Стронций

Стронций (лат. Strontium), Sr, химический элемент II группы периодической Системы Менделеева, атомный номер 38, атомная масса 87,62, серебристо-белый металл. Природный С. состоит из смеси четырёх стабильных изотопов: ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr и ⁸⁸Sr; наиболее распространён ⁸⁸Sr (82,56%).

Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в том числе ⁹⁰Sr (Т ¹/₂ = 27,7 года), образующийся при делении урана. В 1790 шотландский врач А. Крофорд, исследуя найденный близ населённого пункта Строншиан (в Шотландии) минерал, обнаружил, что он содержит неизвестную ранее "землю", которая была названа стронцианом. Позднее оказалось, что это окись С. SrO. В 1808 Г. Дэви, подвергая электролизу с ртутным катодом смесь увлажнённой гидроокиси Sr(ОН)₂ с окисью ртути, получил амальгаму С.

Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 3,4-10²% по массе, в геохимических процессах он является спутником кальция. Известно около 30 минералов С.: важнейшие - целестин SrSO₄ и стронцианит SrCO₃. В магматических породах С. находится преимущественно в рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решётку кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере С. накапливается в карбонатных породах и особенно в осадках солёных озёр и лагун (месторождения целестина).

Физические и химические свойства. При комнатной температуре решётка С. кубическая гранецентрированная (a-Sr) с периодом а = 6,0848 ; при температуре выше 248 °C превращается в гексагональную модификацию (b-Sr) с периодами решётки а=4,32 и с = 7,06 ; при 614 °C переходит в кубическую объёмноцентрированную модификацию (g-Sr) с периодом а = 4,85 . Атомный радиус 2,15 , ионный радиус Sr² + 1,20 . Плотность a - формы 2,63г/см³ (20 °C); t_пл 770 °C, t_kип 1383 °C; удельная теплоёмкость 737,4 кдж/(кг-К) [0,176 кал/(г-°C)]; удельное электросопротивление 22.76-10^-6ом-см³ С. парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2-10^-6. С. - мягкий пластичный металл, легко режется ножом. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Sr 5s², в соединениях обычно имеет степень окисления +2. С. - щёлочноземельный металл, по химическим свойствам сходен с Ca и Ba. Металлический С. быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую поверхностную плёнку, содержащую окись SrO, перекись SrO₂ и нитрид Sr₃N₂. С кислородом при обычных условиях образует окись SrO (серовато-белый порошок), которая на воздухе легко переходит в карбонат SrCO₃: с водой энергично взаимодействует, образуя гидроокись Sr (OH)₂ - основание более сильное, чем Ca (OH)₂. При нагревании на воздухе легко воспламеняется, а порошкообразный С. на воздухе самовозгорается, поэтому хранят С. в герметически закрытых сосудах под слоем керосина. Бурно разлагает воду с выделением водорода и образованием гидроокиси. При повышенных температурах взаимодействует с водородом (>200 °C), азотом (>400 °C), фосфором, серой и галогенами. При нагревании образует интерметаллические соединения с металлами, например SrPb₃, SrAg₄, SrHg₈, SrHg₁₂. Из солей С. хорошо растворимы в воде галогениды (кроме фторида), нитрат, ацетат, хлорат; трудно растворимы карбонат, сульфат, оксалат и фосфат. Осаждение С. в виде оксалата и сульфата используют для его аналитического определения. Многие соли С. образуют кристаллогидраты, содержащие от 1 до 6 молекул кристаллизационной воды. Сульфид SrS постепенно гидролизуется водой: нитрид Sr₃N₂ (чёрные кристаллы) легко разлагается водой с выделением NH₃ и Sr (OH)₂. С. хорошо растворяется в жидком аммиаке, давая растворы тёмно-синего цвета.

Получение и применение. Основным сырьём для получения соединений С. служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический С. получают восстановлением окиси С. алюминием при 1100-1150 °C:

4SrO + 2AI = 3Sr + SrO-Al₂O₃.

Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м² (10 ^-2 мм рт. ст.)]периодического действия. Пары С. конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и расплавляют конденсат, который стекает в изложницу. С. получают также электролизом расплава, содержащего 85% SrCl₂ и 15% KCI, однако при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязнённым солями, нитридом и окисью. В промышленности электролизом с жидким катодом получают сплавы С., например с оловом.

