Prix, apparition, extraction et utilisation du strontium

Le strontium est un élément chimique avec le symbole de l'élément Sr et le numéro atomique 38. Dans le tableau périodique, il est dans le 5. Période ainsi que le 2. Groupe principal ou le 2. Groupe IUPAC et appartient donc aux métaux alcalino-terreux. C'est un métal mou (dureté de Mohs: 1,5) et très réactif.

L'élément a été découvert par Adair Crawford 1790 et porte le nom de son premier site, Strontian, en Écosse. Élémentaire, bien que contaminé par des mélanges étrangers, 1808 pourrait être représenté par électrolyse par Humphry Davy. Robert Bunsen a également succédé à 1855 pour la représentation du strontium pur. L'élément est utilisé seulement en petites quantités, en particulier pour les tubes cathodiques, les pièces pyrotechniques (couleur flamme rouge), les aimants permanents et pour la fusion de l'aluminium.

Le strontium est présent en petites quantités dans le corps humain, mais n'a pas de signification biologique connue et n'est pas essentiel. Le ranélate de strontium est un médicament destiné au traitement de l'ostéoporose.

Histoire

Adair Crawford et William Cruickshank trouvèrent des preuves initiales de l’existence de l’élément en l’année 1790, lorsqu’ils examinèrent plus en détail un minéral strontien d’origine écossaise que l’on pensait initialement être de la "baryte en suspension dans l’air" (carbonate de baryum, witérite). Ils ont préparé le chlorure et comparé plusieurs propriétés du dernier chlorure de strontium à celles du chlorure de baryum. Entre autres choses, ils ont trouvé différentes solubilités dans l'eau et dans d'autres formes cristallines. 1791 a nommé Friedrich Gabriel Sulzer (1749-1830) minéral d'après son lieu-dit Strontian Strontianite. Lui et Johann Friedrich Blumenbach ont étudié le minerai de plus près et ont ainsi trouvé plus de différences que le Witherit, comme la toxicité et la couleur de la flamme. Au cours des années suivantes, des chimistes tels que Martin Heinrich Klaproth, Richard Kirwan, Thomas Charles Hope et Johann Tobias Lowitz approfondissent leurs recherches sur le strontianite et en obtiennent d'autres composés.

1808 a succédé à Humphry Davy par réduction électrolytique en présence d'oxyde de mercure rouge, représentation de l'amalgame de strontium, qu'il a ensuite purifiée par distillation et a ainsi reçu le métal, certes contaminé. Il l'a nommé d'après la strontianite analogue aux autres métaux alcalino-terreux, le strontium. Le strontium pur a été remporté par Robert Bunsen 1855 par électrolyse d’une masse fondue de chlorure de strontium. Il a également déterminé les propriétés du métal telles que la densité de l'élément.

Occurrence

Le strontium est relativement abondant avec une part de 370 ppm sur la croûte continentale sur Terre, l'abondance des éléments de la croûte terrestre est comparable à celle du baryum, du soufre ou du carbone. De plus, dans l'eau de mer, une plus grande quantité de strontium est présente. L'élément n'apparaît pas solide, mais toujours dans des connexions différentes. En raison de leur faible solubilité, les minéraux les plus importants en strontium sont le sulfate de strontium ou la célestine avec une teneur en strontium allant jusqu'à 47,7%. ainsi que le carbonate de strontium ou la strontianite avec une teneur en strontium allant jusqu'à 59,4% Au total (à partir de: 2011) autour des minéraux contenant du strontium 200 sont connus.

Les dépôts du plus important minéral de strontium, la célestine, se sont formés par précipitation du sulfate de strontium peu soluble de l’eau de mer. Une formation hydrothermale du minéral est également possible. La strontianite se forme également de manière hydrothermale ou en tant que minéral secondaire à partir de célestine. Les principaux gisements de strontium et sites miniers se trouvent en Espagne, au Mexique, en Turquie, en Chine et en Iran. La Grande-Bretagne a également été un État producteur important pendant longtemps, mais la production s'est terminée avec 1992. L'extraction de minéraux de strontium dans 2008 dans le monde s'est élevée à 496.000 tonnes.

Extraction et présentation

Le produit de départ pour la production de strontium et de composés de strontium est généralement la célestine (sulfate de strontium). Le carbonate de strontium est généralement obtenu à partir de cela. Il s'agit du composé de strontium et de la matière première les plus importants sur le plan industriel pour l'extraction du métal et d'autres composés.

Pour produire du carbonate de strontium, le sulfate de strontium est d'abord mis en réaction avec du carbone à 1100-1200 ° C. Dans ce cas, le sulfate est réduit en sulfure et il y a du sulfure de strontium et du dioxyde de carbone. Le sulfure de strontium est purifié par extraction à l'eau chaude.

