سترونتيوم

إتريوم → سترونتيوم ← روبيديوم Ca ↑ Sr ↓ Ba 38Sr
المظهر
رمادي فلزي
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز	سترونتيوم، 38، Sr
تصنيف العنصر	فلز قلوي ترابي
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي	2، 5، s
الكتلة الذرية	87.62 غ·مول−1
توزيع إلكتروني	Kr]; 5s2]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ	2, 8, 18, 8, 2 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الطور	صلب
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة)	2.64 غ·سم−3
كثافة السائل عند نقطة الانصهار	2.375 غ·سم−3
نقطة الانصهار	1050 ك، 777 °س، 1431 °ف
نقطة الغليان	1655 ك، 1382 °س، 2520 °ف
حرارة الانصهار	7.43 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر	136.9 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س)	26.4 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو عند د.ح. (كلفن) 796 882 990 1139 1345 1646
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة	2, 1[1] (أكاسيده قاعدية قوية)
الكهرسلبية	0.95 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين	الأول: 549.5 كيلوجول·مول−1
	الثاني: 1064.2 كيلوجول·مول−1
	الثالث: 4138 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري	215 بيكومتر
نصف قطر تساهمي	10±195 بيكومتر
نصف قطر فان دير فالس	249 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية	مكعب مركزي الوجه
المغناطيسية	مغناطيسية مسايرة
مقاومة كهربائية	132 نانوأوم·متر (20 °س)
الناقلية الحرارية	35.4 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري	22.5 ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س)
معامل القص	6.1 غيغاباسكال
نسبة بواسون	0.28
صلادة موس	1.5
رقم CAS	7440-24-6
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر السترونتيوم
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال 82Sr مصطنع 25.36 يوم ε - 82Rb 83Sr مصطنع 1.35 يوم ε - 83Rb β+ 1.23 83Rb γ 0.76، 0.36 - 84Sr 0.56% 84Sr هو نظير مستقر وله 46 نيوترون 85Sr مصطنع 64.84 يوم ε - 85Rb γ 0.514 - 86Sr 9.86% 86Sr هو نظير مستقر وله 48 نيوترون 87Sr 7.0% 87Sr هو نظير مستقر وله 49 نيوترون 88Sr 82.58% 88Sr هو نظير مستقر وله 50 نيوترون 89Sr مصطنع 50.52 يوم ε 1.49 89Rb β− 0.909 89Y 90Sr نادر 28.90 سنة β− 0.546 90Y
ع ن ت

السترونتيوم ^{[ملاحظة 1]} عنصر كيميائي رمزه Sr وعدده الذرّي 38، وهو ينتمي إلى الفلزّات القلوية الترابية، التي تقع في المجموعة الثانية للجدول الدوري للعناصر. السترونتيوم فلز ذو لون أبيض فضي يميل إلى الصفرة، وهو عنصر نشيط كيميائياً، ويشكل طبقة أكسيد داكنة عند تعرض أسطحه للهواء. للسترونتيوم صفات فيزيائية وكيميائية شبيهة بميزات عناصر مجموعته من الفلزات القلوية الترابية القريبة منه، مثل الكالسيوم والباريوم. يوجد السترونتيوم طبيعياً في عدد من المعادن، مثل السليستيت والسترونتيانيت.

تنسب تسمية هذا العنصر ومعدن السترونتيانيت إلى قرية سترونتيان الأسكتلندية، والتي اكتشف فيها أداير كروفورد ووليام كرويكشانك المعدن أولاً في سنة 1790. وقد عرف أن المعدن حاو على عنصر جديد في السنة التالية من لون اختبار اللهب الأحمر القرمزي المميز. أما عزل العنصر فقد قام به لأول مرة العالم همفري ديفي باستخدام تقنية التحليل الكهربائي المكتشفة حديثاً آنذاك. كان السترونتيوم مستخدماً بكثرة أثناء القرن التاسع عشر في إنتاج السكر من الشمندر السكري؛ كما استخدم بكثرة في أواسط القرن العشرين في تركيب شاشات أجهزة التلفاز العاملة بصمام الأشعة المهبطية. ولكن بعد تطور أجهزة التلفاز والاستغناء عن الصمامات المفرغة، انخفض الاستهلاك العالمي من السترونتيوم بشكل كبير.

يتكون معظم السترونتيوم الطبيعي من النظير سترونتيوم-88 المستقر، ولكن النظير سترونتيوم-90 هو نظير مشع، وهو أحد المكونات الخطيرة للهطول النووي، إذ يمتص السترونتيوم من الجسم بشكل مماثل لامتصاص الكالسيوم. بالمقابل، لا يشكل السترونتيوم المستقر الطبيعي أي خطر على صحة الإنسان.