Практическое применение металлического С. невелико. Он служит для раскисления меди и бронзы. ^-90Sr - источник b-излучения в атомных электрических батареях. С. используется для изготовления люминофоров и фотоэлементов, а также сильно пирофорных сплавов. Окись С. входит в состав некоторых оптических стекол и оксидных катодов электронных ламп. Соединения С. окрашивают пламя в интенсивный вишнёво-красный цвет, благодаря чему некоторые из них находят применение в пиротехнике. Стронцианит вводят в шлак для очистки высокосортных сталей от серы и фосфора; карбонат С. используют в неиспаряющихся геттерах, а также добавляют в состав стойких к атмосферным воздействиям глазурей и эмалей для покрытия фарфора, сталей и жаропрочных сплавов. Хромат SrCrO₄ - очень устойчивый пигмент для изготовления художественных красок, титанат SrTiO₃ применяют как сегнетоэлектрик, он входит в состав пьезокерамики. Стронциевые соли жирных кислот ("стронциевые мыла") используют для изготовления специальных консистентных смазок.

Соли и соединения С. малотоксичны; при работе с ними следует руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и щёлочноземельных металлов. См. также разделы Стронций в организме и Стронций-90.

М. Е. Ерлыкина.

Стронций в организме. С. - составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата С. - целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг С. на 100 г сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление С. различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде С. с др. элементами, главным образом с Ca и Р, а также от адаптации организмов к определённой геохимической среде.

Животные получают С. с водой и пищей. Всасывается С. тонким, а выделяется в основном толстым кишечником. Ряд веществ (полисахариды водорослей, катионообменные смолы) препятствует усвоению С. Главное депо С. в организме - костная ткань, в золе которой содержится около 0,02% С. (в др. тканях - около 0,0005%). Избыток солей С. в рационе крыс вызывает "стронциевый" рахит. У животных, обитающих на почвах со значительным количеством целестина, наблюдается повышенное содержание С. в организме, что приводит к ломкости костей, рахиту и др. заболеваниям. В биогеохимических провинциях, богатых С. (ряд районов Центральной и Восточной Азии, Северной Европы и др.), возможна т. н. уровская болезнь.

Г. Г. Поликарпов.

Стронций-90. Среди искусственных изотопов С. его долгоживущий радионуклид ⁹⁰Sr - один из важных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Попадая в окружающую среду, ⁹⁰Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы ⁹⁰Sr принято рассчитывать отношение ⁹⁰Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри ⁹⁰Sr на 1 г Ca). При передвижении ⁹⁰Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация С., для количественного выражения которой находят "коэффициент дискриминации", отношение ⁹⁰Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация ⁹⁰Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения ⁹⁰Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое влияние имеет тип почвы, сё влажность, pH, содержание Ca и органических веществ и т.д.). Относительно больше накапливают ⁹⁰Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в том числе зерновые, и лён. В семенах и плодах накапливается значительно меньше ⁹⁰Sr, чем в др. органах (например, в листьях и стеблях пшеницы ⁹⁰Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) ⁹⁰Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения ⁹⁰Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и др. Большую опасность ⁹⁰Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Биологическое действие ⁹⁰Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы b-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом ⁹⁰Y. При длительном поступлении ⁹⁰Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании "Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в 1963 в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от ⁹⁰Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.

В. А. Кальченко.

Лит.: Бурков В. В., Подпоряна Е. К., Стронций, М., 1962; Булдаков Л. А. и Москалев Ю. И., Проблемы распределения и экспериментальной оценки допустимых уровней Cs¹³⁷, Sr⁹⁰ и Ru¹⁰⁶, М., 1968; Юдинцева Е. В., Гулякин И. В., Агрохимия радиоактивных изотопов стронция и цезия, М., 1968; Метаболизм стронция. Сб. статей, пер. с англ., М., 1971; Радиоактивность и пища человека, пер. с англ., М., 1971; Ковальский В. В., Геохимическая экология, М., 1974; Хеморадиоэкология пелагиали и бентали, К., 1974; Bowen Н. J. М., Trace elemetns in biochemistry, L. - N. Y., 1966.