Estrôncio: história, estrutura, propriedades, reações e usos

O estrôncio é um metal alcalino-terroso cujo símbolo químico é Sr. recém-cortada é branco, com um brilho prateado, mas quando exposto ao ar oxida e adquire uma cor amarelada. Por esse motivo, você deve se proteger do oxigênio durante o armazenamento.

O estrôncio é extraído de suas veias na forma dos minerais celestita ou celestina (SrSO 4 ) e estrontianita (SrCO 3 ). No entanto, a celestita é a principal maneira pela qual a mineração de estrôncio ocorre, com seus depósitos em terras sedimentares e em associação ao enxofre.

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Amostra de estrôncio metálico protegido por uma atmosfera de argônio. Fonte: Strontium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg Matthias Zepperderivative: Materialcientist [Domínio público]

A celestita vem na forma de cristais rômbicos, geralmente incolores, vítreos e transparentes. Embora o estrôncio seja extraído dessa maneira, ele deve ser transformado em seu respectivo carbonato, que é finalmente reduzido.

Em 1790, o estrôncio foi identificado como um novo elemento por Adair Crawford e William Cruickshank, em um mineral de uma mina de chumbo, perto da vila de Strontion em Argyll, Escosia. O estrôncio foi isolado em 1807 por Humphry Davy, através do uso de eletrólise.

O estrôncio é um metal maleável, dúctil e bom condutor de eletricidade; Mas tem pouco uso industrial e comercial. Uma de suas aplicações é a formação de ligas com alumínio e magnésio, melhorando o manuseio e a fluidez desses metais.

Na tabela periódica, o estrôncio está localizado no grupo 2, entre cálcio e bário, constatando que algumas de suas propriedades físicas, como densidade, ponto de fusão e dureza, apresentam valores intermediários em relação aos mostrados para Cálcio e bário.

O estrôncio ocorre na natureza como quatro isótopos estáveis: 88 Sr com 82,6% de abundância; a 86 Sr, com 9,9% de abundância; a 87 Sr, com 7,0% de abundância; e 84 Sr, com abundância de 0,56%.

90 Sr é um isótopo radioativo que constitui o componente mais nocivo de precipitação radioativa, produto de explosões nucleares e vazamentos de reatores nucleares, porque devido à semelhança entre cálcio e estrôncio, o isótopo é incorporado nos ossos , produzindo câncer ósseo e leucemia.

História

Foi estudado um mineral de uma mina de chumbo perto da vila de Strontian, em Argyll, na Escócia. Foi originalmente identificado como um tipo de carbonato de bário. Mas Adair Crawford e William Cruickshank, em 1789, observaram que a substância estudada era outra em questão.

O químico Thomas Charles Hope nomeou o novo mineral estrontito e a correspondente “terra” (óxido de estrôncio, SrO) chamou-o de estrôncia.

Em 1790, Crawford e Cruickshank queimaram a substância estudada e observaram que a chama era vermelha, diferente das chamas observadas até agora nos elementos conhecidos. Eles concluíram que estavam na frente de um novo elemento.

Em 1808, Sir William Humphry Davy, submeteu à eletrólise uma mistura úmida de hidróxido ou cloreto de estrôncio com óxido de mercúrio, usando um cátodo de mercúrio. Em seguida, o mercúrio do amálgama formado foi evaporado, deixando o estrôncio livre.

Davy chamou o elemento isolado estrôncio (estrôncio).

Estrutura e configuração eletrônica do estrôncio

O estrôncio metálico cristaliza à temperatura ambiente em uma estrutura cúbica centrada na face (fcc): cúbica na face.

Nesta estrutura, os átomos de Sr estão localizados nos vértices e nas faces do cubo da célula unitária. É relativamente mais denso que outras estruturas (como cúbica ou cco) porque possui um total de quatro átomos de Mr.

Os átomos Sr permanecem unidos graças à ligação metálica, produto da sobreposição de seus orbitais atômicos de Valência em todas as direções dentro do cristal. Este orbital é o 5s, que possui dois elétrons de acordo com a configuração eletrônica:

[Kr] 5s 2

E assim, uma banda 5s completa se origina e uma banda 5p de condução (teoria da banda).

Em relação a outras fases metálicas, não há muita informação bibliográfica, embora seja certo que seus cristais sofrem transformações quando submetidos a altas pressões.

