Номер атома 38 с массой 87,62. В природе встречается в стабильном состоянии в виде 4-х изотопов: 84, 86, 87, 88. Самый распространенный в природе 88. В связи с распадом природного рубидия 87 точное количество стронция с течением времени меняется. Человеком были получены радиоактивные атомы с номерами 80-97.
Причем из урана получен самый часто применяемый изотоп – Стронций 90 . История открытия элемента уходит в далекие 90-е годы восемнадцатого века. Еще в 1787 году стронций был впервые выделен из минерала стронцианита близ деревни Стронциана в Шотландии.
Первые изучения провели ученые-химики Адер Кроуфорд и Мартин Генрих Клапот. В России исследования стронциановой земли проводил Тобиаш Ловиц. Отличительной характеристикой стало горение ярко-красным пламенем.
Описание и свойства стронция
Стронций формула – Sr. Представляет собой полиморфный металл белой окраски с серебристым отливом. В связи с быстрой реакцией в чистом виде с кислородом воздуха приобретает оксидную пленку с желтым оттенком. Стронций металл очень мягкий и легко поддается ковке.
Представлен в трех модификациях: кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка – до 231 °С, гексагональная – от 231 до 623 °С, кубическая объемоцентрированная – при температуре выше 623 °С. Атом стронция имеет строение внешней электронной оболочки 5s2. В реакциях окисляется и принимает форму +2, иногда + 1. Строение атома стронция : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2
Основные физические показатели:
Атомный объем – 34 см 3 /г×атом;
Радиус атома – 2,15 А;
Плотность – 2,63 г/см 3 при 20 °С;
Тпл. = 770 °С;
Ткип. = 1380 °С;
Уд. тепл-сть 0,176 кал/г×град при 20 °С;
Давление пара 10-3 мм ртутного столба при 462 °С, 1 мм ртутного столба 733 °С и 100 мм ртутного столба при 1092 °С;
Поверхностное натяжение 165 дин/см;
Твердость по Бринеллю 13 кГ/мм2;
Химическая характеристика стронция . По реакционной способности стронций близок к своим братьям о группе барию и кальцию. При обычных условиях быстро взаимодействует с кислородом атмосферного воздуха. Образуется оксид стронция SrO и SrO 2 с желтоватым оттенком.
Как и все щелочноземельные металлы реагирует с водой – образуется гидроксид стронция . Очень активно проходит взаимодействие с галогенами — образуются галогениды. Порошкообразная форма металла очень быстро воспламеняется даже при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Особо важными при этом являются йодид и хлорид стронция . При нагревании активно соединяется с углекислым газом, образуется карбонат и гидрокарбонат. В газовой фазе при добавлении водорода образуется гидрид SrH 2 . Наиболее распространены также следующие соединения: карбид – соединения на основе углерода (SrC 2), амид – с аммиаком в газообразном состоянии (Sr(NH 2) 2), сульфид – с серой (SrS), селенид – с селеном (SrSe) и некоторые другие.
Стронций в расплавленном состоянии легко смешивается с такими металлами, как алюминий, железо, барий, и другие. Происходит гомогенезация расплава с получением интерметаллидов. Стронций легко реагирует с разбавленными кислотами. Огромное количество разнообразных солей получается в реакциях с органическими и минеральными кислотами.
Однако проявляя высокую реакционную способность со слабыми кислотами, с концентрированными, напротив, активности не проявляет. Поэтому сульфаты, нитраты, нитриты и другие соли стронция получают в реакции с разбавленными кислотами. Основная масса солей окрашены в белый цвет с различной степенью растворимости в воде (на основе минеральных кислот, как правило, растворяются лучше).
Характеристика стронция как радиоактивного элемента. Радиоактивный изотоп получают в ядерных реакторах в течение β — -распада рубидия 90, после чего стронций проходит стадию β — -распада с получением нуклида иттрия 90. Период полураспада стронция равен 28,79 лет.
Месторождения и добыча стронция
Стронций широко распространен в природе. Элемент в виде руд залегает в земной коре. В мировом океане находится более 24% общего запаса элемента. Природные запасы существует только в связанном состоянии и представляют собой минералы, общее количество которых насчитывает не менее 40. В земле стран СНГ, Западной Европы, Северной Америке, преимущественно в Канаде, найдены самые большие залежи руды: стронцианита — стронция карбонат и — стронция сульфат .
Промышленные способы получения металла основаны на обработке минеральных руд различными соединениями. После чего осуществляют термическое разложение соединений, либо электролитическое воздействие. Однако в результате подобных реакций образуется порошкообразная форма металла, которая очень легко воспламеняется, либо выход элемента очень низок и получают с примесями. Поэтому в настоящее время вышеописанные методы не используются.
Наиболее популярным остается восстановление оксида стронция с добавлением металлического алюминия и кремневого песка. Реакция проходит в вакуумной трубке, выполненной из стали при очень высоких температурах выше 1 000 °С. Очистку элемента осуществляют перегонкой также под вакуумом. Для атомной энергетики чрезвычайно важно получение радиоактивных изотопов.
Их получают в реакторах в течение полураспада Урана 235. Изотоп Sr 89 (полураспад стронция 50,5 суток) образуется после распада с выделением огромного количества энергии из стабильного изотопа. Стронций является незаменимой частью животного и растительного мира. Многие организмы накапливают элемент в себе совместно с кальцием и фосфором.
Применение стронция
В виде металла используют в качестве легирующего агента. Добавляет ковкость и пластичность. В смеси с барием и кальцием взрывоопасен. Является частью термитных смесей.
