Precio de estroncio, ocurrencia, extracción y uso

El estroncio es un elemento químico con el símbolo del elemento Sr y el número atómico 38. En la tabla periódica está en el 5. Período, así como el 2. Grupo principal, o el 2. IUPAC grupo y por lo tanto pertenece a los metales alcalinotérreos. Es un metal blando (dureza de Mohs: 1,5) y muy reactivo.

El elemento fue descubierto por Adair Crawford 1790 y el nombre de su primer sitio Strontian en Escocia. Elemental, aunque contaminado por mezclas extrañas, 1808 podría estar representado por electrólisis por Humphry Davy. Robert Bunsen sucedió a 1855 también la representación del estroncio puro. El elemento se usa solo en pequeñas cantidades, especialmente para tubos de rayos catódicos, pirotecnia (color de llama roja), imanes permanentes y en la fundición de aluminio.

El estroncio ocurre en pequeñas cantidades en el cuerpo humano, pero no tiene un significado biológico conocido y no es esencial. El ranelato de estroncio es un medicamento para el tratamiento de la osteoporosis.

Historia

Adair Crawford y William Cruickshank encontraron evidencia inicial de la existencia del elemento en el año 1790, cuando examinaron con más detalle un mineral estroncense originario de Escocia que inicialmente se pensaba que era "barita transportada por el aire" (carbonato de bario, witherita). Prepararon el cloruro y compararon varias propiedades del cloruro de estroncio posterior con las del cloruro de bario. Entre otras cosas, encontraron diferentes solubilidades en agua y otras formas cristalinas. 1791 nombró a Friedrich Gabriel Sulzer (1749-1830) el mineral después de su localidad Strontian Strontianite. Él y Johann Friedrich Blumenbach estudiaron el mineral más de cerca y, por lo tanto, encontraron más diferencias con el Witherit, como la diferente toxicidad y el color de la llama. En los años siguientes, químicos como Martin Heinrich Klaproth, Richard Kirwan, Thomas Charles Hope y Johann Tobias Lowitz investigaron más a fondo el estroncianita y obtuvieron otros compuestos de estroncio.

1808 sucedió a Humphry Davy por reducción electrolítica en presencia de óxido de mercurio rojo, la representación de la amalgama de estroncio, que luego purificó por destilación y, por lo tanto, recibió el metal, aunque contaminado. Lo llamó así por la estroncianita análoga a los otros metales alcalinotérreos de estroncio. El estroncio puro fue ganado por Robert Bunsen 1855 por electrólisis de una fusión de cloruro de estroncio. También determinó las propiedades del metal, como la gravedad específica del elemento.

Ocurrencia

El estroncio es relativamente abundante con una proporción de 370 ppm en la corteza continental en la Tierra, la abundancia de elementos en la corteza terrestre es comparable a la del bario, azufre o carbono. También en el agua de mar hay una mayor cantidad de estroncio. El elemento no aparece sólido, pero siempre en diferentes conexiones. Debido a las bajas solubilidades, los minerales de estroncio más importantes son el sulfato de estroncio o celestin con un contenido de estroncio de hasta 47,7%. así como el carbonato de estroncio o estroncianita con un contenido de estroncio de hasta 59,4% en total (a partir de: 2011) alrededor de los minerales que contienen estroncio 200.

Los depósitos del mineral de estroncio más importante, la celestina, se formaron por precipitación del sulfato de estroncio escasamente soluble del agua de mar. También es posible una formación hidrotérmica del mineral. La estroncianita también se forma hidrotermalmente o como un mineral secundario de la celestina. Los principales depósitos de estroncio y sitios mineros se encuentran en España, México, Turquía, China e Irán. Gran Bretaña también fue un importante estado productor durante mucho tiempo, pero la producción terminó con 1992. La extracción de minerales de estroncio en 2008 en todo el mundo ascendió a 496.000 toneladas.

Extracción y presentación.

El material de partida para la producción de estroncio y compuestos de estroncio es generalmente celestin (sulfato de estroncio). El carbonato de estroncio generalmente se obtiene primero de esto. Este es el compuesto de estroncio y la materia prima más importantes industrialmente para la extracción de metal y otros compuestos.

Para producir carbonato de estroncio, el sulfato de estroncio se hace reaccionar primero con carbono a 1100-1200 ° C. En este caso, el sulfato se reduce al sulfuro y hay sulfuro de estroncio y dióxido de carbono. El sulfuro de estroncio se purifica por extracción con agua caliente.

