發布時間:2016-11-30 來源:未知     分享到:
  鍶是一種銀白色帶黃色光澤的堿土金屬。是堿土金屬(除鈹外)中豐度最小的元素。在自然界以化合態存在。可由電解熔融的氯化鍶而制得。鍶元素廣泛存在在土壤、海水中,是一種人體必需的微量元素,具有防止動脈硬化,防止血栓形成的功能。用于制造合金、光電管,以及分析化學試劑、煙火等。質量數90的鍶是一種放射性同位素,可作β射線放射源,其核電荷數為38,五層電子層,最外層電子數位為2,易失電子

  發現簡史

  鍶的發現是從一種礦石開始的。大約在1787年間,在歐洲一些展覽會上展出從英國蘇格蘭恩特朗蒂安地方的鉛礦中采得的一種礦石。一些化學家認為它是一種螢石。

  1790年間英國醫生克勞福德分析研究了這種礦石,把它溶解在鹽酸中,獲得一種氯化物,在多方面和氯化鋇的性質不同。這種氯化物在水中的溶解度比氯化鋇大,在熱水中的溶解度又比在冷水中大得多,在溶于水后使溫度降低的效應較大。它和氯化鋇的結晶形也不同。他認為其中可能存在一種新土(氧化物)。

  此后不久,大約在1791~1792年間,英國化學家、醫生荷普再次研究了這種礦石,明確它是碳酸鹽,但是與碳酸鋇不同,肯定其中含有一種新土,就從它的產地Strontian命名它為strontia(鍶土)。他指出鍶土比石灰和重土更易吸收水分,它在水中的溶解度很大,且在熱水中的比在冷水中溶解的量大得多。并且他指出它的化合物在火焰中生成鮮紅色,而鋇的化合物在火焰中呈現綠色。

  這樣,在1789年拉瓦錫發表的元素表中就沒有來得及把鍶土排進去,戴維卻趕上了,在1808年利用電解法,從碳酸鉀中分離出金屬鍶,就命名為strontium,元素符號用Sr。

  元素分布

  世界范圍內的土壤樣本都含有大約300mg/kg 的鍶。輸入到海洋的鍶主要(80%)是由于碳酸鹽、硫酸鹽的風化。海水含有7mg/L 的鍶,相對于天青石沉淀來說,是不飽和的。Sr在鹽中的濃度為221μg/g 。世界河水的鍶 / 鈣比率是5×10-3 ,以河水含鍶68.5μg/L 計算,排放到海水中的鍶(至少)是22 噸 / 年。天青石組成了浮游生物棘谷蟲的骨骼(灰燼中有21.8%的Sr )。有證據表明,動物骨骼中的鍶含量比人的高。[3]

  鍶在地殼中的豐度為3.7×102% , 最重要的礦物是天青石SrSO4和菱鍶礦SrCO3。

  理化性質

  物理性質

  鍶,銀白色金屬,屬立方晶系。是一種銀白色有光澤的金屬質軟,容易傳熱導電。在空氣中加熱到熔點時即燃燒,呈紅色火焰.[6]

  自然界存在鍶-84、鍶-86、鍶-87、鍶-88四種穩定同位素。

  鍶的化學性質活潑,加熱到熔點(769℃)時可以燃燒生成氧化鍶(SrO),在加壓條件下跟氧氣化合生成過氧化鍶(SrO2)。

  鍶跟鹵素、硫、硒等容易化合,常溫時可以跟氮化合生成氮化鍶(Sr3N2),加熱時跟氫化合生成氫化鍶(SrH2)。跟鹽酸、稀硫酸劇烈反應放出氫氣。

  鍶在常溫下跟水反應生成氫氧化鍶和氫氣。鍶在空氣中會轉黃色。由于鍶很活潑,應保存在煤油中。

  鍶是一種活潑的陽性金屬,很容易被氧化為穩定的、無色的Sr2+,它的化學性質與Ca或Ba類似。水溶性鍶鹽有SrX2,這里X=Cl-,Br-,I-,NO2-,NO3-,ClO3-,ClO4-,BrO3-,CN-;和SrSiF6。含有C22-的SrC2和Sr3N2 有顯著的離子性。不溶于水的Sr鹽有SrF2和那些鍶與原子團的化合物如SrSO3,SrSO4,SrMoO4,SrHP4, SrSeO4,和高熔點的硼化鍶SrB6。