Использование соединений стронция:
SrO — часть оксидных катодов, пиротехнических смесей.
SrCO 3 — получают специальные покрытия – химическистабильные и термическистойкие глазури.
Sr(NO 3) 2 – компонент пиротехнических веществ для сигнальных ракет.
SrSO 4 – наполнитель для красок и резины.
SrCrO 4 — компонент лаков и грунтовок в авиастроении.
SrTiO 3 – материал производства диэлектрических антенн, проводников и датчиков.
SrF 2 — используют при производстве специализированных .
SrCl 2 – компонент пиротехнических составов, косметических средств и медицинских препаратов.
SrS используют в производстве добавок при изготовлении кожи.
90 Стронций 137 цезий используют как компонент радиоактивного топлива.
Самое полезное вещество на основе органических соединений — стронция ранелат — стимулятор роста костной ткани. Данным препаратом проводят лечение остеопороза.
Цена стронция
Металлический стронций чаще всего продают в виде соединений. Цены на соединения стронция варьируется в широких пределах: Нитрат – 3,8 USD, Хлорид – 500-800 рублей, Ранелат в виде препаратов от 1500 до 2500 рублей.
Стронций (Sr) - химический элемент, щелочноземельный металл 2-й группы периодической таблицы. Используется в красных сигнальных огнях и люминофорах, представляет основную угрозу здоровью при радиоактивном заражении.
История открытия
Минерал из свинцового рудника близ деревни Стронтиан в Шотландии. Первоначально он был распознан, как разновидность карбоната бария, но Адэр Кроуфорд и Уильям Крюйкшэнк в 1789 году предположили, что это другое вещество. Химик Томас Чарльз Хоуп назвал новый минерал стронтитом по имени деревни, а соответствующий оксид стронция SrO - стронцией. Металл был выделен в 1808 г. сэром Хэмфри Дэви, который подверг электролизу смесь влажного гидроксида или хлорида с оксидом ртути, используя ртутный катод, а затем из полученной амальгамы испарил ртуть. Новый элемент он назвал, воспользовавшись корнем слова «стронция».
Нахождение в природе
Относительная распространенность стронция, тридцать восьмого элемента таблицы Менделеева, в космосе оценивается, как 18,9 атомов на каждые 10 6 атомов кремния. Он составляет около 0,04% массы земной коры. Средняя концентрация элемента в морской воде равна 8 мг/л.
Химический элемент стронций широко встречается в природе, и, по оценкам специалистов, является 15-м наиболее распространенным веществом на Земле, достигая концентрации 360 частей на миллион. Учитывая его экстремальную реактивность, существует только в форме соединений. Его главными минералами являются целестин (сульфат SrSO 4) и стронцианит (карбонат SrCO 3). Из них в достаточных для рентабельной добычи количествах встречается целестит, более 2/3 мирового предложения которого поступает из Китая, а Испания и Мексика поставляют большую часть остатка. Однако выгоднее добывать стронцианит, потому что стронций чаще используется в карбонатной форме, но известных его месторождений относительно мало.
Свойства
Стронций является мягким металлом, подобным свинцу, который в месте разреза блестит как серебро. На воздухе он быстро вступает в реакцию с кислородом и присутствующей в атмосфере влагой, приобретая желтоватый оттенок. Поэтому хранить его нужно в изоляции от воздушных масс. Чаще всего его хранят в керосине. В свободном состоянии в природе не встречается. Сопутствуя кальцию, стронций входит в состав только 2 основных руд: целестина (SrSO 4) и стронцианита (SrCO 3).
В ряду химических элементов магний-кальций-стронций (щелочноземельных металлов) Sr находится в группе 2 (бывшей 2А) периодической таблицы между Ca и Ba. Кроме того, он расположен в 5-м периоде между рубидием и иттрием. Поскольку атомный радиус стронция аналогичен радиусу кальция, он легко заменяет последний в минералах. Но он мягче и более реактивный в воде. При контакте с ней образует гидроксид и газообразный водород. Известны 3 аллотропа стронция с точками перехода 235°C и 540°C.
Щелочноземельный металл обычно не реагирует с азотом ниже 380°С и при комнатной температуре образует только оксид. Однако в виде порошка стронций самопроизвольно воспламеняется с образованием оксида и нитрида.
Химические и физические свойства
Характеристика химического элемента стронция по плану:
- Название, символ, атомный номер: стронций, Sr, 38.
- Группа, период, блок: 2, 5, s.
- Атомная масса: 87,62 г/моль.
- Электронная конфигурация: 5s 2 .
- Распределение электронов по оболочкам: 2, 8, 18, 8, 2.
- Плотность: 2,64 г/см 3 .
- Температуры плавления и кипения: 777 °C, 1382°C.
- Степень окисления: 2.
Изотопы
Естественный стронций представляет собой смесь 4-х стабильных изотопов: 88 Sr (82,6%), 86 Sr (9,9%), 87 Sr (7,0%) и 84 Sr (0,56%). Из них только 87 Sr является радиогенным - он образуется при распаде радиоактивного изотопа рубидия 87 Rb с периодом полураспада 4,88 × 10 10 лет. Считается, что 87 Sr продуцировался во время «первичного нуклеосинтеза» (ранней стадии Большого взрыва) наряду с изотопами 84 Sr, 86 Sr и 88 Sr. В зависимости от местоположения, соотношение 87 Sr и 86 Sr могут отличаться более чем в 5 раз. Это используется в датировании геологических проб и в определении происхождения скелетов и глиняных артефактов.