Posteriormente, se pasa dióxido de carbono a través de la solución de sulfuro de estroncio o se hace reaccionar el sulfuro de estroncio con carbonato de sodio. Además del carbonato de estroncio, se forman sulfuro de hidrógeno o sulfuro de sodio. Cuál de las dos variantes se utiliza depende de la disponibilidad de las materias primas y la posibilidad de vender los subproductos.

El sulfato de estroncio finamente molido también se puede hacer reaccionar directamente con carbonato de sodio o de amonio para dar carbonato de estroncio. Sin embargo, son necesarios pasos de limpieza elaborados.

Para obtener estroncio metal, el óxido de estroncio se reduce con aluminio (aluminotermia). Además del estroncio elemental, se forma una mezcla de aluminio y óxido de estroncio. La reacción tiene lugar al vacío, porque en estas condiciones, el estroncio es gaseoso, puede separarse fácilmente y recogerse en un condensador.

Propiedades fisicas

El estroncio es un metal amarillo dorado claro de alto grado, de lo contrario, metal alcalinotérreo blanco plateado. Con un punto de fusión de 777 ° C y un punto de ebullición de 1380 ° C, se encuentra en el punto de ebullición entre el calcio más ligero y el bario más pesado, con calcio que tiene un punto de fusión más alto y bario que tiene un punto de fusión más bajo. El estroncio tiene el punto de ebullición más bajo de todos los metales alcalinotérreos después del magnesio y el radio. Con una densidad de 2,6 g / cm3, es uno de los metales ligeros. El estroncio es muy suave con una dureza de Mohs de 1,5 y se puede doblar o enrollar fácilmente.

Al igual que el calcio, el estroncio cristaliza a temperatura ambiente en una estructura de cristal centrada en la cara cúbica en el grupo espacial Fm3m (grupo espacial no. 225) (tipo cobre) con el parámetro de red a = 608,5 pm y cuatro unidades de fórmula por unidad de celda. Además, se conocen otras dos modificaciones a alta temperatura. A temperaturas superiores a 215 ° C, la estructura se transforma en una empaquetadura de esfera hexagonal densa (tipo magnesio) con los parámetros de red a = 432 pm yc = 706 pm. Finalmente, por encima de 605 ° C, una estructura cúbica centrada (tipo tungsteno) es la más estable.

Propiedades quimicas

El estroncio es el metal alcalinotérreo más reactivo después del bario y el radio. Reacciona directamente con halógenos, oxígeno, nitrógeno y azufre. Siempre forma compuestos en los que está presente como un catión divalente. Cuando se calienta en aire, el metal se quema con la típica coloración carmesí de llama a óxido de estroncio y nitruro de estroncio.

Como un metal muy base, el estroncio reacciona con agua para formar hidrógeno e hidróxido. El hidróxido de estroncio también se forma al contacto del metal con aire húmedo. El estroncio también es soluble en amoníaco, formando amonatos azul-negros.

En el agua subterránea, el estroncio suele ser similar al calcio. Los compuestos de estroncio son insolubles en condiciones débilmente ácidas a básicas. Solo a valores de pH más bajos aparece el estroncio en forma disuelta. Si se produce la descomposición del dióxido de carbono (CO2) como resultado de procesos de meteorización o similares, la precipitación del estroncio se intensifica junto con el calcio (como el estroncio o el carbonato de calcio). Además, una alta capacidad de intercambio catiónico del suelo puede promover la unión del estroncio.

isótopo

Hay un total de isótopos 34 y otros nueve isómeros nucleares conocidos. De estos, hay cuatro, 84Sr, 86Sr, 87Sr y 88Sr, por supuesto. En la composición isotópica natural, el isótopo 88Sr predomina con una proporción de 82,58%. 86Sr con 9,86% y 87Sr con 7,0% y 84Sr con una participación de 0,56% son más raros.

90Sr es un emisor beta con una energía de desintegración de 0,546 MeV y se desintegra con una vida media de 28,78 años a 90Y, que a su vez se desintegra rápidamente (t1 / 2 = 64,1 h) con emisión de radiación beta de alta energía (ZE = 2,282 MeV) y de radiación gamma XZ a Z estable 90 a Z estable. , Ocurre principalmente como un producto de escisión secundaria. Se forma en pocos minutos por la desintegración beta múltiple de productos de fisión primarios del número de masa 90, que ocurre en 5,7% de todas las fisiones nucleares de 235U en plantas de energía nuclear y explosiones de bombas atómicas. Esto hace que 90Sr sea uno de los productos de fisión más comunes.

