Strontium (Sr) est un élément chimique, un métal alcalino-terreux du 2ème groupe du tableau périodique. Utilisé dans les feux de signalisation rouges et les luminophores, pose un risque majeur pour la santé en cas de contamination radioactive.
Historique des découvertes
Minéraux provenant d'une mine de plomb près du village de Strontian en Écosse. Il était à l'origine reconnu comme une variété de carbonate de baryum, mais Adair Crawford et William Cruikshank ont suggéré en 1789 qu'il s'agissait d'une substance différente. Le chimiste Thomas Charles Hope a nommé la nouvelle strontite minérale d'après le village, et l'oxyde de strontium correspondant SrO, le strontium. Le métal a été isolé en 1808 par Sir Humphry Davy, qui a électrolysé un mélange d'hydroxyde ou de chlorure humide avec de l'oxyde de mercure à l'aide d'une cathode au mercure, puis a évaporé le mercure de l'amalgame résultant. Il a nommé le nouvel élément en utilisant la racine du mot "strontium".
Être dans la nature
L'abondance relative du strontium, le trente-huitième élément du tableau périodique, dans l'espace est estimée à 18,9 atomes pour 106 atomes de silicium. C'est à propos de0,04% de la masse de la croûte terrestre. La concentration moyenne de l'élément dans l'eau de mer est de 8 mg/L.
L'élément chimique strontium est largement présent dans la nature et est estimé être la 15ème substance la plus abondante sur Terre, atteignant des concentrations de 360 parties par million. Compte tenu de son extrême réactivité, il n'existe que sous forme de composés. Ses principaux minéraux sont la célestine (sulfate SrSO4) et la strontianite (carbonate SrCO3). Parmi celles-ci, la célestite est présente en quantités suffisantes pour une exploitation minière rentable, dont plus des 2/3 de l'approvisionnement mondial proviennent de Chine, et l'Espagne et le Mexique fournissent la majeure partie du reste. Cependant, il est plus rentable d'exploiter la strontianite, car le strontium est plus souvent utilisé sous forme de carbonate, mais il existe relativement peu de gisements connus.
Propriétés
Le strontium est un métal mou, semblable au plomb, qui brille comme de l'argent lorsqu'il est coupé. Dans l'air, il réagit rapidement avec l'oxygène et l'humidité présents dans l'atmosphère, acquérant une teinte jaunâtre. Par conséquent, il doit être stocké à l'écart des masses d'air. Le plus souvent, il est stocké dans du kérosène. Il ne se produit pas à l'état libre dans la nature. Accompagnant le calcium, le strontium n'est présent que dans 2 minerais principaux: la célestite (SrSO4) et la strontianite (SrCO3).
Dans la série des éléments chimiques magnésium-calcium-strontium (métaux alcalino-terreux) Sr est dans le groupe 2 (ancien 2A) du tableau périodique entre Ca et Ba. De plus, il se situe dans la 5ème période entre le rubidium et l'yttrium. Puisque le rayon atomique du strontiumsemblable au rayon du calcium, il remplace facilement ce dernier dans les minéraux. Mais il est plus doux et plus réactif dans l'eau. Forme de l'hydroxyde et de l'hydrogène gazeux au contact. 3 allotropes de strontium sont connus avec des points de transition de 235°C et 540°C.
Le métal alcalino-terreux ne réagit généralement pas avec l'azote en dessous de 380 °C et ne forme qu'un oxyde à température ambiante. Cependant, sous forme de poudre, le strontium s'enflamme spontanément pour former de l'oxyde et du nitrure.
Propriétés chimiques et physiques
Caractérisation de l'élément chimique strontium selon le plan:
- Nom, symbole, numéro atomique: strontium, Sr, 38.
- Groupe, point, bloc: 2, 5, s.
- Masse atomique: 87,62 g/mol.
- E-config: [Kr]5s2.
- Répartition des électrons dans les coquilles: 2, 8, 18, 8, 2.
- Gensité: 2,64 g/cm3.
- Points de fusion et d'ébullition: 777 °C, 1382°C.
- État d'oxydation: 2.
