Сегодня мы поговорим о химическом элементе с 38 протонами. Это металл стронций.
Стронция в земной коре очень немного. И его никогда не находят в чистом виде. Это один из так называемых «скрытых элементов», с которыми люди сосуществовали на этой планете на протяжении многих лет, но при этом ничего не знали о нём.
Стронций находится в таблице Менделеева ниже кальция и выше бария. Следовательно, это щёлочноземельный металл, который очень любит избавляться от двух электронов для достижения электронной стабильности. Или, если говорить другими словами, степень окисления стронция всегда имеет значение +2.
Как только стронций вступает в контакт с кислородом воздуха, он окисляется с образованием оксида стронция (SrO). Именно поэтому на открытом воздухе его невозможно наблюдать в чистом виде. И по этой причине другой щёлочноземельный элемент, магний, использовался в течение многих лет для производства вспышек в фотоаппаратах. Окисление магния происходит так быстро, что по сути этот процесс можно назвать горением.
Активный стронций
Но наш сегодняшний герой, стронций, гораздо активнее реагирует с кислородом, чем магний. В случае с последним для начала процесса окисления требуется искра. Стронцию искра не нужна. На открытом воздухе он самовозгорается. Но на самом деле этот металл реагирует таким образом практически с любым другим элементом, готовым принять его ненужные электроны. Поэтому на Земле он встречается только в составе каких-то молекул. И особенно его много в горных породах.
Стронций занимает 15-е место по содержанию на Земле между барием и серой, с концентрацией около 360 частей на миллион. Но кто и когда впервые открыл стронций? Дело было так.
В 1722 году недалеко от городка Стронтиан в западной Шотландии был обнаружен минерал галенит. Состоит он в основном из сульфида свинца (II) (PbS), и имеет большое промышленное значение, поскольку является основным доступным источником свинца. Поэтому в Стронтиане были открыты шахты по добыче галенита.
Интересно, что название города на шотландском (гэльском) языке, от которого произошло название Стронтиан звучит так, – Sròn an t-Sìthein. Это означает что-то вроде «Нос феи». Почему феи, и почему именно нос – этого никто достоверно не знает. По этому поводу существуют лишь предположения.
Но продолжим про стронций.
Как и многие другие рудники, Стронтиан предоставил химикам 18-го века очень интересные горные породы для изучения новых элементов. Помимо галенита, на стронтианских рудниках добывались и другие полезные ископаемые. В их числе и карбонат кальция (CaCO3). Когда химик и врач Адэр Кроуфорд исследовал этот карбонат со своим коллегой Уильямом Крюйшенком в 1790 году, учёные обнаружили, что он какой-то странный. Свойства соединения немного отличались от свойств других известных образцов карбонатов щелочноземельных металлов, таких как кальций и барий.
Неизвестный элемент
Сегодня мы знаем, что эта порода, которую мы называем стронцианитом, на самом деле представляет собой карбонат стронция (SrCO3). Она очень похожа на карбонаты бария и кальция. Но на самом деле обладает немного другими свойствами.
Кроуфорд и Крюйшенк пришли к выводу, что в исследуемом минерале, скорее всего, присутствует какой-то неизвестный ранее элемент. Однако им не удалось выделить его из породы. Другие химики в более поздние годы подтвердили существование нового элемента в стронцианите. Но также не смогли его выделить. Стронций просто одержим желанием избавиться от своих «лишних» электронов. И поэтому «цепляется» и изо всех сил за этот элемент, который их принимает.
Чтобы выделить неизвестный загадочный компонент, понадобился гений-экспериментатор с многолетним опытом: сэр Гемфри Дэви. Ему удалось сделать это в 1808 году. Дэви впервые получил другое соединение элемента, используя чисто химические методы: хлорид стронция (SrCl2). Затем он смешал полученное соединение с оксидом ртути (II) (HgO) и подверг смесь электролизу. Что-то, что, очевидно, было металлом, осадилось на одном из электродов.
Дэви назвал элемент стронций в честь места, где он был впервые обнаружен.
Сладкая жизнь
В отличие от других подобных металлов, очень активных и поэтому бесполезных в качестве структурных элементов каких-то конструкций, стронций быстро нашёл удивительное практическое применение в производстве (неожиданно!) … свекловичного сахара!
Чтобы извлечь сахар из патоки, полученной из свёклы, два француза, Ипполит Лепле и Огюстен-Пьер Дюбрунфо разработали процесс, в ходе которого применялся карбонат стронция.
Химическое соединение использовалось в качестве катализатора. И извлекалось в исходном состоянии в конце процесса. Поэтому расход карбоната стронция был невелик. Однако в любом промышленном процессе всегда есть потери. Поэтому спрос на стронций для производства сахара был огромен. И держался на высоком уровне в течение десятилетий. Поскольку почти всё его мировое производство использовалось только для этих целей.
Позже были найдены другие, более эффективные способы извлечения сахаров. И сегодня большое количество сахара получают из сахарного тростника, а не из свёклы. Однако по мере того, как роль стронция в производстве сахара стала терять позиции, ему нашлось другое, но тоже удивительное применение: телевидение.
Звезда экрана
Вы, наверное, помните, что до относительно недавнего времени в телевизорах и компьютерных мониторах использовались электронно-лучевые трубки.
Дело в том, что барий и стронций, входящие в состав стекла, действуют как экран, который очень хорошо поглощает рентгеновское излучение. Но при этом такой экран без проблем пропускает видимый свет. Получилось нечто идеальное: в видимом свете стекло прозрачно, но рентгеновские лучи выйти за пределы кинескопа не могут.
Однако возрождение стронция в качестве компонента телевизоров после того, как он «поработал» со свёклой, длилось всего несколько десятилетий. По той причине, что электронно-лучевые трубки уже почти не используются в мониторах и телевизорах. Хотя на их производство по-прежнему приходится три четверти мирового потребления стронция.
5% добываемого стронция используется в фейерверках. Поскольку карбонат стронция горит очень интенсивным красным пламенем.
Что стронций, что кальций – без разницы
Стронций не играет никакой важной роли в биохимии. Он настолько химически подобен кальцию (которого на Земле очень много), что наличие или отсутствие стронция для живых организмов не имеет большого значения. Единственное живое существо, которое использует исключительно стронций – это класс радиолярий (планктон), Акантарии (Acantharea), которые используют сульфат стронция (SrSO4), для строительства скелета.
В человеческом теле 1 атом стронция приходится примерно на 1000 атомов кальция в тех молекулах, где используется последний.
В природе наиболее распространены четыре изотопа стронция: 84, 86,87, 88. У первого 46 нейтронов, у второго 48, у третьего 49 и у четвёртого 50.
Из четырёх изотопов один особенный: это стронций-87. Он является продуктом распада нестабильного изотопа рубидия-87, период полураспада которого составляет несколько миллиардов лет. Поэтому небольшая часть земного стронция не находилась здесь изначально. Она понемногу образовывалась в результате распада рубидия.
Как мы уже выяснили выше, все живые существа, в том числе и люди, имеют в своих костях немного стронция вместо кальция. В очень небольшом количестве. Соотношение каждого из изотопов стронция в наших костях в некоторой степени зависит от географического региона, в котором образовалась эта кость. Мы говорим «в некоторой степени» потому, что в наши дни пища много путешествует, прежде чем используется по назначению. И стронций, который мы потребляем, «спрятанный» в кальции, может быть родом откуда угодно. А вот для анализа миграций человека в глубокой древности он может быть очень даже полезен.