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锶是一种银白色带黄色光泽的碱土金属。是碱土金属(除铍外)中丰度最小的元素。在自然界以化合态存在。可由电解熔融的氯化锶而制得。锶元素广泛存在在土壤、海水中,是一种人体必需的微量元素,具有防止动脉硬化,防止血栓形成的功能。用于制造合金、光电管,以及分析化学试剂、烟火等。质量数90的锶是一种放射性同位素,可作β射线放射源,其核电荷数为38,五层电子层,最外层电子数位为2,易失电子

锶的发现是从一种矿石开始的。大约在1787年间,在欧洲一些展览会上展出从英国苏格兰恩特朗蒂安地方的铅矿中采得的一种矿石。一些化学家认为它是一种萤石。

1790年间英国医生克劳福德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)。

此后不久,大约在1791~1792年间,英国化学家、医生荷普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。并且他指出它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。

这样,在1789年拉瓦锡发表的元素表中就没有来得及把锶土排进去,戴维却赶上了,在1808年利用电解法,从碳酸钾中分离出金属锶,就命名为strontium,元素符号用Sr。 [2]

世界范围内的土壤样本都含有大约300mg/kg 的锶。输入到海洋的锶主要(80%)是由于碳酸盐、硫酸盐的风化。海水含有7mg/L 的锶,相对于天青石沉淀来说,是不饱和的。Sr在盐中的浓度为221μg/g 。世界河水的锶 / 钙比率是5×10-3 ,以河水含锶68.5μg/L 计算,排放到海水中的锶(至少)是22 吨 / 年。天青石组成了浮游生物棘谷虫的骨骼(灰烬中有21.8%的Sr )。有证据表明,动物骨骼中的锶含量比人的高。 [3]

锶在地壳中的丰度为3.7×102% , 最重要的矿物是天青石SrSO4和菱锶矿SrCO3 [4]

锶,银白色金属,属立方晶系。 [5] 是一种银白色有光泽的金属质软,容易传热导电。在空气中加热到熔点时即燃烧,呈红色火焰. [6]

自然界存在锶-84、锶-86、锶-87、锶-88四种稳定同位素。 [5]

化学性质

密度

2.54克/立方厘米 [6]

熔点

769℃ [6]

沸点

1384℃ [6]

原子体积

34.496立方厘米/摩尔 [6]

原子半径

215.1皮米 [6]

锶的化学性质活泼,加热到熔点(769℃)时可以燃烧生成氧化锶(SrO),在加压条件下跟氧气化合生成过氧化锶(SrO2)。

锶跟卤素、硫、硒等容易化合,常温时可以跟氮化合生成氮化锶(Sr3N2),加热时跟氢化合生成氢化锶(SrH2)。跟盐酸、稀硫酸剧烈反应放出氢气。

锶在常温下跟水反应生成氢氧化锶和氢气。锶在空气中会转黄色。由于锶很活泼,应保存在煤油中。

锶是一种活泼的阳性金属,很容易被氧化为稳定的、无色的Sr2+,它的化学性质与Ca或Ba类似。水溶性锶盐有SrX2,这里X=Cl-,Br-,I-,NO2-,NO3-,ClO3-,ClO4-,BrO3-,CN-;和SrSiF6。含有C22-的SrC2和Sr3N2 有显著的离子性。不溶于水的Sr盐有SrF2和那些锶与原子团的化合物如SrSO3,SrSO4,SrMoO4,SrHP4, SrSeO4,和高熔点的硼化锶SrB6 [3]

Pedersen发现的多环醚,所谓的冠状化合物,以及被Lehn等发现并称为“穴状配体” 的重阿扎聚氧化二环化合物也会和Sr2+形成1:1 的化合物.(水溶液中的logK恒定:对于二氰己烷基-18-冠-6,logK=2.6~3.2 ;对于“扁桃体”111,logK=8.0~8.3)。 [3]

锶的分子量为87.62,计算时可取 88。

质量数为90的锶是铀235的裂变产物,半衰期为28.1年。[7]

锶是碱土金属中丰度最小的元素。在自然界主要以化合态存在,主要的矿石有天青石(SrSO4),菱锶矿(SrCO3)。锶元素广泛存在在矿泉水中,是一种人体必需的微量元素,具有防止动脉硬化,防止血栓形成的功能。

不论是在用碳还原SrS然后反应的制造过程中还是在苏打处理过程中,天青石都是制造SrCO3的起始物质,由于碳酸锶可以制造出其它Sr化合物,用于提纯制造陶瓷永磁体的Zn(清除Pb和Cd),用作制造电视荧光屏,它是最重要的Sr化合物。Sr(NO32用于烟火装置,SrO用于铝的冶炼,Sr、SrCl2用于修补牙齿。Sr (OH)2早已用于磨拉石的提纯。 [3]

金属锶用于制造合金、光电管、照明灯。它的化合物用于制信号弹、烟火等。

锶-90可做β射线的放射源,对人体有相当大的危害,半衰期为25年,它在核试验中由铀产生,以粉尘的形态被人体吸入,对人体产生放射性伤害。

锶-87在医学上有一定的应用。把放射性的锶-87m引入患者身体中,待骨骼吸收后,用辐射检测器可测定其在人体骨骼中所处的位置,并确定人体中出现异常的情况。锶-87m半衰期只有2.8小时,会很快从人体中排出,因此,人体所受辐射量很小。