Ensuite, on fait passer du dioxyde de carbone dans la solution de sulfure de strontium ou on fait réagir le sulfure de strontium avec du carbonate de sodium. En plus du carbonate de strontium, il se forme de l'hydrogène sulfuré ou du sulfure de sodium. Laquelle des deux variantes est utilisée dépend de la disponibilité des matières premières et de la possibilité de vendre les sous-produits.

On peut également faire réagir directement du sulfate de strontium finement broyé avec du carbonate de sodium ou d'ammonium pour obtenir du carbonate de strontium. Cependant, des étapes de nettoyage complexes sont nécessaires.

Pour obtenir du strontium métallique, l'oxyde de strontium est réduit avec de l'aluminium (aluminothermie). En plus du strontium élémentaire, un mélange d'aluminium et d'oxyde de strontium est formé. La réaction se déroule sous vide, car dans ces conditions, le strontium est gazeux, peut être facilement séparé et collecté dans un condenseur.

Propriétés physiques

Le strontium est un métal alcalino-terreux jaune d’or, à l’état blanc-argent, de haute qualité. Avec un point de fusion de 777 ° C et un point d'ébullition de 1380 ° C, il se situe au point d'ébullition situé entre le calcium le plus léger et le baryum plus lourd, le calcium ayant un point de fusion plus élevé et le baryum ayant un point de fusion plus bas. Le strontium a le point d'ébullition le plus bas de tous les métaux alcalino-terreux après le magnésium et le radium. Avec une densité de 2,6 g / cm3, c'est l'un des métaux légers. Le strontium est très doux avec une dureté de Mohs de 1,5 et peut être facilement plié ou roulé.

Comme le calcium, le strontium cristallise à la température ambiante dans une structure cristalline à faces cubiques du groupe spatial Fm3m (groupe spatial 225) (type cuivre) avec le paramètre de réseau a = 608,5 pm et quatre unités de formule par cellule. De plus, deux autres modifications à haute température sont connues. À des températures supérieures à 215 ° C, la structure se transforme en une compression sphérique dense de type hexagonal (type magnésium) avec les paramètres de réseau a = 432 pm et c = 706 pm. Enfin, au-dessus de 605 ° C, une structure cubique centrée (type tungstène) est la plus stable.

Propriétés chimiques

Le strontium est le métal alcalino-terreux le plus réactif après le baryum et le radium. Il réagit directement avec les halogènes, l'oxygène, l'azote et le soufre. Il forme toujours des composés dans lesquels il est présent sous forme de cation divalent. Lorsqu'il est chauffé à l'air, le métal brûle avec la coloration typique de la flamme pourpre en oxyde de strontium et nitrure de strontium.

En tant que métal très commun, le strontium réagit avec l'eau pour former de l'hydrogène et de l'hydroxyde. L’hydroxyde de strontium se forme également au contact du métal avec de l’air humide. Le strontium est également soluble dans l'ammoniac, formant des ammonates bleu-noir.

Dans les eaux souterraines, le strontium est généralement similaire au calcium. Les composés du strontium sont insolubles dans des conditions faiblement acides à basiques. Le strontium apparaît uniquement sous forme dissoute lorsque le pH est bas. Si la décomposition du dioxyde de carbone (CO2) se produit à la suite de processus de vieillissement ou similaires, la précipitation de strontium est intensifiée avec le calcium (sous forme de carbonate de strontium ou de calcium). De plus, une forte capacité d'échange cationique du sol peut favoriser la liaison du strontium.

isotope

Il existe un total d'isotopes 34 et de neuf autres isomères nucléaires connus. Parmi ceux-ci, il y en a quatre, 84Sr, 86Sr, 87Sr et 88Sr, bien sûr. Dans la composition isotopique naturelle, l'isotope 88Sr prédomine avec une proportion de 82,58%. 86Sr avec 9,86% et 87Sr avec 7,0% et 84Sr avec une part de 0,56% sont plus rares.

90Sr est un émetteur bêta avec une énergie de désintégration de 0,546 MeV et se désintègre avec une demi-vie d'années 28,78 en 90Y, qui se désintègre rapidement (t1 / 2 = 64,1 h) avec émission de rayonnement bêta à haute énergie (ZE = 2,282 MeV) et de radiation , Il se produit principalement comme produit de clivage secondaire. Il se forme en quelques minutes par plusieurs désintégrations bêta à partir de produits de fission primaires du nombre de masse 90, qui se produisent dans 90% des fissions nucléaires de 5,7U dans les centrales nucléaires et des explosions à la bombe atomique. Cela fait de 235Sr l’un des produits de fission les plus courants.

