Estrôncio: história, estrutura, propriedades, reações e usos - Ciência - 2023

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o estrôncio É um metal alcalino-terroso cujo símbolo químico é Mr. Freshly Cut. É branco com um brilho prateado, mas quando exposto ao ar oxida e assume uma cor amarelada. Por este motivo, deve ser protegido do oxigênio durante o armazenamento.

O estrôncio é extraído de suas veias na forma dos minerais celestita ou celestina (SrSO₄) e estroncianita (SrCO₃) No entanto, a celestita é a principal forma de mineração de estrôncio, sendo seus depósitos em solos sedimentares e em associação com enxofre.

Celestita ocorre na forma de cristais rômbicos, geralmente é incolor, vítreo e transparente. Embora o estrôncio seja extraído dessa forma, ele deve ser transformado em seu respectivo carbonato, do qual 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 cidade de Strontion em Argyll, Escócia. O estrôncio foi isolado em 1807 por Humphry Davy, por meio da eletrólise.

O estrôncio é um metal maleável e dúctil e um 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 o cálcio e o bário, constatando-se que algumas de suas propriedades físicas, como densidade, ponto de fusão e dureza, apresentam valores intermediários em relação aos apresentados para cálcio e bário.

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

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

História

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

O químico Thomas Charles Hope chamou o novo mineral de estrontita e a "terra" correspondente (óxido de estrôncio, SrO) o nomeou de estrôncio.

Em 1790, Crawford e Cruickshank queimaram a substância estudada e observaram que a chama era de cor vermelho carmesim, diferente das chamas até então observadas em elementos conhecidos. Eles concluíram que estavam diante de um novo elemento.

Em 1808, Sir William Humphry Davy submeteu uma mistura úmida de hidróxido ou cloreto de estrôncio com óxido de mercúrio à eletrólise, usando um cátodo de mercúrio. Em seguida, o mercúrio no amálgama formado foi evaporado, deixando o estrôncio livre.

Davy chamou o elemento isolado de estrôncio (estrôncio).

Estrutura e configuração eletrônica do estrôncio

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

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

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

[Kr] 5s²

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

Quanto às demais fases metálicas, não há muitas informações bibliográficas, embora seja certo que seus cristais sofrem transformações quando submetidos a altas pressões.

Números de oxidação

O estrôncio, como outros metais, tem alta tendência a perder seus elétrons de valência; Esses são os dois elétrons do orbital 5s. Assim, os átomos Sr tornam-se os cátions Sr divalentes²⁺ (M²⁺, como o resto dos metais alcalino-terrosos), isoeletrônico para o criptônio de gás nobre. Diz-se então 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. Senhor⁺ é raro em compostos derivados do 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 ambiente: 2,64 g / cm³

- Estado líquido (ponto de fusão): 2,375 g / cm³

Solubilidade

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

Calor de fusão

7,43 kJ / mol.

Calor da vaporização

141 kJ / mol.

Capacidade molar térmica

26,4 J / (mol · K).

Eletro-negatividade

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.

Rádio atômico

Empírico 215 pm.

Raio covalente

195 ± 22h.

Expansão térmica

22,5 µm / (m · K) a 25 ° C

Condutividade térmica

35,4 W / (mK).

Resistividade elétrica

132 nΩ · m a 20 ° C

Dureza

1,5 na escala de Mohs.

Potencial de fogo

O estrôncio, quando finamente dividido, queima espontaneamente no ar. Além disso, ele se inflama quando aquecido acima do ponto de fusão e pode apresentar risco de explosão quando exposto ao calor de uma chama.

Armazenamento

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

Nomenclatura

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

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

Formas

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

Também é encontrada formando ligas de alumínio e magnésio, bem como um agregado a uma liga de estanho e chumbo. O estrôncio está na forma iônica (Sr²⁺) dissolvido no solo ou na água do mar, etc.

Portanto, falar de estrôncio é referir-se aos cátions Sr²⁺ (e em menor grau, Sr.⁺).

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

O estrôncio está presente, fundamentalmente, em dois minerais: celestita ou celestina (SrSO₄) e estrontita (SrCO₃) Celestita é a principal fonte de extração de mineração de estrôncio.

O estrôncio tem 4 isótopos naturais, dos quais o mais abundante é o ⁸⁸Senhor Além disso, existem vários isótopos radioativos, produzidos artificialmente em reatores nucleares.

Papel biológico

Não há nenhum papel biológico conhecido para o estrôncio em vertebrados. Devido à sua semelhança com o cálcio, pode substituí-lo nos tecidos ósseos; isto é, Sr.²⁺desloca Ca²⁺. Mas a proporção encontrada no osso entre o estrôncio e o 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 usado no tratamento da osteoporose, pois causa o endurecimento dos ossos; mas em qualquer caso, esta é uma ação terapêutica.

Um dos poucos exemplos de função biológica do estrôncio ocorre na Acantharea, um protozoário radiolariano que possui um esqueleto com presença de estrôncio.

Onde encontrar e produção

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 conteúdo significativo de estrôncio.

Dos dois minerais importantes de estrôncio, apenas a celestita é encontrada em quantidade suficiente em depósitos sedimentares para permitir a criação de instalações para a extração de estrôncio.