بدأت قصة اكتشاف هذا العنصر في أواخر القرن الثامن عشر. ففي سنة 1790 كان كل من أداير كروفورد ^{[ط 1]} ووليام كرويكشانك ^{[ط 2]} مهتمأ بالبحث عن خامات الباريوم، وتمكنا من اكتشاف معدن جديد.^[2] وصلت عينات هذا المعدن إلى العالم فريدرش غابرييل زولسر ^{[ط 3]} من أجل تحليله، وذلك بالتعاون مع يوهان فريدريش بلومنباخ ^{[ط 4]} وأطلقا عليه اسم «سترونتيانيت» ^{[ط 5]} نسبة إلى قرية سترونتيان ^{[ط 6]} الأسكتلندية والتي عثر فيها عليه.^[3][4] تبين من التحليل أن المعدن متمايز عن معدن الوذريت ^{[ط 7]} وأنه حاو على عنصر جديد،^[5] وذلك باستخدام عدة طرائق، منها اختبار اللهب.^[6] وفي سنة 1793 تصدى توماس تشارلز هوب ^{[ط 8]}، بروفيسور الكيمياء في جامعة غلاسكو لمهمة دراسة معدن السترونتيانيت؛^[7][8] وأكد صحة التخمينات السابقة لكروفورد أن المعدن قد يكون حاوياً على عنصر جديد، واقترح أن تطلق عليه تسمية سترونتيت ^{[ط 9]}.^[9][10][11] في السنوات اللاحقة، كانت مهمة عزل العنصر الجديد محط اهتمام عدد من العلماء بالإضافة إلى هوب، مثل مارتن كلابروت ^{[ط 10]} وريتشارد كيروان ^{[ط 11]} ويوهان توبياس لوفتز ^{[ط 12]}، الذين تمكنوا من تحضير مركبات جديدة لهذا العنصر من المعدن.^[12]

لكن العنصر لم يعزل إلا سنة 1808 عندما تمكن الكيميائي همفري ديفي ^{[ط 13]} من ذلك باستخدام تقنية التحليل الكهربائي ^{[ط 14]} المكتشفة حديثاً آنذاك، ثم أعلن عن هذا الاكتشاف في محاضرة في الجمعية الملكية في لندن في ذات السنة؛^[13] وأطلق على العنصر الجديد المكتشف اسم «سترونتيوم» ^{[ط 15]}.^{[12][14][15][16]}

كان أول تطبيق واسع النطاق للسترونتيوم في مجال إنتاج السكّر من الشمندر السكري. وكانت تلك عملية قائمة على استخدام محلول هيدروكسيد السترونتيوم في عمليات التبلور لاستحصال السكر من دبس السكر، وكانت لها براءة اختراع لصالح أوغوستين بيير دوبرانفو ^{[ط 16]} في سنة 1849.^[17] توسع إنتاج السكر على نطاق أوسع باستخدم هذه الطريقة في العقد السابع من القرن التاسع عشر، ثم ساهمت صناعة السكّر الألمانية بنشر هذه العملية ^{[ط 17]} بشكل أوسع في أوائل القرن العشرين. قارب الاستهلاك العالمي من هيدروكسيد السترونتيوم في إنتاج السكر من الشمندر السكري قبل الحرب العالمية الأولى حوالي 100-150 ألف طن.^[18] على الرغم من أن هيدروكسيد السترونتيوم كان خاضعاً لعملية إعادة تدوير في هذه العملية، إلا أن ذلك لم يكن يتم بشكل كامل، وكان هناك طلب موتفع لتعويض المفقود أثناء الإنتاج، الأمر الذي أدى إلى ازدياد الطلب على تعدين السترونتيانيت، وخاصة في محيط مدينة مونستر الألمانية. توقف هذا التعدين المكثف بعد اكتشاف معدن جديد للسترونتيوم، وهو معدن السليستيت، في مقاطعة غلوسترشير البريطانية.^[19] كانت تلك المناجم قادرة على تموين أغلب الطلب العالمي على السترونتيوم ما بين 1884 و1941. وعلى الرغم من وجود توضعات كبيرة من معدن السليستيت في حوض غرناطة ^{[ط 18]}، إلا أن التعدين لم يبدأ إلا في خمسينيات القرن العشرين.^[20]

لوحظ أثناء اختبارات الأسلحة النووية الجوية أن النظير سترونتيوم-90 هو واحد من نواتج الانشطار النووي، وبمردود مرتفع نسبياً. أدى ذلك الأمر إلى التوسع في الأبحاث والدراسات عن هذا الموضوع، خاصة مع احتمالية تخصيب هذا النظير في العظام نظراً لوجود شبه بين السترونتيوم والكالسيوم.^[21][22]