Isotopes
Le strontium naturel est un mélange de 4 isotopes stables: 88Sr (82,6%), 86Sr (9, 9%), 87Sr (7.0%) et 84Sr (0.56%). Parmi ceux-ci, seul 87Sr est radiogénique - il est formé par la désintégration de l'isotope radioactif du rubidium 87Rb avec une demi-vie de 4,88 × 10 10 ans. On pense que 87Sr a été produit lors de la "nucléosynthèse primordiale" (un stade précoce du Big Bang) avec les isotopes 84Sr,86 Sr et 88Sr. En fonction de laemplacements, le rapport entre 87Sr et 86Sr peut différer de plus de 5 fois. Ceci est utilisé pour dater des échantillons géologiques et pour déterminer l'origine des squelettes et des artefacts en argile.
À la suite de réactions nucléaires, environ 16 isotopes radioactifs synthétiques du strontium ont été obtenus, dont le plus durable est le 90Sr (demi-vie de 28,9 ans). Cet isotope, produit lors d'une explosion nucléaire, est considéré comme le produit de désintégration le plus dangereux. En raison de sa similitude chimique avec le calcium, il est absorbé par les os et les dents, où il continue d'expulser des électrons, provoquant des lésions par rayonnement, des lésions de la moelle osseuse, perturbant la formation de nouvelles cellules sanguines et provoquant le cancer.
Cependant, dans des conditions médicalement contrôlées, le strontium est utilisé pour traiter certaines tumeurs malignes superficielles et cancers des os. Il est également utilisé sous forme de fluorure de strontium dans les sources de courant chimiques et dans les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes, qui convertissent la chaleur de sa désintégration radioactive en électricité, servant de sources d'énergie légères et de longue durée dans les bouées de navigation, les stations météorologiques éloignées et les engins spatiaux.
89Le Sr est utilisé pour traiter le cancer car il attaque le tissu osseux, produit un rayonnement bêta et se désintègre après quelques mois (demi-vie de 51 jours).
L'élément chimique strontium n'est pas essentiel pour les formes de vie supérieures, ses sels sont généralement non toxiques. Ce qui rend90Sr dangereux, utilisé pour augmenter la densité osseuse et la croissance.
Connexions
Les propriétés de l'élément chimique strontium sont très similaires à celles du calcium. Dans les composés, Sr a l'état d'oxydation exclusif +2 en tant qu'ion Sr2+. Le métal est un agent réducteur actif et réagit facilement avec les halogènes, l'oxygène et le soufre pour produire des halogénures, des oxydes et des sulfures.
Les composés de strontium ont une valeur commerciale plutôt limitée, car les composés de calcium et de baryum correspondants font généralement la même chose mais sont moins chers. Cependant, certains d'entre eux ont trouvé une application dans l'industrie. On n'a pas encore déterminé avec quelles substances obtenir une couleur pourpre dans les feux d'artifice et les feux de signalisation. Actuellement, seuls les sels de strontium tels que le chlorate de Sr(NO3)2 et Sr(ClO) sont utilisés pour obtenir cette couleur. 3)2 . Environ 5 à 10 % de la production totale de cet élément chimique est consommée par la pyrotechnie. L'hydroxyde de strontium Sr(OH)2 est parfois utilisé pour extraire le sucre de la mélasse car il forme un saccharide soluble à partir duquel le sucre peut être facilement régénéré par l'action du dioxyde de carbone. Le monosulfure de SrS est utilisé comme agent dépilatoire et comme ingrédient dans les luminophores des appareils électroluminescents et des peintures lumineuses.
Les ferrites de strontium forment une famille de composés de formule générale SrFexOy, obtenus à la suite d'une haute température (1000-1300 °C) réaction SrCO3 etFe2O3. Ils sont utilisés pour fabriquer des aimants en céramique, qui sont largement utilisés dans les haut-parleurs, les moteurs d'essuie-glace de voiture et les jouets pour enfants.