Des volumes plus importants de 90Sr sont rejetés dans l'environnement lors de toutes les catastrophes nucléaires. Les accidents impliquant 90Sr ont été l'incendie de Windscale, qui a provoqué l'apparition de 0,07 TBq 90Sr, et la catastrophe de Tchernobyl, où l'activité publiée sur 90Sr est 800 TBq. Après les essais d’armes nucléaires hors sol, en particulier dans les années 1955-58 et 1961-63, la charge sur l’atmosphère a fortement augmenté avec 90Sr. Cette situation, ainsi que la charge imposée au système 137 de 1963C, ont conduit à l’adoption du Traité d’interdiction des essais nucléaires dans l’espace et sous l’eau qui interdisait ces essais dans les États signataires. En conséquence, dans les années suivantes, la pollution de l’atmosphère a considérablement diminué. L’activité totale libérée par l’arme nucléaire sur 90Sr était d’environ 6 · 1017 Bq (600 PBq).

L'ingestion de 90Sr, qui peut pénétrer dans l'organisme par le lait contaminé, est dangereuse. En raison du rayonnement bêta de haute énergie de l'isotope, les cellules de l'os ou de la moelle osseuse peuvent être altérées et ainsi déclencher des tumeurs osseuses ou une leucémie. Il est impossible de décorer le strontium osseux avec des agents chélateurs, car ils complexent préférentiellement le calcium et le strontium restent dans l'os. La décorporation de sulfate de baryum n’est possible que si elle est effectuée rapidement après l’incorporation avant l’installation dans l’os. La dégradation par les processus biologiques est également très lente, la demi-vie biologique est dans l'os aux années 49, la demi-vie effective de 90Sr aux années 18,1. 90Sr peut se lier aux cellules parathyroïdiennes. Cela expliquerait l'accumulation de cas d'hyperparathyroïdie chez les liquidateurs du réacteur de Tchernobyl.

Les radiations bêta de 90Sr et 90Y peuvent être utilisées dans des batteries à radionucléides, telles que des phares et des balises éloignés dans l'ex-Union soviétique, pour le marquage isotopique à longue durée de vie, pour mesurer l'épaisseur de matériaux ou pour calibrer des compteurs Geiger.

87Sr est le produit de désintégration de l'isotope 48Rb rubidium d'une demi-vie de 87 milliards d'années. À partir du rapport entre les différents isotopes du strontium, l’âge des roches contenant du rubidium et du strontium, comme le granite, peut donc être déterminé dans le cadre d’une analyse isotopique du strontium.

Le strontium est stocké dans différentes conditions et en quantités variables dans les os et les dents. Dans le même temps, le rapport isotopique de 86Sr et 87Sr dépend des roches de l'environnement. On peut donc tirer des rapports d'isotopes de strontium des conclusions parfois sur les mouvements migratoires des personnes préhistoriques.

Selon l'opérateur, le petit réacteur allemand à lit de galets appelé AVR situé à proximité du site du centre de recherche de Jülich est considéré comme l'installation nucléaire la plus contaminée au monde par 90Sr. Le sol sous le réacteur contient également du strontium. Ceci doit être enlevé en consommant lors du démontage du réacteur à 2017 [obsolète].

Utiliser

Le strontium est produit et utilisé seulement en petites quantités. La majeure partie du carbonate de strontium produit est utilisée dans les tubes cathodiques, les aimants permanents et les pièces pyrotechniques.

Le strontium métallique est principalement utilisé dans l'industrie de l'aluminium (fonderies d'aluminium primaire et secondaire, ainsi que dans les fonderies), ainsi que le sodium en tant qu'agent interfacial dans les alliages aluminium-silicium avec 7-12% silicium. De petites additions de strontium modifient l'eutectique dans les alliages silicium-aluminium et améliorent ainsi les propriétés mécaniques de l'alliage. En effet, les alliages aluminium-silicium sans strontium au niveau du précipité eutectique précipitent des grains grossiers, aciculaires, mécaniquement instables, qui sont empêchés par le strontium. Son effet "raffinage" dure plus longtemps dans les masses fondues versables (fours de fonderie et de maintien) que celui du sodium, car il s'oxyde moins facilement. Dans le domaine de la fonte en cours de solidification lente (coulée en sable), il a déjà partiellement remplacé le sodium, utilisé depuis des décennies seulement. Lors de la solidification rapide dans un moule métallique permanent, en particulier dans le moulage sous pression, l'utilisation de strontium n'est pas toujours obligatoire, la formation de la structure fine "raffinée" souhaitée est déjà favorisée par la solidification rapide.

Le strontium est ajouté au ferrosilicium, il régule la structure du carbone et évite une solidification inégale lors de la coulée.

En outre, le strontium peut être utilisé comme matériau getter dans les tubes électroniques, pour éliminer le soufre et le phosphore de l'acier et pour durcir les plaques de batterie au plomb.