O estrationito é mais útil do que o celestito, já que a maior parte do estrôncio é produzida na forma de carbonato de estrôncio; mas quase nenhum depósito foi encontrado que permita a mineração sustentável.

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

Quase toda a mineração é baseada em depósitos de celestita, já que os veios de estrôncio são escassos e não muito lucrativos para a extração de estrôncio deles. Apesar disso, a maior parte do estrôncio é produzida na forma de carbonato de estrôncio.

Método Pidgeon

A celestita é incinerada na presença de carvão para transformar o 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 a precipitação do carbonato de estrôncio.

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

Eletrólise

O estrôncio pode ser obtido na forma de hastes pelo método de eletrólise catódica de contato. Nesse procedimento, uma barra de ferro resfriada, agindo como um cátodo, entra em contato com a superfície de uma mistura fundida de cloreto de potássio e cloreto de estrôncio.

Conforme o estrôncio se solidifica no cátodo (barra de ferro), a barra sobe.

Reações

Com calcogênios 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 se oxida em óxido de estrôncio quando exposto ao ar:

Sr (s) + 1 / 2O₂(g) => SrO (s)

O óxido forma uma camada escura na superfície do metal. Enquanto sua reação com cloro e enxofre são as seguintes:

Sr (s) + Cl₂(g) => SrCl₂(s)

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

O estrôncio reage com o enxofre fundido.

Com o ar

Ele pode se combinar com o oxigênio para formar o peróxido de estrôncio; mas requer alta pressão de oxigênio para sua formação. Ele também pode reagir com nitrogênio para produzir nitreto de estrôncio:

3Sr (s) + N₂(g) => Sr₃N₂(s)

No entanto, a temperatura deve estar acima de 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 tem a violência observada na reação entre os metais alcalinos e a água, como também a observada no caso do bário.

Com ácidos e hidrogênio

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

O estrôncio, como outros elementos pesados no bloco s da tabela periódica, tem uma ampla gama de números de coordenação; tais como 2, 3, 4, 22 e 24, observados em compostos como SrCd₁₁ e SrZn₁₃, por exemplo.

Formulários

- 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 tenacidade e ductilidade.

Além disso, é usado como desoxidante de cobre e bronze.Uma pequena quantidade de estrôncio é adicionada 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 para alumínio ou magnésio, utilizado na fundição de blocos e rodas de motor. O estrôncio melhora o manuseio e a fluidez do metal ao qual está ligado.

Isótopos

Apesar de sua ação prejudicial, o ⁹⁰O Sr é utilizado 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 bóias de navegação.

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

O átomo de estrôncio foi usado para estabelecer um sistema de medição do tempo, que mal se atrasa um segundo a cada 200 milhões de anos. O que o torna o relógio mais preciso.

- Compostos

Carbonato

Ferrites e ímãs

Carbonato de estrôncio (SrCO₃) reage com o óxido férrico (Fe₂OU₃) a uma temperatura entre 1.000 e 1.300 ºC, para formar uma ferrita de estrôncio. Esta família de ferritas tem uma fórmula geral SrFe_xOU₄.

Os ímãs cerâmicos são feitos de ferrita e são usados em várias aplicações. Entre eles: fabricação de alto-falantes, motores para limpador de pára-brisa de automóveis e em brinquedos infantis.

O carbonato de estrôncio também é usado na produção de vidro para telas de televisão e monitores.

Óculos

Além de melhorar a propriedade do vidro para telas de cristal líquido (LCD), também é utilizado na vidraça de louças de mesa, reforçando sua resistência ao risco e à formação de bolhas durante a queima.

É utilizado na produção de vidro utilizável em ótica, vidraria e iluminação. Também faz parte da fibra de vidro e vidros de laboratório e farmacêutico, pois aumenta a dureza e a resistência a arranhões, assim como seu brilho.

Produção de metais e sais

É utilizado para obter zinco de alta pureza, pois contribui para a eliminação das impurezas de chumbo. Ajuda na produção de cromato de estrôncio, composto usado como inibidor de corrosão em tintas de impressão.

Águas residuais e lâmpadas fosforescentes

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

Pirotecnia

O carbonato de estrôncio, como outros sais de estrôncio, é usado em fogos de artifício para dar uma cor vermelha carmesim. Corante que também é usado em testes de estrôncio.

Hidróxido

É utilizado na extração do açúcar da beterraba, já que o hidróxido de estrôncio se combina com o açúcar para produzir um sacarídeo complexo. O complexo pode ser dissociado pela ação do gás carbônico, deixando o açúcar livre. Também é usado na estabilização de plásticos.

Óxido

Está presente no vidro usado na fabricação de um tubo de imagem de televisão, iniciando esta aplicação em 1970. Televisores em cores, assim como outros dispositivos que contêm raios catódicos, são obrigados a usar estrôncio na placa frontal para parar Raios X.

Essas televisões não estão mais em 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 fabricação de fogos de artifício. Além disso, é usado de forma limitada para a remoção de gases indesejáveis em recipientes sujeitos a vácuo.

Ranelate

É utilizado no tratamento da osteoporose, pois aumenta a densidade óssea e reduz a incidência de fraturas. Aplicado topicamente, ele inibe a irritação sensorial. No entanto, seu uso tem diminuído devido às evidências de que aumenta a incidência de doenças cardiovasculares.

Aluminato

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

Referências

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