В результате ядерных реакций были получены около 16 синтетических радиоактивных изотопов стронция, из которых наиболее долговечным является 90 Sr (период полураспада 28,9 года). Этот изотоп, образующийся при ядерном взрыве, считается наиболее опасным продуктом распада. Из-за его химического сходства с кальцием он усваивается в костях и зубах, где продолжает выталкивать электроны, вызывая радиационное поражение, повреждая костный мозг, нарушая процесс образования новых клеток крови и вызывая рак.
Однако в контролируемых медиками условиях стронций используется для лечения некоторых поверхностных злокачественных новообразований и рака костной ткани. Он также применяется в форме фторида стронция в и в радиоизотопных термоэлектрических генераторах, в которых тепло его радиоактивного распада преобразуется в электричество, служащих долгоживущими, легкими источниками энергии в навигационных буях, удаленных метеостанциях и космических аппаратах.
89 Sr используется для лечения рака, поскольку атакует костные ткани, производит бета-облучение и через несколько месяцев распадается (период полураспада 51 день).
Химический элемент стронций не является необходимым для высших форм жизни, его соли обычно нетоксичны. То, что делает 90 Sr опасным, используется для увеличения плотности костей и их роста.
Соединения
Свойства химического элемента стронция очень похожи на В соединениях Sr имеет исключительное состояние окисления +2 в виде иона Sr 2+ . Металл является активным восстановителем и легко реагирует с галогенами, кислородом и серой с получением галогенидов, окиси и сульфида.
Соединения стронция имеют довольно ограниченную коммерческую ценность, поскольку соответствующие соединения кальция и бария, как правило, выполняют то же, но более дешевы. Однако некоторые из них нашли применение в промышленности. Пока еще не придумали, с помощью каких веществ добиться малинового цвета в фейерверках и сигнальных огнях. В настоящее время с целью получения этого цвета используются лишь соли стронция, такие как нитрат Sr(NO 3) 2 и хлорат Sr(ClO 3) 2 . Около 5-10% всего производства данного химического элемента потребляет пиротехника. Гидроксид стронция Sr(OH) 2 иногда используется для извлечения сахара из мелассы, потому что он образует растворимый сахарид, из которого сахар может быть легко регенерирован под действием двуокиси углерода. Моносульфид SrS применяется как депилятор и ингредиент в люминофорах электролюминесцентных устройств и светящихся красок.
Ферриты стронция образуют семейство соединений с общей формулой SrFe х O у, получаемых в результате высокотемпературной (1000-1300 °C) реакции SrCO 3 и Fe 2 O 3 . Из них изготавливают керамические магниты, которые находят широкое применение в динамиках, двигателях автомобильных стеклоочистителей и детских игрушках.
Производство
Большая часть минерализованного целестина SrSO 4 превращается в карбонат двумя способами: либо целестин непосредственно выщелачивается раствором карбоната натрия, либо нагревается с углем, образуя сульфид. На второй стадии получается вещество темного цвета, содержащее, в основном, сульфид стронция. Эта «черная зола» растворяется в воде и фильтруется. Карбонат стронция осаждается из раствора сульфида путем введения диоксида углерода. Сульфат восстанавливается до сульфида путем карботермического восстановления SrSO 4 + 2C → SrS + 2CO 2 . Элемент может быть получен методом катодного электрохимического контакта, в котором охлажденный железный стержень, действующий как катод, касается поверхности смеси хлоридов калия и стронция, и поднимается, когда стронций затвердевает на нем. Реакции на электродах могут быть представлены следующим образом: Sr 2+ + 2e - → Sr (катод); 2Cl - → Cl 2 + 2e - (анод).
Металлический Sr также можно восстановить из его оксида алюминием. Он ковкий и пластичный, хороший проводник электричества, но используется относительно мало. Одно из его применений - легирующий агент для алюминия или магния при литье блоков цилиндров. Стронций улучшает обрабатываемость и устойчивость к ползучести металла. Альтернативным способом получения стронция является восстановление его оксида с алюминием в вакууме при температуре перегонки.
Коммерческое применение
Химический элемент стронций широко используется в стекле электронно-лучевых трубок цветных телевизоров для предотвращения проникновения рентгеновского излучения. Также он может входить в состав аэрозольных красок. Это, по-видимому, является одним из наиболее вероятных источников воздействия стронция на население. Кроме того, элемент используется для производства ферритовых магнитов и очистки цинка.
Соли стронция применяются в пиротехнике, поскольку при сгорании окрашивают пламя в красный свет. А сплав солей стронция с магнием применяется в составе зажигательных и сигнальных смесей.
Титанат обладает чрезвычайно высоким показателем преломления и оптической дисперсией, что делает его полезным в оптике. Он может использоваться, как замена бриллиантов, но редко используется с этой целью из-за крайней мягкости и уязвимости к царапинам.
Алюминат стронция является ярким люминофором с длительной устойчивостью фосфоресценции. Оксид иногда применяется для улучшения качества керамических глазурей. Изотоп 90 Sr является одним из лучших долгоживущих высокоэнергетических бета-излучателей. Он используется в качестве источника питания для радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ), преобразующих в электричество тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов. Эти устройства применяются в космических аппаратах, удаленных метеостанциях, навигационных буях и т. д. - там, где требуется легкий и долгоживущий ядерно-электрический источник энергии.