السترونتيوم وفير نسبياً في الطبيعة، وهو يأتي في المرتبة السادسة عشر من حيث وفرة العناصر الكيميائية على الأرض، ويقدر أن يكون تركيزه في القشرة الأرضية بين 360-370 جزء في المليون ^{[ط 19]}.^[23][24] وتلك وفرة طبيعية قريبة من وفرة الباريوم أو الكبريت أو الكربون. بسبب النشاط الكيميائي الجيد لهذا العنصر، فإنه لا يوجد في الطبيعة بشكله الحر، إنما مرتبطاً مع عناصر أخرى في المعادن. يوجد هذا العنصر بشكل رئيسي في معدني السليستيت (كبريتات السترونتيوم)، والسترونتيانيت (كربونات السترونتيوم)، بنسبة من السترونتيوم في التركيب تصل إلى 47.7% و59.4%، على الترتيب. عموماً يوجد هناك ما يقارب 200 معدن حاوٍ على السترونتيوم في تركيبه.^[25]

للسترونتيوم خواص مشابهة للكالسيوم في المياه الجوفية، إذ تكون الأنواع الكيميائية المهيمنة في الأوساط المعتدلة إلى الحمضية على شكل أيون ²⁺Sr ثنائي التكافؤ. بوجود أيونات الكالسيوم، يشكل السترونتيوم عادة راسب مشتركاً ^{[ط 20]} مع معادن الكالسيوم مثل الكالسيت ^{[ط 21]} والأنهيدريت ^{[ط 22]} عند ارتفاع قيمة pH الوسط. في الأوساط المعتدلة إلى الحمضية، يرتبط السترونتيوم المنحل إلى الجسيمات في التربة عبر التبادل الكاتيوني ^{[ط 23]}.^[26] يبلغ متوسط محتوى السترونتيوم في مياه المحيطات مقدار 8 ميليغرام/الليتر؛^[27][28] وهي أعلى بكثير من متوسط تراكيز الباريوم (13 ميكروغرام/الليتر).^[29] بالمقابل، وبالمقارنة مع تراكيز الكالسيوم، فإن الكالسيوم أكثر وفرة في مياه المحيطات، فتراكيز السترونتيوم واقعة بين 82-90 ميكرومول/الليتر، وهي تراكيز أقل بشكل واضح من تركيز الكالسيوم (وسطياً بين 9.6-11.6 ميلي مول/الليتر).^[30][31]

يعد معدنا السليستيت والسترونتيانيت الخامتان الرئيسيتان لاستخراج السترونتيوم من التوضعات الرسوبية في القشرة الأرضية. على الرغم من أن شكل الكربونات في معدن السترونتيانيت أسهل للاستخدام في التطبيقات المختلفة، إلا أنه لا توجد كميات كبيرة منه بشكل كاف للاستخراج، لذلك فإن السليستيت يتميز على السترونتيانيت بكونه أكثر وفرة بالحجم الكافي المجد اقتصادياً للتعدين والاستخراج.^[32]

من الدول الرائدة في استخراج وإنتاج السترونتيوم كل من الصين وإسبانيا والمكسيك، كما تساهم دول أخرى في الإنتاج العالمي مثل الأرجنتين والمغرب وتركيا وإيران؛ كما تحوي الولايات المتحدة على احتياطي جيد من معادن السترونتيوم، إلا أن الاستخراج توقف منذ ستينيات القرن العشرين،^[33] وبشكل مشابه، فإن بريطانيا كانت منتجة كبيرة للسترونتيوم في السابق، ولكن الإنتاج توقف منذ سنة 1992.^[34] بلغ الإنتاج العالمي من السترونتيوم في سنة 2020 حوالي 350 ألف طن.^[35]

البلد	2018	2019	2020
	(بالأطنان)
الأرجنتين	700	700	700
الصين	50.000	50.000	80.000
إيران	37.000	37.000	90.000
المكسيك	40.000	40.000	33.500
إسبانيا	90.000	90.000	150.000
تركيا	1.000	0	0
الإجمالي (التقريبي)	220.000	220.000	350.000

المصدر الرئيسي لإنتاج السترونتيوم هو معدن السليستيت، وهو على شكل كبريتات، ويحول قسم كبير منه إلى كربونات. تجرى عملية التحويل وفق عمليتين؛ إما وفق عملية تصويل ^{[ط 24]} بالمعالجة المباشرة للسليستيت مع محلول كربونات الصوديوم، ولكن هذا الأسلوب غير شائع، أو بالتحميص ^{[ط 25]} مع الفحم عند درجات حرارة بين 1100–1200 °س لتشكيل كبريتيد السترونتيوم.^[34] باتباع أسلوب التحميص يختزل ملح الكبريتات إلى ملح الكبريتيد بأسلوب كربوحراري ^{[ط 26]} وينتج غاز ثنائي أكسيد الكربون من العملية وفق التفاعل التالي:

${\displaystyle \mathrm {SrSO_{4}+2\ C\longrightarrow SrS+2\ CO_{2}} }$

يستحصل في النهاية على مادة داكنة مكونة بشكل أعظمي من ملح كبريتيد السترونتيوم، ويطلق عليها اسم الرماد الأسود ^{[ط 27]}، والتي يستخلص منها ملح الكبريتيد بالمعالجة مع الماء الساخن ثم الترشيح من اجل التهيئة للمرحلة اللاحقة. من أجل الحصول على ملح الكربونات من الكبريتيد، إما أن يضاف غاز ثنائي أكسيد الكربون إلى محلول الكبريتيد:^[36]