中国锶原子光钟:与现行的铯原子钟比较,中国锶原子光钟具有实现更高准确度的潜力,被公认为下一代时间频率基准。用光钟替代现行的铯原子喷泉钟来重新定义秒,可以显著提高卫星导航系统的定位精度。 [7]

工业上从天青石矿提取锶盐。常用热还原法,用铝还原氧化锶制备金属锶,或电解熔融的氯化锶和氯化钾制备金属锶。 [5]

放射性锶为水溶性物质,吸入人体后,会导致癌症和白血病的发生。 [8]

锶盐工厂工人的胆碱酯酶、乙酰胆碱酯酶活性在职业暴露期间会被明显削弱。

放射性90Sr存在于核爆炸的辐射微尘中。由于锶和钙类似,它是一种强的环境危害。在IPCS-WHO的环境健康标准文献中曾概括了90Sr的人放射性暴露。

英国的Papworth研究了90Sr的吸收和在骨骼中的转变。

澳大利亚的锶暴露工人尿液中的浓度为0.5-5.0pCl/L(正常的是<2 pCl/L)。

美国一项长达18年的对猎犬的90Sr 终生毒性研究观察到毒性和剂量有关。

哺乳动物对Sr的排泄模式随物种不同而不同。对人类来说吸收的锶有90%通过尿液排泄。 钢凹板 等摄入磷(和钙)对90Sr的排泄、停滞的影响。

食物中的藻酸钠会加速老鼠对Sr的排泄。

只有苏联规定了Sr化合物的TLV 。对于Sr(NO32,SrO,Sr(OH)2浮质,建议的极限是1mgSr/m3 。饮用水中允许的忍耐极限是 2mg Sr/L 。

德国没有规定SrCrO4的MAK值,但是建议的技术指导浓度是0.1mgCrO3/m3

没有发现文献中有正常血清锶浓度值。Schroder和Nason 提出在全身的血中有0.17mg的锶。Biswas 等研究了指甲中的锶浓度,一个澳大利亚小组测量了骨骼中的锶浓度(100-120mg Sr/kg)。牙齿表层珐琅的锶浓度为300mg/kg,这是由于饮用水中含有锶(0.02-34mg/L)。 [3]

人体主要通过食物及饮水摄取锶,经消化道吸收后经尿液排出体外。锶在小肠的吸收机制存在主动运输和被动扩散两种吸收方式。锶除了通过胃肠道吸收外,还可通过呼吸道及皮肤进入人体。我国饮用水中锶水平甚微,不少矿泉水中都含有丰富的锶,锶含量在0.20~0.40mg/L时为天然饮用矿泉水。另外,叶菜类中锶水平较高,而畜禽肉蛋类较低。由于饮食习惯不同,可能会造成部分人群锶摄入量不足,可通过改变饮食习惯来达到摄入足够量的锶。5mg/L以下的含锶矿泉水,有益于人体健康,而又不会产生不良的作用。

体内99.0%的锶存在于骨骼中,仅0.7%可以溶解与细胞外液中。骨锶与血锶不断进行交换,使其处于动态平衡之中。体内高锶高钙对机体非常有益;若体内出现高锶低钙,则对机体生理代谢产生不利影响,甚至产生多种病理变化。锶主要通过尿液排出体外,肾排泄锶的速率大于排泄钙的速率,原因在于肾小管对钙的重吸收快于对锶的重吸收。幼儿时期,由于肾小管吸收功能发育尚不健全,导致幼儿对锶的排泄能力弱于成年人。

锶对骨髓间充质干细胞的作用

研究表明,锶可调节MSCs(骨髓间充质干细胞)向成骨细胞分化,并促进骨基质蛋白的合成和沉淀。因此锶对成骨细胞分化和骨生成促进作用。

锶对成骨细胞和破骨细胞的作用

成骨细胞和破骨细胞间协调的相互作用是调节骨重建、维持骨骼的稳定性和完整性的关键。研究发现锶能够用至少两种机制增加前成骨细胞和多功能干细胞增殖。另外,在骨质疏松动物模型中,锶可改善骨代谢,预防骨丢失,提高骨质疏松动物的骨质量。

锶对骨质强度的影响

在骨骼中,锶能取代钙化组织骨骼和牙齿羟基磷灰石晶体中少量的钙,锶元素的适量掺入可提高骨质的机械性能,在硬度方面的提高更明显,这可能是由于少量锶元素的置换,在一定程度上减少了晶格缺陷,使原子间的排列更加紧密,起到一定强化作用,从而改善骨的机械强度。

研究表明,饮用水中锶水平越低,心血管疾病死亡率越高。饮用水中锶在5.0~10.0mg/L时,心血管疾病病死率最低。饮用水及尿液中锶水平与高血压性心脏病呈显著负相关;饮用水中钠/锶比值与中枢神经系统血管损伤、动脉硬化、退行性心脏病、高血压性心脏病呈显著正相关;尿钠/锶比值与全身性动脉硬化呈显著负相关。其作用机制可能是锶在肠内与钠竞争性吸收,从而减少钠的吸收,增加体内钠的排泄。体内钠过多,易引起高血压及心血管疾病,而锶却能减少人体对钠的吸收,故有预防心血管疾病的作用。

人的头发和皮肤中均含有锶,缺锶会导致头发变白,皮肤免疫力下降等问题。每天在皮外适量补充锶有助皮肤再生、修复细胞,促进皮肤新陈代谢,同时会提高皮肤抗氧化能力及免疫能力,帮助皮肤排出毒素。皮肤过敏时也可以用少量锶用于皮外舒敏。


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