Grandes volúmenes de 90Sr se liberan al medio ambiente en todos los desastres nucleares. Los accidentes que involucraron a 90Sr fueron el incendio de Windscale, que lanzó 0,07 TBq 90Sr, y el desastre de Chernobyl, donde se produjo la actividad lanzada en 90Sr 800 TBq. Después de las pruebas de armas nucleares en superficie, especialmente en los años 1955-58 y 1961-63, la carga en la atmósfera aumentó fuertemente con 90Sr. Esto, junto con la carga sobre 137C de 1963C, condujo a la adopción del Tratado de Prohibición de Pruebas Nucleares en el Espacio y Bajo el Agua, que prohibió tales pruebas en los estados signatarios. Como resultado, en los años siguientes la contaminación de la atmósfera volvió a caer significativamente. La actividad total liberada de armas nucleares en 90Sr fue aproximadamente 6 · 1017 Bq (600 PBq).

La ingesta de 90Sr, que puede ingresar al cuerpo a través de la leche contaminada, es peligrosa. Debido a la radiación beta de alta energía del isótopo, las células en el hueso o la médula ósea pueden alterarse y, por lo tanto, pueden desencadenarse tumores óseos o leucemia. Es imposible decorar el estroncio óseo con agentes quelantes porque preferentemente complejan el calcio y el estroncio permanece en el hueso. La decoración de sulfato de bario solo es posible si se realiza rápidamente después de la incorporación antes de la instalación en el hueso. La degradación por procesos biológicos también es muy lenta, la vida media biológica está en el hueso en los años 49, la vida media efectiva de 90Sr en los años 18,1. 90Sr puede unirse a las células paratiroideas. Esto explicaría la acumulación de casos de hiperparatiroidismo entre los liquidadores del reactor de Chernobyl.

La radiación beta de 90Sr y 90Y se puede usar en baterías de radionúclidos, como faros remotos y balizas en la antigua Unión Soviética, para el marcado de isótopos de larga duración, para medir el espesor de materiales o para calibrar contadores Geiger.

87Sr es el producto de descomposición del isótopo de rubidio 48Rb con una vida media de 87 mil millones de años. Por lo tanto, a partir de la proporción de los diferentes isótopos de estroncio, la edad de las rocas que contienen rubidio y estroncio, como el granito, se puede determinar en el marco de un análisis de isótopos de estroncio.

El estroncio se almacena en diferentes condiciones en cantidades variables en huesos y dientes. Al mismo tiempo, la relación de isótopos de 86Sr y 87Sr depende de las rocas del medio ambiente. Por lo tanto, uno puede sacar de las proporciones de isótopos del estroncio, a veces conclusiones sobre los movimientos migratorios de las personas prehistóricas.

Según el operador, el pequeño reactor de lecho de piedras alemán llamado AVR junto al sitio del centro de investigación en Jülich se considera la instalación nuclear más contaminada con 90Sr en todo el mundo. También en el suelo debajo del reactor hay estroncio. Esto se debe eliminar consumiendo al desmontar el reactor a 2017 [obsoleto].

Utilizar

El estroncio se produce y se usa solo en pequeñas cantidades. La mayoría del carbonato de estroncio producido se usa para tubos de rayos catódicos, imanes permanentes y pirotecnia.

El estroncio metálico se utiliza principalmente en la industria del aluminio (fundiciones primarias y secundarias de aluminio, así como fundiciones), así como el sodio como agente interfacial en aleaciones de aluminio y silicio con 7-12% de silicio. Pequeñas adiciones de estroncio cambian la eutéctica en aleaciones de silicio-aluminio y mejoran así las propiedades mecánicas de la aleación. Esto se debe a que las aleaciones de aluminio y silicio sin estroncio en el precipitado eutéctico son granos gruesos, aciculares, mecánicamente inestables, lo que es impedido por el estroncio. Su efecto de "refinación" dura más tiempo en las fundiciones vertibles (hornos de fundición y retención) que el sodio, ya que se oxida con menos facilidad. En el campo de las masas fundidas que se solidifican lentamente (fundición en arena), ya ha desplazado parcialmente al sodio, que se ha utilizado solo durante décadas. En la solidificación rápida en el molde metálico permanente, especialmente en fundición a presión, el uso de estroncio no siempre es obligatorio, la formación de la estructura fina "refinada" deseada ya se ve favorecida por la solidificación rápida.

El estroncio se agrega al ferrosilicio, regula la estructura del carbono y evita la solidificación desigual durante la fundición.

Además, el estroncio se puede utilizar como material getter en tubos de electrones, para eliminar azufre y fósforo del acero y para endurecer las placas de batería de plomo ácido.