${\displaystyle \mathrm {SrS+CO_{2}+H_{2}O\longrightarrow SrCO_{3}+H_{2}S} }$

أو أن تجرى المعالجة مع محلول كربونات الصوديوم، ويعتمد اختيار الأسلوب الأنجع على تركيز محلول كبريتيد السترونتيوم الأولي، وعلى نوع الشوائب في الخامة.^[34]

يمكن الإنتاج بأسلوب آخر عن طريق اختزال أكسيد السترونتيوم بالألومنيوم عند درجات حرارة مرتفعة (تفاعل ألومنيوم حراري ^{[ط 28]})، يجرى هذا التفاعل تحت الفراغ ثم يقطّر السترونتيوم من المزيج.^[34]

${\displaystyle \mathrm {4\ SrO+2\ Al\longrightarrow 3\ Sr+SrO\cdot Al_{2}O_{3}} }$

يوجد لعنصر السترونتيوم في الطبيعة أربعة نظائر، وهي سترونتيوم-84 ⁸⁴Sr، وسترونتيوم-86 ⁸⁶Sr، وسترونتيوم-87 ⁸⁷Sr، وسترونتيوم-88 ⁸⁸Sr.^[29] وأكثر تلك النظائر وفرة طبيعية هو النظير سترونتيوم-88 ⁸⁸Sr، والذي يشكل 82.6% من عنصر السترونتيوم الطبيعي. إلا أنه يمكن أن يوجد تفاوت في نسبة تلك الوفرة نتيجة لتشكل النويدة ذات الأصل إشعاعي ^{[ط 29]} سترونتيوم-87 ⁸⁷Sr بشكل مستمر من الاضمحلال الإشعاعي طويل الأمد لنظير الروبيديوم ⁸⁷Rb عبر اضمحلال بيتّا ^{[ط 30]} .^[37] تعد هذه العلاقة بين هذين النظيرين الأساس العلمي للتأريخ بنظائر روبيديوم-سترونتيوم ^{[ط 31]}.

هناك نظائر مصطنعة للسترونتيوم، وأغلبها غير مستقر، ويكون نمط الاضمحلال الرئيسي الأخف من ⁸⁵Sr على هيئة التقاط إلكترون ^{[ط 32]} أو انبعاث البوزيترون ^{[ط 33]} إلى نظائر الروبيديوم؛ في حين أن نمط الاضمحلال الرئيسي للنظائر الأثقل من ⁸⁸Sr على هيئة انبعاث إلكترون ^{[ط 34]} إلى نظائر الإتريوم. يعد النظيران سترونتيوم-89 ⁸⁹Sr وسترونتيوم-90 ⁹⁰Sr أكثر تلك النظائر المشعة محط اهتمام. للنظير سترونتيوم-89 عمر نصف ^{[ط 35]} مقداره 50.6 يوم، وله تطبيق في علاج سرطان العظام نظراً للتشابه بين السترونتيوم والكالسيوم.^[38][39] من جهة أخرى، فإن للنظير سترونتيوم-90 عمر نصف مقداره 28.90 سنة، وهو أحد نواتج الانشطار النووي ^{[ط 36]} التي قد تكون ناتجة عن استخدام الأسلحة النووية أو نتيجة حوادث نووية وإشعاعية، بالتالي فهو أحد المكونات الخطيرة للهطول النووي. فوجوده في العظام قد يسبب سرطانات مختلفة، مثل سرطان العظام أو سرطان في الأنسجة القريبة، أو ابيضاض الدم ^{[ط 37]}.^[40]

يوجد السترونتيوم في الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على هيئة فلز ذي لون أبيض فضي وقد يميل أحياناً إلى الصفرة،^[41] وله خواص فيزيائية شبيهة بالخواص الفيزيائية لمجموعة الفلزات القلوية الترابية، وتقع قيمتها وسطاً بين تلك التي لمجاوريه: الكالسيوم والباريوم،^[42] فهو أطرى من الكالسيوم ولكنه أفسى من الباريوم. للسترونتيوم نقطة انصهار تبلغ 777 °س، ونقطة غليان 1377 °س، وهي قيم أقل من تلك التي للكالسيوم (842 °س و 1484 °س، على الترتيب). يصنف السترونتيوم ضمن الفلزات الخفيفة، وتبلغ كثافته مقدار 2.64 غ/سم³، وهي ذات قيمة وسطية بين الكالسيوم (1.54 غ/سم³) والباريوم (3.594 غ/سم³).^[29]