Медицинское использование стронция: лечение препаратами
Изотоп 89 Sr является активным ингредиентом радиоактивного препарата Metastron, применяемого для лечения болей в костях, вызванных метастатическим раком предстательной железы. Химический элемент стронций действует, как кальций, преимущественно включается в кость в местах с повышенным остеогенезом. Эта локализация фокусирует радиационное воздействие на раковое поражение.
Радиоизотоп 90 Sr также используется в терапии рака. Его бета-излучение и длительный идеально подходят для поверхностной лучевой терапии.
Экспериментальный препарат, полученный путем объединения стронция с ранелиновой кислотой, способствует росту кости, увеличению плотности костной ткани и уменьшению переломов. Stronium ranelate зарегистрирован в Европе, как средство лечения остеопороза.
Хлорид стронция иногда используется в зубных пастах для чувствительных зубов. Его содержание достигает 10%.
Меры предосторожности
У чистого стронция высокая химическая активность, а в измельченном состоянии металл спонтанно загорается. Поэтому этот химический элемент считается пожароопасным.
Воздействие на организм человека
Человеческое тело поглощает стронций так же, как кальций. Эти два элемента химически настолько похожи, что устойчивые формы Sr не представляют значительную угрозу для здоровья. В отличии от этого, радиоактивный изотоп 90 Sr может привести к различным костным нарушениям и заболеваниям, в том числе к раку костной ткани. Для измерения излучения поглощенного 90 Sr используется стронциевая единица.
Стронций - элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium ). Простое вещество стронций - мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.
Атомный номер - 38
Атомная масса - 87,62
Плотность, кг/м³ - 2600
Температура плавления, °С - 768
Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,737
Электроотрицательность - 1,0
Ковалентный радиус, Å - 1,91
1-й ионизац. потенциал, эв - 5,69
История открытия стронцияВ 1764 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден минерал, который назвали стронцианитом. Долгое время его считали разновидностью флюорита CaF 2 или витерита ВаCO 3 , но в 1790 г. английские минералоги Кроуфорд и Крюикшенк проанализировали этот минерал и установили, что в нем содержится новая «земля», а говоря нынешним языком, окисел.
Независимо от них тот же минерал изучал другой английский химик – Хоп. Придя к таким же результатам, он объявил, что в стронцианите есть новый элемент – металл стронций.
Видимо, открытие уже «витало в воздухе», потому что почти одновременно сообщил об обнаружении новой «земли» и видный немецкий химик Клапрот.
В те же годы на следы «стронциановой земли» натолкнулся и известный русский химик – академик Товий Егорович Ловиц. Его издавна интересовал минерал, известный под названием тяжелого шпата. В этом минерале (его состав BaSО 4) Карл Шееле открыл в 1774 г. окись нового элемента бария. Не знаем, отчего Ловиц был неравнодушен именно к тяжелому шпату; известно только, что ученый, открывший адсорбционные свойства угля и сделавший еще много в области общей и органической химии, коллекционировал образцы этого минерала. Но Ловиц не был просто собирателем, вскоре он начал систематически исследовать тяжелый шпат и в 1792 г. пришел к выводу, что в этом минерале содержится неизвестная примесь. Он сумел извлечь из своей коллекции довольно много – больше 100 г новой «земли» и продолжал исследовать ее свойства. Результаты исследования были опубликованы в 1795 г.
Так почти одновременно несколько исследователей в разных странах вплотную подошли к открытию стронция. Но в элементарном виде его выделили лишь в 1808 г.
Выдающийся ученый своего времени Хэмфри Дэви понимал уже, что элемент стронциановой земли должен быть, по-видимому, щелочноземельным металлом, и получил его электролизом, т.е. тем же способом, что и кальций, магний, барий. А если говорить конкретнее, то первый в мире металлический стронций был получен при электролизе его увлажненной гидроокиси. Выделявшийся на катоде стронций мгновенно соединялся с ртутью, образуя амальгаму. Разложив амальгаму нагреванием, Дэви выделил чистый металл.
Присутствие стронция в природеСтронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%). По массе, в геохимических процессах он является спутником кальция. В магматических породах Стронций находится преимущественно в рассеянном виде и входит в виде изоморфной примеси в кристаллическую решетку кальциевых, калиевых и бариевых минералов. В биосфере Стронций накапливается в карбонатных породах и особенно в осадках соленых озер и лагун.
Стронций - составная часть микроорганизмов, растений и животных. У морских радиолярий (акантарий) скелет состоит из сульфата Стронция - целестина. Морские водоросли содержат 26-140 мг Стронция на 100 г сухого вещества, наземные растения - 2,6, морские животные - 2-50, наземные животные - 1,4, бактерии - 0,27-30. Накопление Стронция различными организмами зависит не только от их вида, особенностей, но и от соотношения в среде Стронция с другими элементами, главным образом с Ca и P, а также от адаптации организмов к определенной геохимической среде.
В природе стронций встречается в виде смеси 4 стабильных изотопов 84 Sr (0,56 %), 86 Sr (9,86 %), 87 Sr (7,02 %), 88 Sr (82,56 %). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 80 до 97, в т.ч. 90 Sr (T ½ = 27,7 года), образующийся при делении урана.
Получение стронция
Существуют 3 способа получения металлического стронция:
- термическое разложение некоторых соединений
- электролиза расплава, содержащего 85% SrCl 2 и 15% KCl, однако при этом процессе выход по току невелик, а металл оказывается загрязненным солями, нитридом и оксидом. В промышленности электролизом с жидким катодом получают сплавы Стронция, например, с оловом.
