Estronci

element químic amb nombre atòmic 38

L'estronci és l'element químic de símbol Sr i nombre atòmic 38. És un metall del grup dels alcalinoterris situat en el 5è període de la taula periòdica. Fou descobert pel químic irlandès Adair Crawford el 1790 en el mineral estroncionita, descobert a una mina de la ciutat d'Strontian, Escòcia. S'empra el nitrat d'estronci en pirotècnia per produir el color vermell, s'utilitza per millorar les propietats del vidre per a les pantalles de cristall líquid (LCD), la raó Sr-87/Sr-86 és el paràmetre típicament utilitzat en la datació radiomètrica de la investigació geològica, l'Sr-89 es fa ús en la teràpia contra el càncer d'òssos i de pròstata, el carbonat d'estronci s'empra per millorar la duresa del vidre i de l'esmalt de la ceràmica de les vaixelles.

Estronci
38Sr
rubidiestronciitri
Ca

Sr

Ba
Aspecte
Blanc platejat metàl·lic



Línies espectrals de l'estronci
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Estronci, Sr, 38
Categoria d'elements Metalls alcalinoterris
Grup, període, bloc 25, s
Pes atòmic estàndard 87,62
Configuració electrònica [Kr] 5s2
2, 8, 18, 8, 2
Configuració electrònica de Estronci
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
2,64 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
2,375 g·cm−3
Punt de fusió 1.050 K, 777 °C
Punt d'ebullició 1.655 K, 1.382 °C
Entalpia de fusió 7,43 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 136,9 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 26,4 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 796 882 990 1.139 1.345 1.646
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 2, 1[1] (òxid bàsic fort)
Electronegativitat 0,95 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 549,5 kJ·mol−1
2a: 1.064,2 kJ·mol−1
3a: 4.138 kJ·mol−1
Radi atòmic 215 pm
Radi covalent 195±10 pm
Radi de Van der Waals 249 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Cúbica centrada en la cara
Estronci té una estructura cristal·lina cúbica centrada en la cara
Ordenació magnètica Paramagnètic
Resistivitat elèctrica (20 °C) 132 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 35,4 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 22,5 µm·m−1·K−1
Mòdul de cisallament 6,1 GPa
Coeficient de Poisson 0,28
Duresa de Mohs 1,5
Nombre CAS 7440-24-6
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'estronci
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
82Sr sin 25,36 d ε - 82Rb
83Sr sin 1,35 d ε - 83Rb
β+ 1,23 83Rb
γ 0,76
0,36
-
84Sr 0,56% 84Sr és estable amb 46 neutrons
85Sr sin 64,84 d ε - 85Rb
γ 0,514D -
86Sr 9,86% 86Sr és estable amb 48 neutrons
87Sr 7,0% 87Sr és estable amb 49 neutrons
88Sr 82,58% 88Sr és estable amb 50 neutrons
89Sr sin 50,52 d ε 1,49 89Rb
β 0,909D 89Y
90Sr traça 28,90 a β 0,546 90Y

Història

modifica
 
Zona de la mina de plom d'Sròn an t-Sìthein.
 
Cristalls blancs d'estroncianita i grocs de sofre.

El 1787, un mineral intrigant arribà a Edimburg des d'una mina de plom del poble escocès anomenat en gaèlic escocès Sròn an t-Sìthein (en anglès Strontian), a la vora del llac marí Sunart, comptat d'Argyll, a les Terres altes occidentals. En aquell moment, es pensava que era un mineral de bari. Fou tres anys més tard que el metge irlandès de Scott, Adair Crawford (1748-1795), ajudat pel químic William Cruickshank (?-1810?) publicà un article que afirmava que el mineral contenia una nova terra (un nou òxid) d'un nou element químic.[2][3][4] El 1798, el químic escocès Thomas C. Hope (1766-1844) i l'alemany Martin Heinrich Klaproth (1743-1817), independentment, prepararen una sèrie de composts amb l'element del nou mineral, assenyalant que provocava que la flama de l'espelma cremés de color vermell, mentre que els composts de bari donaven un color verd. El 1808, el químic anglès Humphry Davy (1778-1829) aïllà un metall suau i argentat del nou mineral mitjançant l'electròlisi.[5] El mineral prengué el nom estroncianita del poble on es trobà, i del mineral s'anomenà estronci al nou element.[6][7]

Abundància i obtenció

modifica
 
Celestina  .