يتبلور السترونتيوم وفق نظام بلوري مكعّب مركزي الوجه ^{[ط 38]} (نمط بنية النحاس)، ولثابت الشبكة البلورية ^{[ط 39]} a قيمة مقدارها 608.5 بيكومتر؛ بوجود أربع وحدات من الصيغة ^{[ط 40]} لكل وحدة خلية ^{[ط 41]}. يكتسب السترونتيوم شكلين إضافيين عند درجات حرارة مرتفعة، فعند درجات حرارة أعلى من 215 °س، تأخذ البنية شكل نظام بلوري سداسي ^{[ط 42]} (نمط بنية المغنيسيوم) بأبعاد شبكة بلورية مقادرها a = 432 وc = 706 بيكومتر؛ أما عند درجات حرارة أعلى من 605 °س، فإن البنية تعود مجدداً إلى النظام المكعب، ولكنه يكون مركزي الجسم ^{[ط 43]} (نمط بنية التنغستن).^[43]

ينتمي السترونتيوم إلى الفلزات القلوية الترابية، وهو عنصر ثنائي التكافؤ، نشيط كيميائياً ويتفاعل مع أغلب اللافلزات مثل الهالوجينات والأكسجين والنتروجين والكبريت ليشكل المركبات الكيميائية الموافقة. يتفاعل السترونتيوم بعنف مع الماء بدرجة وسط بين الكالسيوم والباريوم، ويعطي التفاعل هيدروكسيد السترونتيوم مع انطلاق غاز الهيدروجين.

${\displaystyle \mathrm {Sr+2\ H_{2}O\longrightarrow Sr(OH)_{2}+H_{2}\uparrow } }$

يحترق السترونتيوم في وسط من الهواء عند درجات حرارة مرتفعة منتجاً أكسيد السترونتيوم ونتريد السترونتيوم؛ ولكن التفاعل مع غاز النتروجين لا يحدث عند درجات حرارة أدنى من 380 °س، لذلك فإن السترونتيوم يتفاعل فقط مع أكسجين الهواء عند درجة حرارة الغرفة مشكلاً الأكسيد بشكل فوري.^[29] بسبب التفاعلية الكبيرة لهذا العنصر مع الأكسجين والماء لذلك يحفظ في أوان معزولة عن الوسط المحيط مليئة بغاز خامل أو ضمن سوائل هيدروكربونية مثل الزيوت المعدنية أو الكيروسين لمنع فعل الأكسدة. يكون السترونتيوم قادراً على الذوبان في الأمونيا السائلة، مثله الباريوم والكالسبوم وباقي اللانثانيدات مثل اليوروبيوم والإتيربيوم، ويعطي محلولاً ذا لون أزرق داكن.^[42]

نظراً لكبر حجم عناصر المستوى الفرعي s الثقيلة مثل السترونتيوم، فإن هناك احتمالات كثيرة للعدد التناسقي ^{[ط 45]} تبدأ من 2 أو 3 أو 4 لتنتهي ب22 أو 24 في مركبات مثل SrCd₁₁ وSrZn₁₃. وبما أن الأيون ²⁺Sr كبير الحجم نسبياً، لذا يميل السترونتيوم لحيازة عدد تناسقي كبير في المركبات الكيميائية.^[44] يقوم الحجم الكبير لذرات السترونتيوم بدور مهم في استقرار معقدات السترونتيوم مع الربيطات الضخمة متعددة السن ^{[ط 46]} مثل الإيثرات التاجية ^{[ط 47]}، فعلى اسبيل المثال يكون معقد 18-تاج-6 مع السترونتيوم والباريوم أكثر استقراراً بشكل كبير بالمقارنة مع الكالسيوم.^[45]

يكون للسترونتيوم حالة الأكسدة +2 في أغلب مركباته الكيميائية، وغالباً ما تكون مركباته عديمة اللون، وذات انحلالية جيدة في الماء.

المركبات اللاعضوية

إلى جانب الأكسيد البسيط (أكسيد السترونتيوم) SrO، فإن السترونتيوم قادر على تشكيل البيروكسيد SrO₂ من الأكسدة المباشرة لفلز السترونتيوم بوجود ضغط مرتفع من غاز الأكسجين، وهناك دلائل على إمكانية تشكل فوق أكسيد Sr(O₂)₂ أيضاً.^[46] يعد هيدروكسيد السترونتيوم Sr(OH)₂ من القواعد الكيميائية القوية، ولكنه ليس بدرجة قوة هيدروكسيد الباريوم أو هيدروكسيدات الفلزات القلوية.^[47]

إن جميع هاليدات السترونتيوم هي من المركبات المعروفة،^[48] وهي على النمط SrX₂ مع الفلور والكلور والبروم واليود. وهي مركبات عديمة اللون تنتج من التفاعل بين ملح الكربونات مع أحماض هاليد الهيدروجين الموافقة، مثل حمض الهيدروفلوريك أو حمض الهيدروكلوريك؛ ولهذه المركبات تطبيقات مختلفة، من ضمنها استخدامها في تركيب معاجين الأسنان.^[49] كما يشكل السترونتيوم أغلب الأملاح الأنيونية الأكسجينية مثل كربونات السترونتيوم SrCO₃ أو نترات السترونتيوم Sr(NO₃)₂ أو كبريتات السترونتيوم SrSO₄ أو كرومات السترونتيوم SrCrO₄. يعد كربونات السترونتيوم من المركبات الكيميائية المهمة لهذا العنصر، وهو أكثر الأشكال تداولاً على النطاق التجاري، وله العديد من التطبيقات المختلفة.^[50]