- восстановление оксида или хлорида
Основным сырьем для получения соединений Стронция служат концентраты от обогащения целестина и стронцианита. Металлический Стронций получают восстановлением оксида Стронция алюминием при 1100-1150 °C:
4SrO+ 2Al = 3Sr+ SrO·Al 2 O 3 .
Процесс ведут в электровакуумных аппаратах [при 1 н/м 2 (10 -2 мм рт. ст.)] периодического действия. Пары Стронция конденсируются на охлажденной поверхности вставленного в аппарат конденсатора; по окончании восстановления аппарат заполняют аргоном и расплавляют конденсат, который стекает в изложницу.
Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl 2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.
Физические свойства стронцияПри комнатной температуре решетка Стронция кубическая гранецентрированная (α-Sr) с периодом а = 6,0848Å; при температуре выше 248 °С превращается в гексагональную модификацию (β-Sr) с периодами решетки а = 4,32Å и с = 7,06 Å; при 614 °C переходит в кубическую объемно-центрированную модификацию (γ-Sr) с периодом а = 4,85Å. Атомный радиус 2,15Å, ионный радиус Sr 2+ 1,20Å. Плотность α-формы 2,63 г/см 3 (20 °C); t пл 770 °С, t кип 1383 °C; удельная теплоемкость 737,4 кдж/(кг·К) ; удельное электросопротивление 22,76·10 -6 ом·см -1 . Стронций парамагнитен, атомная магнитная восприимчивость при комнатной температуре 91,2·10 -6 . Стронций - мягкий пластичный металл, легко режется ножом.
Полиморфен - известны три его модификации. До 215 о С устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605 о С - гексагональная (β-Sr), выше 605 о С - кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).
Температура плавления - 768 о С, Температура кипения - 1390 о С.
Химические свойства стронцияСтронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.
В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен −2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид:
Sr + 2H 2 O = Sr(OH) 2 + H 2
Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H 2 SO 4 , HNO 3) реагирует слабо.
Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.
Энергично реагирует с неметаллами - серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 о С), азотом (выше 400 о С). Практически не реагирует с щелочами.
При высоких температурах реагирует с CO 2 , образуя карбид:
5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO
Легкорастворимы соли стронция с анионами Cl - , I - , NO 3 - . Соли с анионами F - , SO 4 2- , CO 3 2- , PO 4 3- малорастворимы.
Применение стронцияОсновные области применения стронция и его химических соединений - это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.
Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.
Стронций чистотой 99,99-99,999 % применяется для восстановления урана.
Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.
Еще задолго до открытия стронция его нерасшифрованные соединения применяли в пиротехнике для получения красных огней. До середины 40-х годов 20го века стронций был, прежде всего, металлом фейерверков, потех и салютов. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.
Радиоактивный 90 Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титаната стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение около 0,54 Вт/см³).
Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронций-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и в частности разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.
Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.
Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.
Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.
Металл применяют в глазурях и эмалях для покрытия посуды. Стронциевые глазури не только безвредны, но и доступны (карбонат стронция SrCO 3 в 3,5 раза дешевле свинцового сурика). Все положительные качества свинцовых глазурей свойственны и им. Более того, изделия, покрытые такими глазурями, приобретают дополнительную твердость, термостойкость, химическую стойкость.
Стронций – активный металл. Это препятствует его широкому применению в технике. Но, с другой стороны, высокая химическая активность стронция позволяет использовать его в определенных областях народного хозяйства. В частности, его применяют при выплавке меди и бронз – стронций связывает серу, фосфор, углерод и повышает текучесть шлака. Таким образом, стронций способствует очистке металла от многочисленных примесей. Кроме того, добавка стронция повышает твердость меди, почти не снижая ее электропроводности. В электровакуумные трубки стронций вводят, чтобы поглотить остатки кислорода и азота, сделать вакуум более глубоким.
Влияние стронция на организм человекаСоли и соединения стронция малотоксичны; при работе с ними следует руководствоваться правилами техники безопасности с солями щелочных и щелочноземельных металлов.
Не следует путать действие на организм человека природного (нерадиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция. Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28.9 лет. 90 Sr претерпевает β-распад, переходя в радиоактивный 90 Y (период полураспада 64 ч.) Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет. 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.
Радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека:
1. Откладывается в скелете (костях), поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.
2. Вызывает лейкемию и злокачественные опухоли (рак) костей, а также поражение печени и мозга.
Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырехлетнего возраста, когда идет активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы. Пути попадания:
- вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ - 8 мг/л, а в США - 4 мг/л )
- пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)
- интратрахеальное поступление
- через кожу (накожное)
- ингаляционное (через воздух)
- из растений или через животных стронций-90 может непосредственно перейти в организм человека.
Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина Д, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких как барий, молибден, селен и др.). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» - поражение и деформация суставов, задержка роста и другие нарушения.
Стронций-90.
Попадая в окружающую среду, 90 Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90 Sr принято рассчитывать отношение 90 Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90 Sr на 1 г Ca). При передвижении 90 Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация Стронций, для количественного выражения которой находят "коэффициент дискриминации", отношение 90 Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90 Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.
В растения 90 Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни. Относительно больше накапливают 90 Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в т. ч. зерновые, и лен. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90 Sr, чем в других органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90 Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90 Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90 Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и других. Большую опасность 90 Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.
Для человека период его полувыведения стронция-90 - 90-154 суток.
Заключение в 1963 году в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90 Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.