L'estronci és un element abundant en l'escorça terrestre, ocupant la posició 16a en quan a abundància dels elements.[8] Representa una mitjana del 0,034 % de totes les roques ígnies i es troba, majoritàriament, en forma de sulfat (celestina) i carbonat (estroncianita). Actualment, s'han identificat 211 minerals que el contenen. Els que el contenen en més d'un 45 % són: estronciofluorita   (69,75 %), estroncianita   (59,35 %), estronadelfita   (59,04 %), olekminskita   (49,02 %); tausonita    (47,75 %) i celestina   (47,70 %).[9] En els ossos i dents de tots els habitants de la Terra hi ha petites quantitats d'estronci.[5] En el cos humà hi ha una mitjana de 320 mg d'estronci (als ossos ho hi troba la major concentració, de 35 a 140 ppm, després als teixits hi ha entre 120 a 350 ppb i la sang té una concentració de 30 ppb).[8]

 
Localització del municipi d'Escúzar, a la província de Granada.

La similitud dels radis iònics del calci i l'estronci fa que aquest pugui substituir al primer en les xarxes iòniques de les seves espècies minerals, el que provoca que l'estronci es trobi molt distribuït. La celestita es troba en bona part en dipòsits sedimentaris de grandària suficient perquè la seva mineria sigui rendible, raó per la qual és la principal mena d'estronci, encara que l'estroncianita seria —en principi— millor, ja que l'estronci es consumeix principalment en forma de carbonat. No obstant això, els dipòsits d'estroncianita econòmicament viables trobats fins a la data són escassos. El 2022 el primer productor mundial fou Espanya amb 130 000 t (celestina a la mines de Montevives i d'Escúzar a Granada) i seguida de l'Iran amb 110 000 t, la Xina amb 80 000 t i Mèxic amb 22 000 t.[10]

El metall es pot extreure per electròlisi del clorur fos barrejat amb clorur de potassi. Al càtode es redueix el catió   a estronci metàl·lic, i a l'ànode s'oxida el clorur a clor segons les semireaccions redox:[11]

  

També pot obtenir-se per aluminotèrmia (mètode de Guntz, 1907), és a dir, reducció de l'òxid amb alumini en buit a la temperatura de 1 200 °C:[12]

 

Propietats

modifica

Propietats físiques

modifica

L'estronci és un metall blanc de color argentat brillant, quelcom mal·leable. El seu punt de fusió és de 777 °C, el d'ebullició 1 382 °C i la seva densitat 2,64 g/cm³ a 20 °C. Presenta tres estats al·lotròpics amb punts de transició a 235 °C i 540 °C.[13]

Propietats químiques

modifica
 
Òxid d'estronci  .

La configuració electrònica de l'estronci és [Kr]5s2 i l'estat d'oxidació en els seus composts sempre és el +2.

La superfície de l'estronci està coberta amb una fina capa d'òxid que ajuda a protegir el metall dels atacs de l'aire, però és més fina que la capa corresponent de magnesi. Un cop encès, el metall d'estronci crema a l'aire per donar una barreja d'òxid d'estronci blanc   i nitrur d'estronci  . Les reaccions són:[14]

  

 
Carbonat d'estronci  .

L'òxid d'estronci s'obté normalment escalfant carbonat d'estronci  . L'estronci, dos llocs per sota del magnesi a la taula periòdica, és més reactiu amb l'aire que el magnesi.[14] Per altra banda l'estronci també reacciona amb l'hidrogen per a produir hidrur d'estronci:[15]

 

L'estronci reacciona lentament amb l'aigua per formar hidròxid d'estronci   i hidrogen. L'estronci s'enfonsa a l'aigua i al cap d'una estona són evidents les bombolles d'hidrogen que s'enganxen a la superfície del metall. La reacció és més ràpida que la del calci (immediatament per sobre de l'estronci a la taula periòdica) però més lenta que la del bari (immediatament per sota de l'estronci a la taula periòdica).[14]

 

 
Clorur d'estronci—aigua(1/6)  .