تتميز مركبات السترونتيوم الأحادي (حالة الأكسدة +1) بأنها مركبات غير مستقرة؛ لمركب هيدروكسيد السترونتيوم الأحادي SrOH خواص قريبة من كلوريد السترونتيوم الأحادي SrCl.^[51]

المركبات العضوية

تحوي مركبات السترونتيوم العضوية على رابطة كيميائية واحدة على الأقل بين عنصري السترونتيوم والكربون Sr-C.^[52] تتشكل هذه المركبات على هيئة مركبات وسطية في تفاعلات باربييه ^{[ط 48]}.^[53][54][55] على الرغم من انتماء المغنسيوم والسترونتيوم لذات المجموعة من الفلزات القلوية الترابية، إلا أن مركبات المغنيسيوم العضوية أكثر انتشاراً وشيوعاً لسهولة تحضيرها وتطبيقاتها المختلفة؛ أما مركبات السترونتيوم العضوية فهي صعبة التحضير وذات نشاط كيميائي كبير. تحضر هذه المركبات عادة عند درجات حرارة منخفضة، وغالباً ما تفضل الربيطات ذات الحجم الكبير، مثل ثنائي حلقي بنتاديينيل السترونتيوم Sr(C₅H₅)₂، والذي يكون عند وجود مستبدل من C₅(CH₃)₅ الضخم، أكثر استقراراً.^[56]

هناك عدد قليل من الكائنات الحية التي يدخل السترونتيوم في عملياتها الحيوية،^[57][58] من ضمنها الأكانثاريا ^{[ط 49]}، وهي مجموعة كبيرة نسبياً من الكائنات الأولية الشعوعية ^{[ط 50]} البحرية، والتي تنتج مركب كبريتات السترونتيوم وتستخدمه في تركيب هيكلها البنائي.^[59] كما تستطيع أنواع طحالب الدسميديات ^{[ط 51]} (مثل النجيمية ^{[ط 52]}) أن تمعدن حيوياً ^{[ط 53]} السترونتيوم والباريوم من الوسط المحيط وأن تخزنها على هيئة بلورات دقيقة.^[60][61]

لا يصنف السترونتيوم ضمن المغذيات الضرورية ^{[ط 54]} بالنسبة لجسم الإنسان. ولكن من جهة أخرى أبدت بعض التجارب على الحيوانات أن التراكيز المرتفعة للسترونتيوم في الغذاء تأثير سلبي على الصحة.^[62] يتراكم السترونيوم في جسم الإنسان.^[63] وبالرغم من ذلك فإنه يدخل في تركيب بعض المكملات الغذائية ^{[ط 55]}.^[64][65] وذلك على شكل كلوريد السترونتيوم، ولا توجد دراسات كافية على مخاطر تناول السترونتيوم فموياً، ولذلك ينبغي تجنب تناوله من غير استشارة طبية، وخاصة من أولئك الذين لديهم تاريخ مرضي في العائلة فيما يخص الاضطرابات القلبية.^[64][65] يتركز أغلب السترونتيوم الممتص في العظام؛ إذ يمتص الجسم السترونتيوم بشكل مماثل لامتصاص الكالسيوم، وذلك للتشابه الكيميائي الكبير بينهما. ويمكن للإنسان العادي أن يمتص مقداراً وسطياً من السترونتيوم يراوح 2 ميليغرام يومياً.^[66] تبلغ النسبة بين السترونتيوم إلى الكالسيوم في عظام الإنسان ما بين 1:1000 إلى 1:2000، وهي تقريباً مماثلة للنسبة بينهما في مصل الدم.^[67] وجد أن السترونتيوم الممتص من البالغين يكون متوضعاً على أسطح العظام؛ بالمقابل فإن السترونتيوم الممتص من الأطفال يدخل إلى بنية العظم ويحل مكان الكالسيوم في العظام النامية، مما يؤدي إلى حدوث مشاكل في نمو العظام.^[68]

هناك تفاوت كبير في تقدير عمر النصف الحيوي ^{[ط 56]} للسترونتيوم في جسم الإنسان، فهناك دراسات تحدده بين 14-600 يوم؛^[69][70] أو 1000 يوم،^[71] أو 18 سنة،^[72] أو 30 سنة،^[73] وذلك إلى حد أعلى أقصى مقداره 49 سنة.^[74] يعود سبب ذلك التفاوت الكبير في تقدير عمر النصف الحيوي للسترونتيوم إلى الآلية المعقدة لاستقلاب (أيض) السترونتيوم داخل جسم الإنسان. ولكن القيمة المتوسطة لإجمالي تلك التقديرات هي في مجال 18 سنة.^[75] يعتمد معدل طرح السترونتيوم من الجسم على عدة عوامل، من ضمنها العمر والجنس ووجود تباينات في تجدد العظام ^{[ط 57]}.^[76]