После аварии на чернобыльской АЭС вся территория со значительным загрязнением стронцием-90 оказалась в пределах 30- километровой зоны. Большое количество стронция-90 попало в водоемы, но в речной воде его концентрация нигде не превышала предельно допустимой для питьевой воды (кроме р. Припять в начале мая 1986 г. в ее нижнем течении).
Во время аварии на Чернобыльской АЭС во внешнюю среду его попало сравнительно немного - суммарный выброс оценивается в 0,22 МКи. Исторически сложилось так, что в радиационной гигиене уделяется много внимания этому радионуклиду. Причин тому несколько. Во-первых - на стронций-90 приходится значительная часть активности в смеси продуктов ядерного взрыва: 35% суммарной активности сразу после взрыва и 25% через 15-20 лет, во-вторых - ядерные аварии на ПО «Маяк» на Южном Урале в 1957 и 1967 годах, когда в окружающую среду было выброшено значительное количество стронция-90.
Одной из главных задач машиностроения является коренная реконструкция и опережающий рост таких отраслей, как станкостроение, приборостроение, электротехническая и электронная промышленность, производство вычислительной техники, что позволит России набрать темпы для приближения к мировому уровню экономики.
Отечественному машиностроению присущ целый ряд проблем , которые можно сгруппировать в зависимости от их характера.
1. Проблемы, связанные с развитием машиностроительного комплекса:
- низкие темпы роста ведущих отраслей, а в некоторых случаях и спад производства;
- нарушение технологических связей;
- простои многих предприятий;
- низкие темпы обновления оборудования и выпускаемой продукции (например, 60% металлообрабатывающих станков имеет возраст более 10 лет).
2. Необходимость структурной перестройки:
- основная часть продукции российского машиностроения имела оборонное значение в течение длительного времени, в связи с чем возникла необходимость обоснованного перепрофилирования отраслей;
- необходимость сокращения диспропорций в темпах роста отдельных отраслей;
- необходимость опережающего роста таких отраслей, как станкостроение, приборостроение, электротехническая и электронная промышленность.
3. Проблемы повышения качества производимых машин:
- несоответствие подавляющей части отечественного оборудования и машин мировым стандартам;
- низкая надежность производимых машин (из-за плохого качества комплектующих деталей в первый же год эксплуатации из строя выходит от 20 до 30% изделий машиностроения).
Среди основных направлений развития машиностроительного комплекса в условиях перехода к рыночными отношениям можно выделить:
- приоритетное развитие наукоемких отраслей, машиностроительного оборудования, автомобилестроения;
- демонополизация (на сегодняшний день доля монопольного производства в России составляет 80%);
- наращивание на территории России многих машиностроительных производств (точных станков, нефтяного оборудования, микроавтобусов);
- налаживание новых технологических связей со странами ближнего и дальнего зарубежья;
- оживление инвестиционной активности, государственная поддержка предприятий, ориентированная на производство продукции высоких технологий.
Факторы развития машиностроения
Для обеспечения своего лидерства машиностроению необходимы определенные условия. Одно из них можно изобразить соотношением: «1:2:4». Оно означает, что если темпы развития хозяйства страны принять за единицу, то машиностроение должно развиваться в 2 раза быстрее, а важнейшие его отрасли (электроника, приборостроение и другие) — в 4 раза быстрее. В России это соотношение было примерно таково — «1:0,98:1».
Машиностроительная промышленность отличается широким развитием межотраслевых и внутриотраслевых связей, основанных в значительной мере на производственном кооперировании.
На долю машиностроения приходится более 1/3 объемов производства товарной продукции промышленности России, около 2/5 — мышленно-производственного персонала и почти 1/4 основных промышленных производственных фондов.
Ассортимент выпускаемой продукции российского машиностроения отличается большим разнообразием, что обусловливает глубокую дифференциацию его отраслей и существенно влияет на размещение производства отдельных видов продукции.
В России машиностроение принадлежит к числу наиболее распространенных в территориальном отношении отраслей промышленности. Однако в одних районах оно имеет профилирующее значение, а в других его функции ограничены главным образом удовлетворением внутренних потребностей.
По характеру технологического процесса многие отрасли машиностроения тяготеют к районам высокой технической культуры. В то же время эти районы обычно являются довольно емкими потребителями готовой продукции.
Совпадение источников сырья с местами потребления готовой продукции представляет собой оптимальный вариант размещения машиностроительных предприятий. В этом случае значительно сокращаются транспортные расходы по перевозке металла, машин и оборудования, возникают условия для установления связей между машиностроением и черной металлургией. Машиностроительные заводы освобождаются от некоторых операций, в большей мере свойственных металлургии, а металлургические заводы получают возможность использовать отходы машиностроения и специализироваться в соответствии с его потребностями.
При территориальной разобщенности сырьевых баз и основных потребителей машин и оборудования районы потребления имеют преимущества. Дело в том, что в машиностроении расход сырья на 1 т готовой продукции составляет в среднем 1,3- 1,5 т, между тем как затраты на транспортировку любой машины намного выше, чем затраты на транспортировку металла, который был использован для ее производства. Поэтому даже металлоемкие производства, дающие малотранспортабельную продукцию, часто тяготеют к районам потребления.
Анализ проведенных научных исследований по проблемам размещения отдельных отраслей машиностроения показан, что в решении вопросов их территориальной организации еще нет единства ни в постановке проблемы, ни в методах расчета и оценки эффективности, что усложняет поиск рационального варианта размещения машиностроения в целом.
