Entre outros, foi mostrado um metaloceno com aniões pentametilciclopentadienilo (Cp *), que é inclinado na fase gasosa em contraste com outros metalocenos tais como o ferroceno.

Preços de estrôncio

Preço do estrôncio -> preços para metais estratégicos