يساعد العقار الدوائي رانيلات السترونتيوم ^{[ط 58]} على نمو العظام، إذ يسهم في تعزيز كثافة العظام ويقلل من احتمالية حدوث الكسور وخاصة في حالات هشاشة العظام^{[ط 59]}.^[77][78] ولكن هذا العقار يزيد بالمقابل من خطورة حدوث اضطرابات جسدية من الخثار الوريدي ^{[ط 60]} أو الانصمام رئوي ^{[ط 61]} أو اضطرابات وعائية مثل النوبة القلبية ^{[ط 62]}؛ لذلك لا يعطى هذا الدواء من غير وصفة طبية في حالات محددة.^[79] يظهر السترونتيوم مقدرة على تثبيط التهيج الحسي ^{[ط 63]} عندما يطبق موضعياً على الجلد؛^[80][81] إذ يساعد على تسريع معدل نقاهة ^{[ط 64]} حاجز نفاذية البشرة ^{[ط 65]}.^[82]

سترونتيوم
المخاطر
رمز الخطر وفق GHS
وصف الخطر وفق GHS	خطر
بيانات الخطر وفق GHS	H261, H315
بيانات وقائية وفق GHS	P223, P231+232, P370+378, P422[83]
NFPA 704	0 2 2
في حال عدم ورود غير ذلك فإن البيانات الواردة أعلاه معطاة بالحالة القياسية (عند 25 °س و 100 كيلوباسكال)
تعديل مصدري - تعديل

إن مسحوق السترونتيوم تلقائي الاشتعال، ويتفاعل بعنف مع الرطوبة والماء. لذا لا يمكن استخدام الماء أو رغوة ثنائي أكسيد الكربون من أجل إخماد حرائق السترونتيوم، ولكن يجب استخدام مطافئ الرمل أو الملح.

يعد النظير سترونتيوم-90 ⁹⁰Sr من النظائر المشعّة وهو ناتج انشطار نووي في المفاعلات النووية في محطات الطاقة النووية. يعد هذا النظير مكوناً رئيسياً من مكونات المخلفات الإشعاعية ^{[ط 66]} والوقود النووي المستهلك ^{[ط 67]}. سببت كارثة تشيرنوبل سنة 1986 في تلوث مساحة مقدارها 30 ألف كم² بالنظير سترونتيوم-90 بنشاط أكبر من 10 كيلوبيكريل/متر مربع، وذلك يعادل حوالي 5% من ⁹⁰Sr الذي كان موجوداً في قلب المفاعل النووي.^[84]

يبلغ عمر النصف للنظير سترونتيوم-90 مقدار 29 سنة، وهو قصير بالشكل الكافي ليجد له تطبيقات عملية مثل استخدامه في بطاريات حرارية خاصة ^{[ط 68]}، ولكنه بالمقابل طويل بالشكل الكافي الذي يستلزم مئات السنوات كي يضمحل إلى مستويات آمنة. إذ أن التعرض إلى الماء والغذاء الملوث بهذا النظير يزيد من خطورة الإصابة بأمراض سرطانية مثل ابيضاض الدم وسرطان العظم؛^[85] بالإضافة إلى فرط نشاط جارة الدرقية الأولي ^{[ط 69]}.^[86]

بينت الدراسات أن للطحالب ^{[ط 70]} انتقائية تجاه السترونتيوم، في حين أن معظم النباتات المستخدمة من أجل المعالجة الحيوية ^{[ط 71]} لم تظهر تلك الانتقائية بين السترونتيوم والكالسيوم، إذ كانت تتشبع بالكالسيوم لوجوده بكميات فائضة في المخلفات الإشعاعية.^[85] لذلك ركز الباحثون على أنواع من الطحالب الخضراء ^{[ط 72]} التي تستطيع أن تراكم السترونتيوم حيوياً في مياه صرف، وأظهرت انتقائية عالية في سعة الامتزاز الحيوي ^{[ط 73]}، بالشكل الذي يمكن أن يرشحها أن تستخدم في معالجة المخلفات الإشعاعية.^[87]

كان التطبيق الرئيسي للسترونتيوم في الماضي (حوالي 75% من الإنتاج العالمي) هو دخوله في تركيب شاشات أجهزة التلفاز الحاوية على صمام الأشعة المهبطية ^{[ط 74]}.^[34] إذ كان يسهم في حجب انبعاثات الأشعة السينية،^[88][89] فقد كان على جميع مكونات صمام الأشعة المهبطية أن تكون قادرة على امتصاص الأشعة السينية، لذلك كان الزجاج المستخدم في مكان العنق والقمع في ذلك الصمام مصنوعاً من الزجاج الرصاصي ^{[ط 75]}، ولكن ذلك النوع من الزجاج كان يظهر أثراً بني اللون نتيجة التآثر مع الأشعة السينية. لذلك الغرض، كان القسم الأمامي يصنع من زجاج من نوع آخر حاو على أكاسيد السترونتيوم والباريوم من أجل امتصاص الأشعة السينية.^[90] تضاءل استخدام السترونتيوم مع تطوير الشاشات المسطحة، الأمر الذي أدى إلى انخفاض الكميات المستخرجة من السترونتيوم في عمليات التعدين.^[32]