Экономическая наука располагает многими приемами расчета сравнительной эффективности вариантов размещения. Основными из них являются:
- расчет по предприятию-аналогу (размещаемое предприятие берется в качестве аналога для всех экономических районов; по этому методу проводят расчеты затрат, связанных с размещением предприятия-аналога для каждого экономического района);
- расчет по условному представителю (в качестве условного представителя выбирают тип изделия, производство которого преобладает в отрасли);
- расчет по фактическим технико-экономическим показателям производства (при данном методе расчеты ведутся по конкретным производствам, а при оценке эффективности их размещения получают более достоверные результаты);
- определение на основе оптимизационных расчетов (этот метод с применением математического моделирования позволяет одновременно решать многие проблемы территориальной организации производства).
Среди факторов, влияющих на размещение машиностроения, значительная роль принадлежит специализации и кооперированию производства.
Специализация дает большие возможности для использования высокоэффективного производственного оборудования, а также средств автоматизации производственных процессов. Специализация может быть следующих типов:
- детальная или подетальная, которая подразумевает выпуск отдельных частей или деталей готового продукта;
- предметная, т.е. отвечающая за выпуск определенных конечных видов продукции;
- технологическая — производство полуфабрикатов (литье, различные виды заготовок) или осуществление отдельной операции и технологического процесса.
Специализация тесно связана с кооперированием , которое предполагает участие в процессе производства готового продукта нескольких предприятий.
Машиностроение отличается от других отраслей промышленности рядом особенностей, которые влияют на его географию.
Наукоемкость. Производство наиболее прогрессивной и сложной техники концентрируется в районах и центрах, обладающих высокоразвитой научной базой: крупными НИИ, конструкторскими бюро, опытными заводами в Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске. Ориентация на научный потенциал — ведущий фактор размещения машиностроительных предприятий.
Трудоемкость — это большие затраты и высокая квалификация используемого труда. Производство машин требует очень больших затрат рабочего времени. Поэтому многие отрасли машиностроения тяготеют к районам с высокой концентрацией населения. Для разработки новых образцов техники необходимы не просто людские ресурсы, а высококвалифицированные рабочие и инженерно-технические кадры. Высокая трудоемкость присуща станкостроению (Москва), авиационной промышленности (Казань, Самара), производству приборов и электронной техники (Ульяновск, Новосибирск).
Металлоемкость. Машиностроительный комплекс потребляет значительную часть черных и цветных металлов. В этой связи машиностроительные заводы, выпускающие металлоемкую продукцию (металлургическое, энергетическое, горно-шахтное оборудование), ориентируются на металлургические базы. Крупные заводы тяжелого машиностроения расположены на Урале (Екатеринбург).
Многие отрасли машиностроения развиваются в районах с благоприятным для организации кооперирования экономико-географическим положением. Например, автомобилестроение — в Центре и Поволжье. Поскольку перевозка машин обычно осуществляется на большие расстояния и в разных направлениях, машиностроительные заводы размешаются на крупных транспортных магистралях.
Некоторые машиностроительные предприятия ориентируются на потребителей их продукции, поскольку их продукцию сложно транспортировать из-за большого веса и крупных размеров. Выгоднее их производить прямо в районах потребления. Например, тракторы для перевозки леса производятся в Карелии (Петрозаводск), комбайны для уборки зерновых — на Северном Кавказе (Ростов-на-Дону, Таганрог).
В зависимости от особенностей взаимодействия таких факторов, как материалоемкость, трудоемкость и энергоемкость, выделяют тяжелое машиностроение, общее машиностроение и среднее машиностроение.
В промышленно развитых странах, где кризисы и спады производства повторяются периодически, изменения текущей конъюнктуры меньше всего затрагивают выпуск новейшей высокотехнологичной продукции, что создает определенные импульсы для выхода из кризисных ситуаций. Машиностроению России в последнее время присуща диаметрально противоположная тенденция - опережающее снижение производства наиболее прогрессивной техники. В результате можно полностью утратить накопленный за предшествующие годы технологический потенциал, хотя и недостаточно качественный, но все же имеющий принципиальное значение для дальнейшего функционирования экономики.
Распад единого машиностроительного комплекса СССР на отдельные республиканские блоки резко обострил проблемы машиностроения России, так как одновременно распались внешнеэкономические связи в области торговли машинами и оборудованием, которые отлаживались десятилетиями и благодаря чему сложился определенный баланс в насыщении отраслей народного хозяйства России современной техникой.
Структура конечной продукции отечественного машиностроения на рубеже последних десятилетий отличалась “утяжеленностью”, и высокой степенью милитаризации. Доля военной техники оставалась непомерно высокой при резком отставании выпуска потребительских товаров и особенно оборудования для непроизводственной сферы. В первой половине 80-х годов рост производства продукции инвестиционного машиностроения полностью прекратился, а во второй половине начался спад, перешедший в начале 90-х в обвальное падение.
Уменьшение спроса в отраслях-потребителях вынудило машиностроение приспосабливаться к условиям использования его продукции, увеличивая выпуск универсальной техники и внедряя примитивные технологии. Это приведет к прекращению выпуска наукоемкой продукции, дальнейшему свертыванию машиностроительного производства и в конечном счете к затуханию инвестиционного процесса и ликвидации базовых отраслей экономики (кроме сырьевых, обладающих экспортным потенциалом).