Números de oxidação

O estrôncio, como outros metais, tem uma alta tendência a perder seus elétrons de valência; estes são os dois elétrons do orbital 5s. Assim, os átomos de Sr são convertidos nos cátions divalentes Sr 2+ (M2 + , como o restante dos metais alcalino-terrosos), isoeletrônicos ao gás nobre do criptônio. Diz-se que o estrôncio tem um número de oxidação de +2.

Quando, em vez de perder dois elétrons, perde apenas um, o cátion Sr + é formado ; e, portanto, seu número de oxidação é +1. Sr + é raro em compostos derivados de estrôncio.

Propriedades

Aparência

Branco prateado com brilho metálico, com uma ligeira tonalidade amarela.

Massa molar

87,62 g / mol.

Ponto de fusão

777 ° C.

Ponto de ebulição

1.377 ° C.

Densidade

-Temperatura ambiental: 2,64 g / cm 3

– Estado líquido (ponto de fusão): 2.375 g / cm 3

Solubilidade

Solúvel em álcool e ácidos. Não é solúvel na água, pois reage fortemente com ela.

Calor de fusão

7,43 kJ / mol.

Calor de vaporização

141 kJ / mol.

Capacidade molar térmica

26,4 J / (mol.K).

Eletronegatividade

0,95 na escala de Pauling.

Energia de ionização

Primeiro nível de ionização: 549,5 kJ / mol.

Segundo nível de ionização: 1.064,2 kJ / mol.

Terceiro nível de ionização: 4.138 kJ / mol.

Raio atômico

215 pm empírico.

Raio covalente

195 ± 22:00.

Expansão térmica

22,5 µm / (mK) a 25 ° C.

Condutividade térmica

35,4 W / (mK).

Resistividade elétrica

132 n · a 20 ° C.

Dureza

1,5 na escala de Mohs.

Potencial de incêndio

O estrôncio, quando finamente dividido, queima espontaneamente no ar. Além disso, pega fogo quando aquecido acima do ponto de fusão e pode constituir um perigo de explosão quando exposto ao calor de uma chama.

Armazenamento

Para evitar a oxidação do estrôncio, recomenda-se mantê-lo imerso em querosene ou nafta. O estrôncio deve ser armazenado em local fresco e bem ventilado, longe de material orgânico e outros materiais facilmente oxidáveis.

Nomenclatura

Como o número de oxidação +1 não é tão comum, supõe-se que haja apenas +2 para simplificação da nomenclatura em torno dos compostos de estrôncio. É por isso que na nomenclatura das ações o (II) no final dos nomes é ignorado; e na nomenclatura tradicional, sempre terminam com o sufixo -ico.

Por exemplo, SrO é óxido de estrôncio ou óxido estático, de acordo com o estoque e as nomenclaturas tradicionais, respectivamente.

Formas

Devido à sua grande reatividade, o estrôncio metálico não parece isolado na natureza. No entanto, ele pode estar em seu estado elementar protegido do oxigênio, por imersão em querosene ou em uma atmosfera de gases inertes (como gases nobres).

Também forma ligas com alumínio e magnésio, além de agregado a uma liga de estanho e chumbo. O estrôncio é encontrado na forma iônica (Sr 2+ ) dissolvida no solo ou na água do mar, etc.

Portanto, falar de estrôncio é se referir a cátions Sr 2+ (e, em menor grau, Sr + ).

Também pode interagir na forma iônica com outros elementos para formar sais ou outros compostos químicos; como cloreto, carbonato, sulfato, sulfeto de estrôncio, etc.

O estrôncio está presente, fundamentalmente, em dois minerais: celestita ou celestina (SrSO 4 ) e estrontita (SrCO 3 ). A celestita é a principal fonte de mineração de estrôncio.

O estrôncio possui quatro isótopos naturais, dos quais o mais abundante é o Sr. 88. Da mesma forma, existem inúmeros isótopos radioativos, produzidos artificialmente em reatores nucleares.

Papel biológico

Não existe função biológica conhecida do estrôncio nos vertebrados. Devido à sua semelhança com o cálcio, ele pode substituí-lo nos tecidos ósseos; isto é, Sr 2+ substitui Ca 2+ . Mas a proporção encontrada no osso entre estrôncio e cálcio está entre 1 / 1.000 e 1 / 2.000; isto é, extremamente baixo.

Portanto, o estrôncio não deve cumprir uma função biológica natural nos ossos.

O ranelato de estrôncio tem sido utilizado no tratamento da osteoporose, pois causa um endurecimento dos ossos; Mas, de qualquer forma, essa é uma ação terapêutica.