بسبب الشبه الكيميائي بين الكالسيوم والسترونتيوم، وتركز الأخير في العظام عند امتصاصه، لذلك يستخدم التوزع الطبيعي لنظائر السترونتيوم وعلاقته بالموقع الجغرافي في الاستفادة من تحديد أصل العظام عند تحليلها في الدراسات التاريخية.^[91][92] يساهم هذا الأسلوب العلمي في تحديد أنماط الهجرات البشرية ^{[ط 76]} القديمة، وفي تحديد أصل الرفات البشري المخلوط ^{[ط 77]} في مواقع الدفن في ساحات المعارك.^[93] وكذلك يطبق ذات الأسلوب من أجل تتبع هجرات الحيوانات.^[94][95]

تستخدم نسبة النظير سترونتيوم-87 ⁸⁷Sr إلى النظير سترونتيوم-86 ⁸⁶Sr في تحديد أصل الصخور الرسوبية ^{[ط 78]} في الموائل البحرية والنهرية.^[96] وطبق هذا المنهج في نظام الطبيعي لحوص النيل والمتوسط؛^[97][98][99] فبسبب الاختلاف في عمر الصخور المكونة للنيل الأزرق والنيل الأبيض، بالتالي يمكن تحديد أصل الصخور في مناطق الاستجماع ^{[ط 79]} الواصلة إلى دلتا النيل وبحر المتوسط الشرقي؛ وتلك التغيرات كانت خاضعة لتأثير المناخ في العصر الهولوسيني ^{[ط 80]}.^[97] استخدم منهج النسبة بين نظيري السترونتيوم أيضاً في تحديد أصل المواد الأثرية في محمية تشاكو كالتشر التاريخية الوطنية ^{[ط 81]}.^[100][101]

لمركبات السترونتيوم تطبيقات مختلفة، إذ يستخدم ألومينات السترونتيوم في تركيب الأغراض والأشياء الفسفورية؛^[102] أما كربونات السترونتيوم فيكثر استخدامه، ضمن أملاح سترونتيوم أخرى، في صناعة مواد المشاعل،^[29] وفي تركيب الألعاب النارية لإضفاء لون أحمر داكن، ويستهلك هذا التطبيق حوالي 5% من الإنتاج العالمي للسترونتيوم.^[34] في تطبيق آخر، يستخدم مركب كربونات السترونتيوم في صناعة مغانط الفرّيت الصلبة ^{[ط 82]}.^[103][104] ويستخدم كلوريد السترونتيوم أحياناً في تركيب معاجين الأسنان، كما تستخدم كميات ضئيلة من تنقية الزنك وإزالة شوائب الرصاص.^[29] يستخدم السترونتيوم في بعض الأحيان مادة مستأصلة ^{[ط 83]} من أجل إزالة الغازات غير المرغوبة في الفراغ، على الرغم من أفضلية الباريوم في هذا التطبيق.^[105]

من جهة أخرى، وبالنسبة لنظائر السترونتيوم، فللنظير السترونتيوم ⁸⁷Sr تطبيق في مجال البحث العلمي في البنى فائقة الدقة ^{[ط 84]} في الساعات الذرية.^[106] أما النظير سترونتيوم-89 فهو المكوّن الفعّال ^{[ط 85]} في عقار ميتاسترون ^{[ط 86]}،^[107] وهو دواء مشع ^{[ط 87]} يستخدم من أجل معالجة انبثاث ^{[ط 88]} سرطان العظم.^[39]

يستخدم النظير سترونتيوم-90 من أجل توليد الطاقة في بطاريات النظائر المشعة، إذ ينتج كل غرام واجد منه ما يعادل 0.93 واط من الحرارة؛^[108] ويتميز بكونه أرخص بكثير من نظير البلوتونيوم ²³⁸Pu؛ ولكن نظراً لإصداره أشعة انكباح ^{[ط 89]} في مجال الأشعة السينية، لذلك ينبغي عزله وحجبه بالشكل الكافي عند استخدامه مصدراً حرارياً. شاع استخدام تلك البطاريات في عهد الاتحاد السوفيتي، وذلك في المنارات في المناطق القطبية الشمالية.^[109][110]

• فلز قلوي ترابي

ملحوظات

مصطلحات

• Greenwood، N. N.؛ Earnshaw، A. (1997). Chemistry of the Elements (ط. 2nd). Butterworth-Heinemann. ISBN:978-0-08-037941-8.

في كومنز صور وملفات عن Strontium.