元素

38 锶 矿泉水的元素

锶元素广泛存在于矿泉水中,是一种人体必需的微量元素,具有防止动脉硬化,预防骨质疏松患者骨折,防止血栓形成的功能。金属锶可以用于制造合金、光电管以及烟火等。锶的化合物被广泛应用于电子、化工、冶金、军工、轻工、医药和光学等各个领域。

锶的基本物理性质

分类 第ⅡA族▪金属
原子序号原子量 38(87.62)
电子配置 5s2
密度 2540kg / m 
熔点 769°C
升华点 1384°C
形状 银白色金属
丰度 300ppm(地壳)
发现者 Hope T. C.
主要的同位素 84Sr,86Sr, 87Sr, 88Sr, 89Sr, 90Sr
用途例 矿泉水、彩色电视显像管的荧光屏玻璃、信号弹、烟花
前后的元素 铷-锶-钇

锶的发现及其性质

大约在1787年间,在欧洲一些展览会上展出从英国苏格兰阿盖尔郡的苏纳特海岸的一个铅矿中发现一种新矿物(实际为菱锶矿SrCO3),一些化学家认为它是一种萤石。不久之后,1790年, 爱丁堡医生Adair Crawford分析研究了这种矿石,把它溶解在盐酸中,获得一种氯化物,在多方面和氯化钡的性质不同。这种氯化物在水中的溶解度比氯化钡大,在热水中的溶解度又比在冷水中大得多,在溶于水后使温度降低的效应较大。它和氯化钡的结晶形也不同。他认为其中可能存在一种新土(氧化物)(即包含着一种新的元素)。但是一直未有进展。

1793年,爱丁堡大学化学教授Thomas Charles Hope再次研究了这种矿石,明确它是碳酸盐,但是与碳酸钡不同,肯定其中含有一种新土,就从它的产地Strontian命名它为strontia(锶土)。他指出锶土比石灰和重土更易吸收水分,它在水中的溶解度很大,且在热水中的比在冷水中溶解的量大得多。并且他指出这种新元素的化合物在火焰中生成鲜红色,而钡的化合物在火焰中呈现绿色,证明了这是一种新的元素。Martin Heinrich Klaproth在德国也在进行同样的研究,并且成功制取出氧化锶和氢氧化锶。

锶单质直到1808年才被制取,Humphry Davy通过电解氯化锶和氧化汞的混合物电解制得了锶金属,他也用相同的方法也提取出了钠金属和钾金属。这种新元素被命名为Strontium,元素符号用Sr。[1-2]

单质锶                                                    菱锶矿

 

汉弗莱·戴维

汉弗莱·戴维是英国化学家。他开创了农业化学,并且用电解法制备分离了很多元素的单质:1807年制得金属钾,1808年分离出金属钙和硼。他还研究了元素,指出碘是与类似的元素,并制备出碘化钾碘酸钾等许多碘的化合物。戴维也确定氯是单质,而不是“氧化盐酸气”这种化合物:戴维研究氢氯酸时发现其中无氧,从而怀疑拉瓦锡的论点——酸中含氧。1774年瑞典化学家席勒由MnO2和HCl反应制得Cl2,在安托万-洛朗·拉瓦锡观点影响下,因产物溶于水显酸性,所以他认为氯是“氧化盐酸气”。盖·吕萨克气体反应简比定律中发现“氧化盐酸气”没有氧,但他坚信拉瓦锡的观点。1810年,戴维分别用焦炭、金属和“氧化盐酸气”反应,均无含氧的产物生成,于是他宣称:只要没有水,“氧化盐酸”所发生的一切反应都不会产生氧,从而把它定为单质——氯。戴维也证实金刚石和木炭的化学成分相同。

除了基础研究方面的贡献,戴维也是一个发明家,他发明了煤矿安全灯,解决了瓦斯爆炸问题——用金属丝罩罩在矿灯外,金属丝导走热能,矿井中可燃性气体达不到燃点,就不会爆炸。这一发明拯救了很多矿工的生命。煤矿安全灯沿用到20世纪30年代(此后,被电池灯逐渐取代)。[3]

