Stroncium
Obsah boxu
Stroncium (chemická značka Sr, latinsky Strontium) je chemický prvek s protonovým číslem 38. Patří mezi kovy alkalických zemin, je to měkký, lehký a reaktivní kov stříbřitě bílé barvy. V přírodě se vyskytuje pouze ve formě sloučenin, nejčastěji v minerálech celestinu a stroncianitu. Jeho nejvýznamnější komerční využití je v pyrotechnice, kde jeho soli dodávají ohňostrojům a světlicím charakteristickou sytě červenou barvu. Jeho radioaktivní izotop stroncium-90 je nebezpečným produktem jaderného štěpení.
⏳ Historie
Objev stroncia je spojen s malou skotskou vesnicí Strontian, podle které prvek získal své jméno. V roce 1790 analyzoval irský chemik a lékař Adair Crawford neobvyklý minerál pocházející z olověných dolů v této oblasti. Zjistil, že se liší od jiných známých minerálů obsahujících baryum, a nový minerál pojmenoval stroncianit. Crawford správně usoudil, že minerál obsahuje dosud neznámý prvek.
Jeho závěry později potvrdili další vědci, včetně Thomase Hopea a Martina Heinricha Klaprotha. Izolovat čistý kov se však podařilo až v roce 1808. Anglický chemik Sir Humphry Davy, průkopník v oblasti elektrolýzy, použil tuto metodu k izolaci několika kovů alkalických zemin. Působením elektrického proudu na směs vlhkého chloridu strontnatého a oxidu rtuťnatého úspěšně připravil amalgám stroncia, z něhož následně oddestiloval rtuť a získal tak čistý kovový prvek, který pojmenoval stroncium na počest místa původu minerálu.
⚛️ Fyzikální vlastnosti
Stroncium je stříbřitě bílý, kujný a tažný kov, který je měkčí než vápník a o něco tvrdší než olovo. Na čerstvém řezu má jasný lesk, ale na vzduchu velmi rychle reaguje s kyslíkem a vodní parou, čímž se pokrývá žlutavou vrstvou oxidu a hydroxidu. Z tohoto důvodu se musí uchovávat pod vrstvou petroleje nebo v inertní atmosféře, aby se zabránilo jeho oxidaci.
Jeho teplota tání je 777 °C a teplota varu 1382 °C. S hustotou 2,64 g/cm³ je lehčí než hliník. Stroncium existuje ve třech alotropických modifikacích. Za běžné teploty krystalizuje v kubické plošně centrované soustavě. Při zahřátí nad 215 °C přechází na hexagonální těsně uspořádanou strukturu a nad 605 °C na kubickou prostorově centrovanou strukturu. Podobně jako vápník a baryum, i stroncium a jeho soli barví plamen, v tomto případě do charakteristické sytě karmínově červené barvy.
🧪 Chemické vlastnosti
Stroncium je vysoce reaktivní kov, který svými vlastnostmi silně připomíná své sousedy ve 2. skupině periodické tabulky, vápník a baryum. Ve všech svých sloučeninách vystupuje s oxidačním číslem +2 a tvoří iontové vazby. Reaguje bouřlivěji s vodou než vápník, přičemž se uvolňuje vodík a vzniká silně zásaditý hydroxid strontnatý (Sr(OH)₂).
Při zahřátí na vzduchu hoří jasným červeným plamenem za vzniku oxidu strontnatého (SrO) a nitridu strontnatého (Sr₃N₂). Snadno reaguje s halogeny za vzniku solí, jako je chlorid strontnatý (SrCl₂). Rozpouští se ve zředěných kyselinách za vývoje vodíku. Chemická podobnost s vápníkem je klíčová pro jeho chování v biologických systémech, kde může vápník v některých procesech nahradit.
🌍 Výskyt v přírodě a těžba
Stroncium je poměrně hojný prvek, který tvoří přibližně 0,034 % zemské kůry, což jej řadí na 15. místo v hojnosti prvků. Vzhledem ke své vysoké reaktivitě se v přírodě nevyskytuje v elementární formě, ale pouze ve sloučeninách. Dva hlavní minerály, ze kterých se stroncium komerčně získává, jsou:
- Celestin (síran strontnatý, SrSO₄) – nejběžnější a ekonomicky nejvýznamnější zdroj stroncia. Vyskytuje se v podobě bílých nebo namodralých krystalů v sedimentárních horninách.
- Stroncianit (uhličitan strontnatý, SrCO₃) – méně častý, ale ceněný pro přímější zpracování.
Největší světové zásoby a produkce celestinu se nacházejí v 
Číně, 
Španělsku, 
Mexiku a 
Argentině. Těžba probíhá převážně v povrchových lomech. Vytěžená ruda se drtí a čistí, aby se získal koncentrát, který je následně chemicky zpracován.
🏭 Průmyslová výroba
Průmyslová výroba kovového stroncia je poměrně náročná a probíhá ve dvou hlavních krocích. Nejprve se z minerálů (převážně celestinu) vyrábí uhličitan strontnatý (SrCO₃), který je klíčovým meziproduktem pro většinu aplikací. To se obvykle provádí tzv. "metodou černého popela", kdy je síran strontnatý redukován uhlíkem za vysokých teplot na sulfid strontnatý (SrS). Ten je následně rozpustěn ve vodě a reakcí s oxidem uhličitým převeden na nerozpustný uhličitan strontnatý.