Production
La plupart des célestites minéralisées SrSO4 sont converties en carbonate de deux manières: soit directement lessivées avec une solution de carbonate de sodium, soit chauffées avec du charbon pour former du sulfure. Au deuxième stade, une substance de couleur foncée est obtenue, contenant principalement du sulfure de strontium. Cette "cendre noire" se dissout dans l'eau et est filtrée. Le carbonate de strontium précipite de la solution de sulfure en introduisant du dioxyde de carbone. Le sulfate est réduit en sulfure par réduction carbothermique SrSO4 + 2C → SrS + 2CO2. La cellule peut être réalisée par contact électrochimique cathodique, dans lequel une tige de fer refroidie, faisant office de cathode, touche la surface d'un mélange de chlorures de potassium et de strontium, et s'élève lorsque le strontium se solidifie dessus. Les réactions sur les électrodes peuvent être représentées comme suit: Sr2+ + 2e- → Sr (cathode); 2Cl- → Cl2 + 2e- (anode).
Le Sr métallique peut également être récupéré de son oxyde avec de l'aluminium. Il est malléable et ductile, bon conducteur de l'électricité, mais est relativement peu utilisé. L'une de ses utilisations est comme agent d'alliage de l'aluminium ou du magnésium dans la coulée des blocs-cylindres. Le strontium améliore l'usinabilité et la résistance au fluagemétal. Une autre façon d'obtenir du strontium est de réduire son oxyde avec de l'aluminium sous vide à une température de distillation.
Utilisation commerciale
L'élément chimique strontium est largement utilisé dans le verre des tubes à rayons cathodiques des téléviseurs couleur pour empêcher la pénétration des rayons X. Il peut également être utilisé dans les peintures en aérosol. Cela semble être l'une des sources les plus probables d'exposition du public au strontium. De plus, l'élément est utilisé pour produire des aimants en ferrite et affiner le zinc.
Les sels de strontium sont utilisés en pyrotechnie car ils colorent la flamme en rouge lorsqu'ils sont brûlés. Et un alliage de sels de strontium avec du magnésium est utilisé dans le cadre de mélanges incendiaires et de signalisation.
Titanate a un indice de réfraction et une dispersion optique extrêmement élevés, ce qui le rend utile en optique. Il peut être utilisé comme substitut des diamants, mais est rarement utilisé à cette fin en raison de son extrême douceur et de sa vulnérabilité aux rayures.
L'aluminate de strontium est un luminophore brillant avec une stabilité de phosphorescence de longue durée. L'oxyde est parfois utilisé pour améliorer la qualité des glaçures céramiques. L'isotope 90Sr est l'un des meilleurs émetteurs bêta de haute énergie à longue durée de vie. Il est utilisé comme source d'énergie pour les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG), qui convertissent la chaleur dégagée lors de la désintégration des éléments radioactifs en électricité. Ces appareils sont utilisés dansengins spatiaux, stations météorologiques éloignées, bouées de navigation, etc. - lorsqu'une source d'énergie nucléaire électrique légère et à longue durée de vie est requise.
Utilisation médicale du strontium: caractérisation des propriétés, traitement médicamenteux
Isotope 89Sr est l'ingrédient actif du médicament radioactif Metastron, utilisé pour traiter les douleurs osseuses causées par le cancer de la prostate métastatique. L'élément chimique strontium agit comme le calcium, il est principalement inclus dans l'os aux endroits où l'ostéogenèse est accrue. Cette localisation focalise l'effet du rayonnement sur la lésion cancéreuse.
Le radio-isotope 90Sr est également utilisé dans le traitement du cancer. Son rayonnement bêta et sa longue demi-vie sont idéaux pour la radiothérapie de surface.
Un médicament expérimental fabriqué en combinant du strontium avec de l'acide ranélique favorise la croissance osseuse, augmente la densité osseuse et réduit les fractures. Le ranélate de stronium est enregistré en Europe comme traitement de l'ostéoporose.
Le chlorure de strontium est parfois utilisé dans les dentifrices pour les dents sensibles. Son contenu atteint 10 %.
Précautions
Le strontium pur a une activité chimique élevée et, à l'état broyé, le métal s'enflamme spontanément. Par conséquent, cet élément chimique est considéré comme un risque d'incendie.
Effet sur le corps humain
Le corps humain absorbe le strontium de la même manière que le calcium. Ces deuxLes éléments sont si similaires chimiquement que les formes stables de Sr ne présentent pas de risque significatif pour la santé. En revanche, l'isotope radioactif 90Sr peut entraîner divers troubles et maladies des os, y compris le cancer des os. L'unité de strontium est utilisée pour mesurer le rayonnement de 90Sr. absorbé