  Pedersen發現的多環醚,所謂的冠狀化合物,以及被Lehn等發現并稱為“穴狀配體” 的重阿扎聚氧化二環化合物也會和Sr2+形成1:1 的化合物.(水溶液中的logK恒定:對于二氰己烷基-18-冠-6,logK=2.6~3.2 ;對于“扁桃體”111,logK=8.0~8.3)。

  鍶的分子量為87.62,計算時可取 88。

  質量數為90的鍶是鈾235的裂變產物,半衰期為28.1年。

  應用領域

  鍶是堿土金屬中豐度最小的元素。在自然界主要以化合態存在,主要的礦石有天青石(SrSO4),菱鍶礦(SrCO3)。鍶元素廣泛存在在礦泉水中,是一種人體必需的微量元素,具有防止動脈硬化,防止血栓形成的功能。

  不論是在用碳還原SrS然后反應的制造過程中還是在蘇打處理過程中,天青石都是制造SrCO3的起始物質,由于碳酸鍶可以制造出其它Sr化合物,用于提純制造陶瓷永磁體的Zn(清除Pb和Cd),用作制造電視熒光屏,它是最重要的Sr化合物。Sr(NO3)2用于煙火裝置,SrO用于鋁的冶煉,Sr、SrCl2用于修補牙齒。Sr (OH)2早已用于磨拉石的提純。

  金屬鍶用于制造合金、光電管、照明燈。它的化合物用于制信號彈、煙火等。

  鍶-90可做β射線的放射源,對人體有相當大的危害,半衰期為25年,它在核試驗中由鈾產生,以粉塵的形態被人體吸入,對人體產生放射性傷害。

  鍶-87在醫學上有一定的應用。把放射性的鍶-87m引入患者身體中,待骨骼吸收后,用輻射檢測器可測定其在人體骨骼中所處的位置,并確定人體中出現異常的情況。鍶-87m半衰期只有2.8小時,會很快從人體中排出,因此,人體所受輻射量很小。

  中國鍶原子光鐘:與現行的銫原子鐘比較,中國鍶原子光鐘具有實現更高準確度的潛力,被公認為下一代時間頻率基準。用光鐘替代現行的銫原子噴泉鐘來重新定義秒,可以顯著提高衛星導航系統的定位精度。

  制備方法

  工業上從天青石礦提取鍶鹽。常用熱還原法,用鋁還原氧化鍶制備金屬鍶,或電解熔融的氯化鍶和氯化鉀制備金屬鍶。

  注意事項

  放射性鍶為水溶性物質,吸入人體后,會導致癌癥和白血病的發生。

  鍶鹽工廠工人的膽堿酯酶、乙酰膽堿酯酶活性在職業暴露期間會被明顯削弱。

  放射性90Sr存在于核爆炸的輻射微塵中。由于鍶和鈣類似,它是一種強的環境危害。在IPCS-WHO的環境健康標準文獻中曾概括了90Sr的人放射性暴露。

  英國的Papworth研究了90Sr的吸收和在骨骼中的轉變。

  澳大利亞的鍶暴露工人尿液中的濃度為0.5-5.0pCl/L(正常的是<2 pCl/L)。

  美國一項長達18年的對獵犬的90Sr 終生毒性研究觀察到毒性和劑量有關。

  哺乳動物對Sr的排泄模式隨物種不同而不同。對人類來說吸收的鍶有90%通過尿液排泄。 鋼凹板 等攝入磷(和鈣)對90Sr的排泄、停滯的影響。

  食物中的藻酸鈉會加速老鼠對Sr的排泄。

  只有蘇聯規定了Sr化合物的TLV 。對于Sr(NO3)2,SrO,Sr(OH)2浮質,建議的極限是1mgSr/m3 。飲用水中允許的忍耐極限是 2mg Sr/L 。