Samotný kov se pak vyrábí především aluminotermickou redukcí oxidu strontnatého (získaného rozkladem uhličitanu) vakuu. V tomto procesu je oxid strontnatý smíchán s práškovým hliníkem a zahříván ve vakuové peci. Hliník redukuje stroncium, které díky nízkému tlaku oddestiluje a kondenzuje v chladnější části aparatury. Alternativní, i když méně častou metodou, je elektrolýza taveniny chloridu strontnatého (SrCl₂).
💡 Využití a aplikace
Ačkoliv kovové stroncium má jen omezené použití, jeho sloučeniny jsou klíčové v několika průmyslových odvětvích.
- 📺 Katodové trubice (CRT): V minulosti bylo největším spotřebitelem stroncia sklářství, konkrétně výroba obrazovek pro barevné televize a počítačové monitory. Uhličitan strontnatý se přidával do skla čelní desky, kde účinně pohlcoval rentgenové záření generované elektronovým paprskem a chránil tak diváky. S nástupem LCD a OLED technologií toto využití dramaticky pokleslo.
- 🎆 Pyrotechnika: Nejznámější a vizuálně nejpůsobivější aplikací je pyrotechnika. Soli stroncia, jako dusičnan strontnatý (Sr(NO₃)₂) nebo chlorid strontnatý (SrCl₂), dodávají ohňostrojům, světlicím a signálním raketám intenzivní a sytě červenou barvu.
- 🧲 Magnety: Uhličitan strontnatý se používá při výrobě permanentních feritových magnetů. Tyto magnety jsou levné, odolné vůči korozi a demagnetizaci a nacházejí uplatnění v malých elektromotorech, reproduktorech a magnetických hračkách.
- 🧪 Metalurgie: V metalurgii se stroncium přidává do slitin hliníku a křemíku, kde zlepšuje jejich mechanické vlastnosti a obrobitelnost. Používá se také k odstraňování plynů a nečistot při rafinaci zinku.
- 🎨 Pigmenty: Chroman strontnatý (SrCrO₄) se používá jako žlutý pigment v barvách a lacích, zejména pro antikorozní nátěry.
- ✨ Luminiscenční materiály: Aluminát strontnatý (SrAl₂O₄) dopovaný europiem je základem moderních fotoluminiscenčních (glow-in-the-dark) materiálů, které svítí mnohem jasněji a déle než starší materiály na bázi sulfidu zinečnatého.
☢️ Radioaktivní izotopy
Kromě stabilních izotopů existuje řada radioaktivních izotopů stroncia. Zdaleka nejvýznamnější a nejznámější je stroncium-90 (⁹⁰Sr). Tento izotop je vedlejším produktem jaderného štěpení uranu a plutonia, a proto se ve velkém množství uvolňuje při explozích jaderných zbraní a při haváriích jaderných reaktorů, jako byla černobylská nebo fukušimská.
S poločasem přeměny přibližně 28,8 roku představuje ⁹⁰Sr dlouhodobé zdravotní riziko. Jeho nebezpečí spočívá v chemické podobnosti s vápníkem. Pokud se dostane do těla (např. konzumací kontaminovaného jídla nebo vody), organismus ho zamění za vápník a zabuduje ho do kostí a kostní dřeně. Zde se stává vnitřním zdrojem beta záření, které poškozuje okolní buňky, což může vést ke vzniku rakoviny kostí, leukemie a dalších onemocnění. Méně známý, ale také důležitý je stroncium-89 (⁸⁹Sr), který se s kratším poločasem přeměny (50,5 dne) používá v medicíně k paliativní léčbě bolesti u pacientů s kostními metastázemi.
🧬 Biologická role a medicínské využití
Stabilní stroncium není považováno za esenciální prvek pro lidské tělo, ale v malých množstvích je přirozeně přítomno v organismu, zejména v kostech a zubech, kam se dostává prostřednictvím potravy a vody. Jeho chování je úzce spjato s metabolismem vápníku. Dospělý člověk obsahuje přibližně 320 mg stroncia, z čehož je 99 % uloženo v kostní tkáni.
V medicíně se sloučenina stroncium ranelát používala v některých zemích jako lék na léčbu osteoporózy. Předpokládalo se, že podporuje tvorbu nové kostní hmoty a zároveň zpomaluje její odbourávání. Pozdější studie však ukázaly zvýšené riziko kardiovaskulárních problémů, což vedlo k výraznému omezení jeho používání. Radioizotop stroncium-89 se, jak již bylo zmíněno, využívá v nukleární medicíně k tlumení bolesti způsobené rakovinnými metastázami v kostech.
⚛️ Pro laiky
Představte si stroncium jako "těžšího bratrance" vápníku. Vápník známe všichni – je v mléce a je důležitý pro naše kosti a zuby. Stroncium se chová velmi podobně a naše tělo si je občas plete. To může být dobré i špatné.
Stroncium má dvě hlavní tváře. Ta první, "hodná", je stabilní a neškodná forma kovu a jeho sloučenin. Tato forma má úžasnou vlastnost – když ji zahřejete v ohni, hoří nádhernou, sytě červenou barvou. Právě proto je nezbytnou součástí každého velkolepého ohňostroje. Druhá tvář je "zlá" – jde o jeho radioaktivní verzi zvanou stroncium-90. Ta vzniká při jaderných výbuších a haváriích. Protože si ji tělo plete s vápníkem, uloží si ji do kostí. Tam pak tento nebezpečný izotop zevnitř ozařuje tělo a může způsobit vážné nemoci, jako je rakovina.