Importancia biológica

Pocas criaturas usan estroncio en procesos biológicos. Estos incluyen Acantharia, criaturas eucariotas unicelulares que pertenecen a los radiolarios y son un componente común del zooplancton en el mar. Estos son los únicos protistas que usan sulfato de estroncio como material de construcción para el esqueleto. Por lo tanto, también causan cambios en el contenido de estroncio en las capas marinas individuales, primero toman el estroncio y, después de morir, se hunden en capas más profundas donde se disuelven.

Significado fisiológico y terapéutico

El estroncio no es esencial, solo se conocen pocos efectos biológicos del elemento. Por lo tanto, es posible que el estroncio tenga un efecto inhibitorio sobre la caries dental.

Los estudios en animales en cerdos mostraron síntomas como falta de coordinación, debilidad y síntomas de parálisis debido a una dieta rica en estroncio y baja en calcio.

El estroncio es muy similar en sus propiedades al calcio. Sin embargo, a diferencia del calcio, solo se absorbe en pequeñas cantidades a través del intestino. Esto puede deberse al mayor radio iónico del elemento. En promedio, el contenido de estroncio en un kilogramo 70 hombre es solo 0,32 g, en comparación con aproximadamente 1000 g calcio en el cuerpo. El estroncio absorbido es, como el calcio, almacenado principalmente en los huesos, que es una opción de tratamiento para la osteoporosis. Mediante la formación de sal con ácidos orgánicos tales como el ácido ranelico o el ácido malónico se logra una biodisponibilidad correspondientemente alta.

89Sr se usa como cloruro (bajo el nombre comercial "Metastron") para la terapia con radionúclidos de metástasis óseas.

seguridad

Al igual que otros metales alcalinotérreos, el estroncio es inflamable. Reacciona con agua o dióxido de carbono, por lo que no puede usarse como agente extintor. Para la extinción, se deben usar extintores de incendios metálicos (clase D) y también es posible el uso de arena seca, sal y polvo extintor. Además, se forma hidrógeno en contacto con el agua, que es explosiva. Para la eliminación de pequeñas cantidades, el estroncio puede reaccionar con isopropanol, tert-butanol u octanol.

Conexiones

Como todos los metales alcalinotérreos, el estroncio ocurre en compuestos estables solo en el estado de oxidación + 2. Por lo general, son sales incoloras, a menudo fácilmente solubles en agua.

haluros

Con los halógenos, el flúor, el cloro, el bromo y el yodo estroncio en cada caso forman un haluro con la fórmula general SrX2. Son típicos, incoloros y, a excepción del fluoruro de estroncio, sales fácilmente solubles en agua. Se pueden preparar por reacción de carbonato de estroncio con ácidos hidrohalicos tales como ácido fluorhídrico o ácido clorhídrico. El cloruro de estroncio se usa como intermediario para la producción de otros compuestos de estroncio, así como en la pasta de dientes, donde se supone que actúa contra los dientes sensibles al dolor.

Sales de ácidos oxigenados

Sobre todo, las sales de estroncio de los ácidos de oxígeno como el carbonato de estroncio, el nitrato de estroncio, el sulfato de estroncio o el cromato de estroncio son industrialmente importantes. El carbonato de estroncio es la forma comercial más importante de compuestos de estroncio, la mayoría de los celestinos degradados se convierte en carbonato de estroncio. Se utiliza principalmente para la producción de vidrio absorbente de rayos X para tubos de rayos catódicos, pero también para la producción de ferrita de estroncio para imanes permanentes o electrocerámica. El nitrato de estroncio se utiliza principalmente en pirotecnia para la coloración de llama roja típica del estroncio, el cromato de estroncio amarillo sirve como imprimación contra la corrosión del aluminio en la construcción de aviones o barcos.

Otros compuestos de estroncio

Los compuestos de estroncio (I) se detectaron como intermedios inestables en llamas calientes. Aquí, el hidróxido de estroncio (I), SrOH, similar al cloruro de estroncio (I), SrCl, es un emisor fuerte en la región espectral roja y actúa como el único colorante en las erupciones pirotécnicas rojas de alta intensidad y saturación profunda.

Compuestos orgánicos de estroncio

Los compuestos orgánicos de estroncio son poco conocidos y estudiados porque son muy reactivos y también pueden reaccionar con muchos solventes como los éteres. En solventes no polares, sin embargo, son insolubles. Entre otros, se ha demostrado un metaloceno con aniones pentametilciclopentadienilo (Cp *), que está en ángulo en la fase gaseosa en contraste con otros metalocenos como el ferroceno.

Precios del estroncio

Precio del estroncio -> precios de los metales estratégicos