  德國沒有規定SrCrO4的MAK值,但是建議的技術指導濃度是0.1mgCrO3/m3 。

  沒有發現文獻中有正常血清鍶濃度值。Schroder和Nason 提出在全身的血中有0.17mg的鍶。Biswas 等研究了指甲中的鍶濃度,一個澳大利亞小組測量了骨骼中的鍶濃度(100-120mg Sr/kg)。牙齒表層琺瑯的鍶濃度為300mg/kg,這是由于飲用水中含有鍶(0.02-34mg/L)。[3]

  鍶對人體的影響

  鍶的攝取

  人體主要通過食物及飲水攝取鍶,經消化道吸收后經尿液排出體外。鍶在小腸的吸收機制存在主動運輸和被動擴散兩種吸收方式。鍶除了通過胃腸道吸收外,還可通過呼吸道及皮膚進入人體。我國飲用水中鍶水平甚微,不少礦泉水中都含有豐富的鍶,鍶含量在0.20~0.40mg/L時為天然飲用礦泉水。另外,葉菜類中鍶水平較高,而畜禽肉蛋類較低。由于飲食習慣不同,可能會造成部分人群鍶攝入量不足,可通過改變飲食習慣來達到攝入足夠量的鍶。5mg/L以下的含鍶礦泉水,有益于人體健康,而又不會產生不良的作用。

  鍶的代謝過程

  體內99.0%的鍶存在于骨骼中,僅0.7%可以溶解與細胞外液中。骨鍶與血鍶不斷進行交換,使其處于動態平衡之中。體內高鍶高鈣對機體非常有益;若體內出現高鍶低鈣,則對機體生理代謝產生不利影響,甚至產生多種病理變化。鍶主要通過尿液排出體外,腎排泄鍶的速率大于排泄鈣的速率,原因在于腎小管對鈣的重吸收快于對鍶的重吸收。幼兒時期,由于腎小管吸收功能發育尚不健全,導致幼兒對鍶的排泄能力弱于成年人。

  鍶對骨骼的具體作用

  鍶對骨髓間充質干細胞的作用

  研究表明,鍶可調節MSCs(骨髓間充質干細胞)向成骨細胞分化,并促進骨基質蛋白的合成和沉淀。因此鍶對成骨細胞分化和骨生成促進作用。

  鍶對成骨細胞和破骨細胞的作用

  成骨細胞和破骨細胞間協調的相互作用是調節骨重建、維持骨骼的穩定性和完整性的關鍵。研究發現鍶能夠用至少兩種機制增加前成骨細胞和多功能干細胞增殖。另外,在骨質疏松動物模型中,鍶可改善骨代謝,預防骨丟失,提高骨質疏松動物的骨質量。

  鍶對骨質強度的影響

  在骨骼中,鍶能取代鈣化組織骨骼和牙齒羥基磷灰石晶體中少量的鈣,鍶元素的適量摻入可提高骨質的機械性能,在硬度方面的提高更明顯,這可能是由于少量鍶元素的置換,在一定程度上減少了晶格缺陷,使原子間的排列更加緊密,起到一定強化作用,從而改善骨的機械強度。

  鍶與心血管疾病

  研究表明,飲用水中鍶水平越低,心血管疾病死亡率越高。飲用水中鍶在5.0~10.0mg/L時,心血管疾病病死率最低。飲用水及尿液中鍶水平與高血壓性心臟病呈顯著負相關;飲用水中鈉/鍶比值與中樞神經系統血管損傷、動脈硬化、退行性心臟病、高血壓性心臟病呈顯著正相關;尿鈉/鍶比值與全身性動脈硬化呈顯著負相關。其作用機制可能是鍶在腸內與鈉競爭性吸收,從而減少鈉的吸收,增加體內鈉的排泄。體內鈉過多,易引起高血壓及心血管疾病,而鍶卻能減少人體對鈉的吸收,故有預防心血管疾病的作用。

  鍶對美容的作用

  人的頭發和皮膚中均含有鍶,缺鍶會導致頭發變白,皮膚免疫力下降等問題。每天在皮外適量補充鍶有助皮膚再生、修復細胞,促進皮膚新陳代謝,同時會提高皮膚抗氧化能力及免疫能力,幫助皮膚排出毒素。皮膚過敏時也可以用少量鍶用于皮外舒敏。

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