L'estronci és molt reactiu amb els halògens i reacciona per formar fluorur d'estronci, clorur d'estronci, bromur d'estronci i iodur d'estronci segons les reaccions següents. La reacció amb el brom té lloc a uns 400 °C i la reacció amb el iode necessita escalfar l'estronci a un vermell apagat. Les reaccions són:[14]

    

Aquests compost es poden obtenir més fàcilment per reacció del carbonat d'estronci   amb les dissolucions aquoses dels halogenurs d'hidrogen (àcid fluorhídric, àcid clorhídric...) segons la reacció general:[15]

 

L'estronci es dissol fàcilment en àcid clorhídric diluït o concentrat per formar solucions que contenen el catió Sr(II) aigua juntament amb el gas hidrogen:[14]

 

En amoníac líquid l'estronci es dissol formant el complex hexaaminestronci:[15]

 

Isòtops

modifica

L'estronci té quatre isòtops naturals estables: Sr-84 (0,56 %), Sr-86 (9,86 %), Sr-87 (7,0 %) i Sr-88 (82,58 %). Únicament l'isòtop Sr-87 és radiogènic, producte de la desintegració del rubidi 87. Per tant, l'Sr-87 pot tenir dos orígens: el format durant la síntesi nuclear primordial (juntament amb els altres tres isòtops estables) i el format pel decaïment del rubidi.[16]

Es coneixen trenta-un isòtops radioactius amb nombres màssics del 73 al 107; i tres isòmers nuclears. De l'Sr-89 a l'Sr-102 són produïts en la fissió nuclear de l'urani 235, tant en les explosions atòmiques com a les centrals nuclears.[16] El més important és l'Sr-90, de 28,9 anys de període de semidesintegració, que representa un important risc sanitari, ja que substitueix amb facilitat al calci en els ossos i destrueix el moll.[12] La seva desintegració es pot representar com:[16] 

Aplicacions

modifica

Indústria química

modifica
 
Focs d'artifici de color vermell aconseguits gràcies a l'estronci.

Els composts d'estronci, especialment el nitrat d'estronci  , s'utilitzen com a pigment vermell en la fabricació de focs d'artifici i en bengales de senyalització d'emergències.[5] L'estronci s'utilitza en la producció electrolítica de zinc, ja que elimina les impureses de plom contingudes en el mineral. El carbonat d'estronci   s'usa per a eliminar els sulfats en el tractament de les aigües residuals.[17]

Indústria del vidre i la ceràmica

modifica
 
Pantalla LCD.

L'estronci millora les propietats del vidre per a les pantalles de cristall líquid (LCD). El carbonat d'estronci s'afegeix al vidre per a millorar-ne la duresa, la resistència a les ratllades, augmentar-ne la lluïssor i la facilitat de poliment. El carbonat d'estronci també es fa servir en l'esmaltatge de la ceràmica per a les vaixelles per tal de millorar la resistència a l'abrasió i evitar la formació de bombolles durant el procés de cocció de la ceràmica.[17]

Generadors elèctrics

modifica

L'estronci 90 es fa servir en generadors d'energia autònoms.[5] És un dels emissors de partícules β d'alta energia i llarg període de semidesintegració més coneguts, i s'empra en generadors termoelèctrics per radioisòtops (SNAP, Systems for Nuclear Auxiliary Power) per a satèl·lits artificials, vehicles espacials, estacions meteorològiques remotes, balises de navegació i, en general, aplicacions en les quals es requereixi una font d'energia elèctrica lleugera i amb gran autonomia.[18]

 
Ranelat d'estronci.

Medicina

modifica

L'isòtop radioactiu Sr-89 es fa ús en la teràpia contra el càncer d'òssos i de pròstata,[19] i l'Sr-85 s'ha fet servir en radiologia.[20] En forma de medicament, el ranelat d'estronci s'empra per augmentar la massa i la resistència òssia de pacients amb osteoporosi.[5]

Altres camps

modifica

Fins fa poc, el principal ús de l'estronci era en cristalls d'òxid d'estronci que s'afegia al vidre amb què es fabricaven els tubs de rajos catòdics dels televisors en color, a causa de l'existència de regulacions legals que obliguen a utilitzar aquest metall per a filtrar els raigs X evitant que incideixin sobre l'espectador. L'estronci també s'empra en la fabricació d'imants ceràmics de ferrita per a millorar-ne l'eficàcia; aquests imants s'empren en motors elèctrics d'automòbils, altaveus, etc.[13]

La raó Sr-87/Sr-86 (datació rubidi-estronci) és el paràmetre típicament utilitzat en la datació radiomètrica de la investigació geològica, trobant-se entre valors entre 0,7 i 4,0 en distints minerals i roques.[21]

El titanat d'estronci  té un índex de refracció extremadament alt i una dispersió òptica major que la del diamant, propietats d'interès en diverses aplicacions òptiques. També s'ha usat ocasionalment com a pedra preciosa. Altres compostos d'estronci s'utilitzen en la fabricació de ceràmiques, productes de vidre, pigments per a pintures (cromat) i llums fluorescents (fosfat).[13]

