化学元素锶：性质、应用与制备方法

化学元素锶：性质、应用与制备方法

锶（Strontium，Sr）是一种化学元素，属于碱土金属，原子序数为38。它在自然界中以化合物的形式存在，具有多种同位素，其中一些具有放射性。锶在工业和科研领域有着广泛的应用，下面将详细介绍锶的性质、用途和制备方法。

基本属性

• 英文名：Strontium
• 分子式：Sr
• 分子量：87.62
• 熔点：757°C
• 沸点：1384°C
• 密度：2.6 g/mL at 25°C
• 储存条件：2-8°C
• 溶解性：溶于水、酒精
• 形态：随机碎片
• 颜色：白色至淡黄色
• 比重：2.54
• pH值：1（20°C in H2O）
• 火焰颜色：猩红色或深红色
• 电阻率：23 μΩ-cm, 20°C
• 敏感性：对空气和水分敏感
• 暴露限值：
• ACGIH：TWA 2 ppm; STEL 4 ppm
• OSHA：TWA 2 ppm(5 mg/m3)
• NIOSH：IDLH 25 ppm; TWA 2 ppm(5 mg/m3); STEL 4 ppm(10 mg/m3)

发现历史

锶的发现可以追溯到1787年，当时一种有趣的矿物从苏格兰西部高地阿盖尔湖苏纳特湖岸上的一个小村庄被带到爱丁堡。最初，人们认为这是一种钡化合物。直到1790年，爱尔兰化学家阿黛尔·克劳福德（Adair Crawford）发表论文，声称这种矿物包含了一个新的化学元素。1793年，格拉斯哥大学的托马斯·霍普（Thomas Hope）将这种新矿物命名为锶。最终，汉弗莱·戴维（Humphrey Davy）在1808年通过电解熔融氯化锶（SrCl2）和氧化汞的混合物成功分离出金属锶。

来源与同位素

自然界中不存在游离态的锶金属。锶的盐和氧化物在地壳中的含量约为0.025%。锶有29种同位素，其中四种天然稳定同位素分别是Sr-84（0.56%）、Sr-86（9.86%）、Sr-87（7.00%）和Sr-88（82.58%）。放射性同位素Sr-89和Sr-90具有重要的应用价值。

应用领域

锶的主要矿物来源是碳酸锶矿（SrCO3）和天青石（SrSO4）。虽然元素锶本身的应用相对有限，但其化合物在多个领域都有重要用途：

• 真空管吸气剂：锶合金用于制造真空管的吸气剂。
• 彩色显像管：锶被掺入玻璃中，用于制造彩色电视机的显像管。
• 烟火和信号弹：锶化合物用于示踪弹和烟花中，产生红色信号弹。
• 核能应用：放射性同位素Sr-90是航天器和远程气象站的轻型核动力源。

制备方法

锶主要从锶矿（SrCO3）和天青石（SrSO4）中提取。这些矿石用盐酸（HCl）处理后生成氯化锶（SrCl2），然后与氯化钾（KCl）形成共晶混合物以降低SrCl2的熔点。在石墨电极的电解装置中，Sr阳离子在阴极收集形成金属锶，同时Cl-离子在阳极释放电子并以氯气（Cl2）形式释放。

安全性与危害性

锶金属具有较高的化学活性，容易与水反应生成氢氧化锶（Sr(OH)2）并释放氢气，反应过程可能引发燃烧或爆炸。某些锶化合物，如铬酸锶和氟化锶，具有致癌性。放射性同位素Sr-90特别危险，因为它会替代骨骼组织中的钙，导致辐射中毒。

结语

锶作为一种重要的碱土金属，在现代工业和科技领域发挥着独特的作用。了解锶的性质和应用，有助于我们更好地认识这一元素在人类生活中的重要价值。