Humphry Davy

 

锶型矿泉水

矿泉水是在地层深部循环形成的,从地下深处自然涌出的或经人工揭露的、未受污染的地下矿水。它通常含有一定量的矿物盐、微量元素或二氧化碳气体,其化学成分、流量、水温等动态在天然波动范围内的相对稳定。

锶型矿泉水是由地下自然涌出的较为洁净的矿泉水,味道有一点咸,矿泉水中锶含量达到0.20mg/L,是锶含量较高的一类矿泉水。有点咸是因为里面的锶含量比较高。

锶对人体的功能主要是与骨骼的形成密切相关,为人体骨骼及牙齿的正常组成部分。它能够促进骨骼发育和类骨质的形成,且对骨头的愈合有显著功效,它的聚集程度可以作为观察骨折愈合情况的判断标准。人体缺乏锶,将会阻碍新陈代谢、产生牙齿和骨骼发育不正常等症状(特别是老年人和正在发育的儿童)。锶与血管的功能及构造也有关系,其作用机制是在肠内与钠竞争吸收部位,从而减少人体对钠的吸收,增加钠的排泄。人体内钠过多容易引起高血压、高血脂、高血糖、心血管疾病,而锶能减少人体对钠的吸收。它对人体主动脉硬化具有软化作用,对高血压、高血脂、高血糖、心血管疾病、动脉硬化等都有一定的预防及医疗保健作用。锶对胎儿的发育和母体的健康有显著效果。女子怀孕期间,微量元素的补充尤其重要,但由于孕妇饮食有很多禁忌,许多微量元素,如锶,锌,锰等都得不到充分的补充,这样可能会导致胎儿发育不良,营甚至造成胎儿畸形。因此,需要多补充锶、偏硅酸等微量元素。锶也与神经及肌肉的兴奋有关,临床上曾用各种化合物治疗荨麻疹和副甲状腺功能不全而引起的抽搐症。而喝含锶型矿泉水(含量≥0.2 mg/l),有益于人体健康,并且不会有不良症状。[4-5]

锶型矿泉水

 

锶的工业用途

锶的最主要的用途是生产彩色电视显像管的荧光屏玻璃,因为碳酸锶吸收X射线的性能较强。使用碳酸锶生产彩色电视机显像管的荧光屏玻璃,具有防射线性能好、质量轻、图象清晰和变形小等优点。碳酸锶还被用作炼钢的脱硫剂,用以去除硫、磷等有害物质。它还被用于提纯锌以及制造磁性材料。[6]

由于锶的高介电常数特质,酸锶被用于电容器制造及电子计算机存储器生产,在半导体和一些光学和压电应用中充当基材的角色。硝酸锶则可用作电子管的发射极。氟化锶也常用于电子工业作为晶体大量生产。

锶化合物也广泛应用于生产烟火及信号弹,它能使焰火产生绚丽的红色。[7]

酸锶则可以作为颜料以及防腐涂料。向油漆中加入铬酸锶,可形成一层防腐层,该防护层可以有效地保护铝,尤其是飞机机壳和船体。锶在陶瓷色釉中,锶釉在取代釉方面表现出不俗的效果。除了烧成范围宽,烧成温度低和可形成光泽釉表面外,还具有良好的耐磨性能。因此锶釉成为一种很好的无铅釉,当它与釉下色剂一起使用时,几乎看不到对色料的
不利影响,但在与铬锡红共用时,釉内必须添加一定的氧化钙,以稳定色调质量。[8]

彩色电视显像管荧光屏玻璃                                      红色的焰火                                              防腐油漆

 