Precaucions

modifica

L'estronci pur és extremadament reactiu i crema espontàniament en presència d'aire, pel qual es considera un risc d'incendi. Per la seva similitud atòmica, el cos humà absorbeix l'estronci igual que el calci. Les formes estables (no radioactives) d'estronci no provoquen efectes adversos significatius en la salut, però el Sr-90 radioactiu s'acumula en el cos perllongant l'exposició a la radiació i provocant diversos trastorns, inclòs el càncer d'ossos i la leucèmia.[5]

Referències

modifica
  1. P. Colarusso et al. «High-Resolution Infrared Emission Spectrum of Strontium Monofluoride». J. Molecular Spectroscopy, 175, 1996, pàg. 158.
  2. Crawford, Adair «On the medicinal properties of the muriated barytes». Medical Communications, 2, 1790, pàg. 301-359..
  3. Partington, J. R.. Early History of Strontium (en anglès). Boston, MA: Springer US, 1981, p. 1–9. DOI 10.1007/978-1-4684-3698-3_1. ISBN 978-1-4684-3700-3. 
  4. Trifonov i Trifonov, 1982, p. 69-70.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Challoner, Jack. Los elementos. La nueva guía de los componentes básicos del universo. (en castellà). Alcobendas: LIBSA, 2018, p. 35. ISBN 9788466236669. 
  6. Enghag, 2008, p. 75.
  7. Enghag, 2008, p. 364-365.
  8. 8,0 8,1 Emsley, John. Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5. 
  9. Barthelmy, David. «Mineral Species sorted by the element Sr Strontium». Mineralogy Database, 1997-2014. [Consulta: 3 abril 2023].
  10. «Strontium Statistics and Information | U.S. Geological Survey». [Consulta: 3 abril 2023].
  11. Ávila Rey, María Jesús del Pilar. Química de los elementos metálicos. Madrid: UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia, 2017. ISBN 978-84-362-7264-2. 
  12. 12,0 12,1 Gran Enciclopèdia Catalana. Volum 10. Reimpressió d'octubre de 1992. Barcelona: Gran Enciclopèdia Catalana, 1992, p. 344. ISBN 84-7739-004-5. 
  13. 13,0 13,1 13,2 W.M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data.. 95a edició. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2014. ISBN 978-1-4822-0867-2. 
  14. 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 Winter, Mark. «Strontium. Reactions of elements». WebElements. The University of Sheffield and WebElements Ltd, UK. [Consulta: 3 abril 2023].
  15. 15,0 15,1 15,2 Kloprogge, J. Theo. The periodic table : nature's building blocks : an introduction to the naturally occurring elements, their origins and their uses. Amsterdam: Elsevier, 2021. ISBN 978-0-12-821538-8. 
  16. 16,0 16,1 16,2 «Z = 38». NuDat 3. National Nuclear Data Center (NNDC) at Brookhaven National Laboratory. [Consulta: 4 abril 2023].
  17. 17,0 17,1 Sanz Balagué, Joaquim; Tomasa Guix, Oriol. Elements i recursos minerals aplicacions i reciclatge. 3ª ed., rev. i act. [Manresa]: Zenobita Edicions, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3. 
  18. Russell, Charles Roberts. Elements of energy conversion. [1st ed.]. Oxford,: Pergamon Press, 1967. ISBN 978-1-4832-3172-3. 
  19. Shimm, David S. «Perez and Brady's Principles and Practice of Radiation Oncology». International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics, 72, 4, 2008-11, pàg. 1268. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2008.07.047. ISSN: 0360-3016.
  20. Brill, A. BERTRAND; Beck, ROBERT N. CHAPTER 3 - Evolution of Clinical Emission Tomography (en anglès). San Diego: Academic Press, 2004, p. 25–52. DOI 10.1016/b978-012744482-6.50006-5. ISBN 978-0-12-744482-6. 
  21. Karabinos, Paul M. «dating» (en anglès). Encyclopædia Britannica, 2003.

Vegeu també

modifica

Bibliografia

modifica
  • Enghag, Per. Encyclopedia of the Elements (en anglès). WILEY-VCH Verlag GmbH, 2008, p. 76. ISBN 3-527-30666-8. 
  • Trifonov, D. N.; Trifonov, V. D.. Chemical Elements - How They Were Discovered (en anglès). Moscou: MIR, 1982. 

Enllaços externs

modifica
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Estronci