Um dos poucos exemplos de uma função biológica do estrôncio é apresentado no Acantharea, um protozoário radiolar que possui um esqueleto com a presença de estrôncio.

Onde está localizado e produção

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Cristal de celestita, uma fonte mineralógica de estrôncio. Fonte: Aram Dulyan (Usuário: Aramgutang) [Domínio público]

O estrôncio é encontrado em aproximadamente 0,034% de todas as rochas ígneas. No entanto, apenas dois minerais: celestita ou celestina, são encontrados em depósitos com importante conteúdo de estrôncio.

Dos dois importantes minerais de estrôncio, apenas a celestita é encontrada em quantidade suficiente em depósitos sedimentares, o que permite a criação de instalações para extrair estrôncio.

A estrationita é mais útil que a celestita, uma vez que a maior parte do estrôncio é produzida na forma de carbonato de estrôncio; mas quase não foram encontrados depósitos que permitam uma exploração sustentável da mineração.

O conteúdo de estrôncio na água do mar varia entre 82 e 90 µmol / L, uma concentração muito menor que o cálcio, entre 9,6 e 11 mmol / L.

Quase toda a exploração de mineração é baseada nos depósitos de celestita, uma vez que as veias de estrontianita são escassas e não são lucrativas para a extração de estrôncio. Apesar disso, o estrôncio é produzido principalmente na forma de carbonato de estrôncio.

Método de Pidgeon

Celestita é incinerada na presença de carvão para transformar sulfato de estrôncio em sulfeto de estrôncio. No segundo estágio, o material escuro contendo sulfeto de estrôncio é dissolvido em água e filtrado.

Em seguida, a solução de sulfeto de estrôncio é tratada com dióxido de carbono, para produzir precipitação do carbonato de estrôncio.

O estrôncio pode ser isolado por uma variante do método de Pidgeon. A reação do óxido de estrôncio e do alumínio ocorre no vácuo, onde o estrôncio é convertido em gás e transportado pela retorta de produção para os condensadores, onde precipita como um sólido.

Eletrólise

O estrôncio pode ser obtido na forma de barras pelo método de eletrólise do cátodo de contato. Nesse procedimento, uma barra de ferro resfriado que atua como um cátodo entra em contato com a superfície de uma mistura fundida de cloreto de potássio e cloreto de estrôncio.

À medida que o estrôncio se solidifica no cátodo (barra de ferro), a barra sobe.

Reacções

Com os calcógenos e halogênios

O estrôncio é um metal redutor ativo e reage com halogênios, oxigênio e enxofre para produzir haletos, óxidos e enxofre, respectivamente. O estrôncio é um metal prateado, mas oxida para formar óxido de estrôncio quando exposto ao ar:

Sr (s) + 1 / 2O 2 (g) => SrO (s)

O óxido forma uma camada escura na superfície do metal. Enquanto sua reação com cloro e enxofre é a seguinte:

Sr (s) + Cl 2 (g) => SrCl 2 (s)

Sr (s) + S (l) => SrS (s)

O estrôncio reage com o enxofre derretido.

Com o ar

Pode ser combinado com oxigênio para formar peróxido de estrôncio; mas requer uma alta pressão de oxigênio para sua formação. Também pode reagir com o nitrogênio para produzir nitreto de estrôncio:

3Sr (s) + N 2 (g) => Sr 3 N 2 (s)

No entanto, a temperatura deve ser superior a 380 ° C para que a reação ocorra.

Com a água

O estrôncio pode reagir violentamente com a água para formar hidróxido de estrôncio, Sr (OH) 2 e gás hidrogênio. A reação entre o estrôncio e a água não apresenta a violência observada na reação entre metais alcalinos e a água, bem como a observada no caso do bário.

Com ácidos e hidrogênio

O estrôncio pode reagir com o ácido sulfúrico e o ácido nítrico, causando, respectivamente, sulfato e nitrato de estrôncio. Também combina quente com hidrogênio para produzir hidreto de estrôncio.

O estrôncio, como outros elementos pesados ​​nos blocos s da tabela periódica, possui uma ampla gama de números de coordenação; como 2, 3, 4, 22 e 24, observados em compostos como SrCd 11 e SrZn 13 , por exemplo.

Usos

– Estrôncio Elementar

Ligas

É usado como um modificador eutético para melhorar a resistência e a ductilidade da liga Al-Ag. É usado como inoculante na fundição de ferro dúctil para controlar a formação de grafite. Também é adicionado ao estanho e ligas de chumbo para adicionar dureza e ductilidade.