Резкое сокращение производства в начале 90-х годов меньше затронуло выпуск товаров длительного пользования, удельный вес которых был выше среднего - главным образом легковое автомобилестроение и производство бытовой техники, при наиболее быстром росте цен на них и высокой рентабельности производства. Так, основной особенностью происходящих изменений была ориентация на выпуск относительно престижных изделий при ухудшении условий выпуска многих других, что было во многом обусловлено покровительственной таможенной политикой государства, например в отношении автомобилестроения. Поэтому относительное благополучие некоторых предприятий данной отрасли временно и в условиях постоянного повышения издержек производства и нарастающей конкуренции со стороны иностранных производителей неизбежны спад и периодические остановки производства.
Состояние машиностроения также усугублялось высоким уровнем концентрации и монополизмом производства. Среди 2/3 предприятий каждое выпускает свыше 75% продукции определенного вида, то есть фактически является ее монопольным производителем.
Отличительной особенностью спада 1991-1993 годов была относительная стабильность развития отраслей и подотраслей, изготавливающих мобильную технику, при падении выпуска продукции в отраслях, производящих технологическое оборудование. Причина заключается в более высокой ликвидности мобильной техники относительно оборудования, требующего монтажа, выпуск которого стал превышать платежеспособный спрос в результате перенакопления парка данной техники у потребителя. Это породило серьезные финансовые и производственные проблемы, приведшие к остановке ряда крупнейших предприятий.
Основной причиной создавшегося положения является резкое падение инвестиционной активности и снижение спроса на машины и оборудование. Особенно снизился объем капитальных вложений в производство оборудования для строительства и в сельскохозяйственное машиностроение, а спрос на продукцию инвестиционного машиностроения в 1993 году снизился по сравнению с 1990 в 3-4 раза.
Интенсификация машиностроительного комплекса должна рассматриваться в двух аспектах. Во-первых, интенсификация машиностроительного производства внутри комплекса, то есть выпуск передовой техники с минимальными затратами живого труда, и, во-вротых, интенсификация в отраслях народного хозяйства, происходящая на базе внедрения новейших машин, оборудования, приборов и устройств, выпускаемых машиностроителями. Эти направления интенсификации тесно взаимосвязаны и не могут осуществляться в отрыве один от другого. Первичным, естественно, является производство машин и оборудования в машиностроительном комплексе, и от того, как машиностроение справляется с поставленными задачами, зависит эффективность работы других отраслей народнохозяйственного комплекса в целом.
Темпы внедрения достижений научно-технического прогресса в значительной мере зависят от положения дел внутри машиностроительного комплекса, от того, сколь быстро машиностроители смогут перейти на выпуск техники новых поколений и оснастить ими различные отрасли народного хозяйства.
Главные направления интенсификации внутри машиностроительного комплекса. Прежде всего - это обновление производственного аппарата машиностроительных предприятий. В процессах его обновления чрезвычайно важно определить задачи текущего дня и перспективы, привести в действие все рычаги и стимулы и заставить их работать на конечный результат. Задачей текущего дня является активизация человеческого фактора и на этой основе максимально возможное использование созданного потенциала. Действительно, используемые в машиностроительном комплексе людские и основные промышленно-производственные ресурсы при их рациональном использовании по нашим оценкам, позволяя ют получать в 1,5-1,7 раза больше продукции. Другими словами, наведя порядок в собственном доме, называемом машиностроительным комплексом, уже сейчас практически без дополнительных затрат, за счет организационных факторов можно получить значительные объемы дополнительной продукции, необходимой народному хозяйству. Не менее важным является перевод машиностроения на следующую, более высокую ступень автоматизации производства на базе использования роботизированных производств. Расширение потребностей различных отраслей народного хозяйства и комплексов взаимосвязанных производств по номенклатуре, качеству, производительности и надежности техники и постоянная замена существующих технологических процессов более совершенными заставляют машиностроителей отказываться от традиционных методов конструирования и организации производства машин и оборудования. Мировая практика показывает, что наиболее эффективными здесь являются переход к автоматизированному проектированию и изготовлению машин и устройств с применением современных средств вычислительной техники и сращивание процессов проектирования и изготовления современных машин в единую цепочку. Такой подход в несколько раз ускоряет проектирование и производство машин и делает достижения научной и конструкторской мысли реальными уже сегодня, а не в отдаленном будущем. Приоритетными на первом этапе реконструкции машиностроительного комплекса будут отрасли: станкостроения, приборостроения, электроники и электротехники, в которых чрезвычайно важно добиться изменения положения дел. В первую очередь именно потому, что они служат базой для создания реальных предпосылок перевооружения производственного аппарата самого машиностроения новыми техникой и технологиями. Очень важно перераспределить силы и ресурсы второго эшелона машиностроителей, который занят поддержанием техники в рабочем состояния. Здесь также скрыты огромные материальные и трудовые резервы. Ускоренное обновление производственного аппарата в машиностроении, а затем и омоложение парка оборудования в других отраслях народного хозяйства позволят сократить численность ремонтников и оборудования, на котором производятся запасные части и восстанавливаются детали, в 2-3 раза по сравнению с ныне имеющейся, а это также сулит много миллиардную экономию.
Естественно, эти проблемы не могут быть решены при нынешнем уровне технической оснащенности машиностроения. Поэтому ключевой проблемой переориентации последнего на интенсивный путь развития является ускорение научно-технического прогресса в машиностроительном комплексе, подразумевающего широкомасштабное внедрение новых машин и оборудования, эффективных технологических процессов, использование прогрессивных конструкционных материалов. Важный резерв ускоренного внедрения достижений научно-технического прогресса в машиностроительный комплекс - совершенствование организационной структуры последнего, которое должно осуществляться одновременно с дальнейшим углублением специализации и развитием кооперации в производстве машин и оборудования.