锶的医疗用途

放射性核素89Sr是一种重要的放射性药物的核心成分,它可以用于治疗骨癌,有助于缓解骨痛和提高生活质量。89Sr的治疗作用主要是利用其发射β射线杀死癌细胞来镇痛,使骨转移灶缩小或消失,以缓解病情,延长病人的生命;或者可以改善病人的生活质量,减少临终前的痛苦。89Sr对前列腺癌和乳腺癌的骨转移疗效最佳。[9-10]

药物雷奈酸锶是一种包含雷纳酸的锶盐,用于预防骨质疏松患者骨折的发生,这种药物帮助骨骼吸收更多的钙物质。医学实验证明雷奈酸锶具有双重药理作用:一方面在成骨细胞富集的细胞中,雷奈酸锶能增加胶原蛋白与非胶原蛋白的合成,通过增强前成骨细胞的增殖而促进成骨细胞介导的骨形成。另一方面,能剂量依赖地抑制前破骨细胞的分化,从而抑制破骨细胞介导的骨吸收。这种药物主要预防绝经后的骨质疏松以降低椎骨及髋骨骨折的概率。[11-12]

锶离子具有抵抗过敏的作用,氯化锶被添加在牙膏中以针对敏感牙齿的人群的脱敏需求一般氯化锶在牙膏中的含量在1%左右。[13]

骨损伤                                               抗敏牙膏

 

参考文献

[1]Murray, W. H. (1977). The Companion Guide to the West Highlands of Scotland. London: Collins. ISBN 0-00-211135-7.

[2] http://www.chem.ed.ac.uk/about-us/history/professors/thomas-charles-hope

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Humphry_Davy

[4]https://baike.baidu.com/item/%E9%94%B6%E5%9E%8B%E7%9F%BF%E6%B3%89%E6%B0%B4/9107871?fr=aladdin

[5]Emsley, John (2011). Nature’s building blocks: an A–Z guide to the elements. Oxford University Press. p. 507. ISBN 978-0-19-960563-7.

[6]MacMillan, J. Paul; Park, Jai Won; Gerstenberg, Rolf; Wagner, Heinz; Köhler, Karl and Wallbrecht, Peter (2002) “Strontium and Strontium Compounds” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a25_321

[7]“Chemistry of Firework Colors – How Fireworks Are Colored”. Chemistry.about.com. 10 April 2012. Retrieved 14 April 2012

[8]http://baike.asianmetal.cn/metal/sr/application.shtml.

[9]“FDA ANDA Generic Drug Approvals”Food and Drug Administration.

[10]Bauman, Glenn; Charette, Manya; Reid, Robert; Sathya, Jinka (2005). “Radiopharmaceuticals for the palliation of painful bone metastases – a systematic review”. Radiotherapy and Oncology75 (3): 258.E1–258.E13. doi:10.1016/j.radonc.2005.03.003.

[11]Meunier P. J.; Roux C.; Seeman E.; Ortolani, S.; Badurski, J. E.; Spector, T. D.; Cannata, J.; Balogh, A.; Lemmel, E. M.; Pors-Nielsen, S.; Rizzoli, R.; Genant, H. K.; Reginster, J. Y. (January 2004). “The effects of strontium ranelate on the risk of vertebral fracture in women with postmenopausal osteoporosis”. New England Journal of Medicine350 (5): 459–68. doi:10.1056/NEJMoa022436PMID 14749454.

[12] Reginster JY; Seeman E; De Vernejoul MC; Adami, S.; Compston, J.; Phenekos, C.; Devogelaer, J. P.; Diaz Curiel, M.; Sawicki, A.; Goemaere, S.; Sorensen, O. H.; Felsenberg, D.; Meunier, P. J. (May 2005). “Strontium ranelate reduces the risk of nonvertebral fractures in postmenopausal women with osteoporosis: treatment of peripheral osteoporosis (TROPOS) study”. J Clin Metab. 90 (5): 2816–22. doi:10.1210/jc.2004-1774PMID 15728210

[13]Ghom (1 December 2005). Textbook of Oral Medicine. p. 885. ISBN 978-81-8061-431-6.

 

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