Além disso, é usado como desoxidante de cobre e bronze. O estrôncio é adicionado em pequenas quantidades ao alumínio fundido para otimizar a capacidade de fusão do metal, tornando-o mais adequado para a fabricação de objetos tradicionalmente feitos de aço.

É um agente de liga de alumínio ou magnésio usado na fundição de blocos e rodas de motores. O estrôncio melhora o manuseio e a fluidez do metal ao qual está ligado na liga.

Isótopos

Apesar de sua ação prejudicial, o 90 Sr é usado como gerador termoelétrico, utilizando a energia térmica de sua radiação para produzir eletricidade de longa duração, com aplicação em veículos espaciais, estações remotas de pesquisa e em bóias de navegação.

O 89 Sr tem sido utilizado no tratamento de câncer ósseo, utilizando sua emissão radioativa tipo β para a destruição de células tumorais.

O átomo de estrôncio tem sido usado para o estabelecimento de um sistema de medição de tempo, que mal demora um segundo a cada 200 milhões de anos. O que o torna o relógio mais preciso.

– Compostos

Carbonato

Ferrites e ímãs

Carbonato de estrôncio (SrCO 3 ) reage com o óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) a uma temperatura entre 1000 e 1300 ° C, para formar uma ferrite de estrôncio. Esta família de ferritas tem uma fórmula geral SrFe x O 4 .

Os ímãs de cerâmica são feitos de ferrites e são usados ​​em várias aplicações. Entre eles: desenvolvimento de alto-falantes, motores para limpadores de pára-brisa de carros e brinquedos para crianças.

O carbonato de estrôncio também é usado na produção de vidro para telas de televisão e em unidades de exibição.

De vidro

Além de melhorar a propriedade do vidro para telas de cristal líquido (LCD), ele também é usado no esmalte de cerâmicas de mesa, reforçando sua resistência a arranhões e formação de bolhas durante o cozimento.

É usado na produção de vidro que pode ser usado em óptica, vidraria e iluminação. Também faz parte da fibra de vidro e dos vidros de laboratório e farmacêuticos, pois aumenta a dureza e a resistência a arranhões, além de seu brilho.

Produção de metal e sal

É utilizado na obtenção de um zinco de alta pureza, pois contribui para a eliminação da impureza do chumbo. Auxilia na produção de cromato de estrôncio, um composto usado como inibidor de corrosão na impressão de tintas.

Águas residuais e lâmpadas fosforescentes

É usado no tratamento de águas residuais para remoção de sulfato. Além disso, é usado na produção de ácido ortofosfórico, usado na produção de lâmpadas fluorescentes.

Pirotecnia

O carbonato de estrôncio, como outros sais de estrôncio, é usado em fogos de artifício para dar uma cor vermelha avermelhada. Coloração que também é usada em testes de detecção de estrôncio.

Hidróxido

É usado na extração de açúcar de beterraba, uma vez que o hidróxido de estrôncio se combina com o açúcar para causar um complexo sacarídeo. O complexo pode ser dissociado pela ação do dióxido de carbono, deixando o açúcar livre. Também é usado na estabilização plástica.

Ferrugem

Está presente no vidro usado na fabricação do tubo de imagem de uma televisão, iniciando esta aplicação em 1970. As TVs coloridas, assim como outros dispositivos que contêm raios catódicos, são necessários para usar o estrôncio na placa frontal para parar os raios-x

Essas televisões já estão fora de uso, porque os tubos catódicos foram substituídos por outros dispositivos e, portanto, o uso de compostos de estrôncio não é necessário.

Por outro lado, o óxido de estrôncio é usado para melhorar a qualidade dos esmaltes cerâmicos.

Cloreto

O cloreto de estrôncio é usado em alguns cremes dentais para dentes sensíveis e na preparação de fogos de artifício. Além disso, é utilizado de maneira limitada para a remoção de gases indesejados em recipientes a vácuo.

Ranelate

É utilizado no tratamento da osteoporose, pois aumenta a densidade óssea e reduz a incidência de fraturas. Aplicado topicamente, inibe a irritação sensorial. No entanto, seu uso diminuiu porque há evidências de que a incidência de doenças cardiovasculares aumenta.

Aluminato

É usado como dopante na indústria eletrônica. Também é freqüentemente usado para fazer com que certos brinquedos brilhem no escuro, pois é um composto inerte quimicamente e biologicamente.

Referências

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