Signification biologique

Peu de créatures utilisent le strontium dans les processus biologiques. Ceux-ci comprennent Acantharia, des créatures eucaryotes unicellulaires qui appartiennent aux radiolaires et sont un composant commun du zooplancton dans la mer. Ce sont les seuls protistes à utiliser le sulfate de strontium comme matériau de construction du squelette. Ainsi, ils provoquent également des modifications de la teneur en strontium dans les différentes couches de la mer, en absorbant d’abord le strontium, puis en s’enfonçant dans des couches plus profondes où ils se dissolvent.

Signification physiologique et thérapeutique

Le strontium n'est pas essentiel, seuls quelques effets biologiques de l'élément sont connus. Ainsi, il est possible que le strontium ait un effet inhibiteur sur la carie dentaire.

Des études chez l'animal chez le porc ont montré des symptômes tels qu'un manque de coordination, une faiblesse et une paralysie en raison d'un régime alimentaire riche en strontium et pauvre en calcium.

Le strontium a des propriétés très similaires à celles du calcium. Cependant, contrairement au calcium, il n’est absorbé qu’en petites quantités par l’intestin. Cela peut être dû au plus grand rayon ionique de l'élément. En moyenne, la teneur en strontium chez un homme au kilogramme 70 n’est que de 0,32 g, par rapport à environ 1000 g de calcium dans le corps. Le strontium absorbé est - comme le calcium - stocké principalement dans les os, ce qui est une option thérapeutique pour l'ostéoporose. La formation de sels avec des acides organiques tels que l'acide ranélique ou l'acide malonique permet d'atteindre une biodisponibilité élevée correspondante.

89Sr est utilisé comme chlorure (sous le nom de marque "Metastron") pour le traitement par radionucléides des métastases osseuses.

Sicherheitshinweise

Comme les autres métaux alcalino-terreux, le strontium est inflammable. Il réagit avec l'eau ou le dioxyde de carbone, de sorte qu'il ne peut pas être utilisé comme agent d'extinction. Pour l'extinction, il convient d'utiliser des extincteurs métalliques (classe D) et l'utilisation de sable sec, de sel et de poudre d'extinction est également possible. De plus, de l'hydrogène se forme au contact de l'eau, qui est explosive. Pour l'élimination de petites quantités, le strontium peut être mis à réagir avec de l'isopropanol, du tert-butanol ou de l'octanol.

Liens

Comme tous les métaux alcalino-terreux, le strontium est présent dans les composés stables uniquement à l'état d'oxydation + 2. Ce sont généralement des sels incolores, souvent facilement solubles dans l'eau.

des halogénures

Avec les halogènes, le fluor, le chlore, le brome et l'iode strontium forment chacun un halogénure de formule générale SrX2. Ils sont typiques, incolores et, à l'exception du fluorure de strontium, des sels facilement solubles dans l'eau. Ils peuvent être préparés par réaction de carbonate de strontium avec des acides hydrohaliques tels que l'acide fluorhydrique ou l'acide chlorhydrique. Le chlorure de strontium est utilisé en tant qu'intermédiaire pour la production d'autres composés de strontium ainsi que dans les dentifrices, où il est censé agir contre les dents sensibles à la douleur.

Sels d'acides oxygénés

Surtout, les sels de strontium d'acides oxygénés, tels que le carbonate de strontium, le nitrate de strontium, le sulfate de strontium ou le chromate de strontium, revêtent une importance industrielle. Le carbonate de strontium est la forme commerciale la plus importante de composés de strontium, la majorité de la célestine dégradée est convertie en carbonate de strontium. Il est principalement utilisé pour la production de verre absorbant les rayons X pour les tubes cathodiques, mais également pour la production de ferrite de strontium pour les aimants permanents ou les électrocéramiques. Le nitrate de strontium est principalement utilisé en pyrotechnie pour la coloration typique du strontium à la flamme rouge. Le chromate de strontium jaune sert d’amorce contre la corrosion de l’aluminium dans les aéronefs ou la construction navale.

Autres composés de strontium

Les composés de strontium (I) ont été détectés comme intermédiaires instables dans les flammes chaudes. Ici, l'hydroxyde de strontium (I), SrOH, similaire au chlorure de strontium (I), SrCl, est un émetteur puissant dans la région spectrale rouge et agit comme seul colorant dans les éruptions pyrotechniques rouges de forte intensité et à saturation profonde.

Composés organiques de strontium

Les composés organiques du strontium ne sont que peu connus et étudiés car ils sont très réactifs et peuvent également réagir avec de nombreux solvants tels que les éthers. Dans les solvants non polaires, cependant, ils sont insolubles. Parmi d'autres, un métallocène avec des anions pentaméthylcyclopentadiényle (Cp *) a été montré, qui est incliné dans la phase gazeuse contrairement à d'autres métallocènes tels que le ferrocène.

Prix ​​du strontium

Prix ​​du strontium -> prix des métaux stratégiques