研究簡史
锶的發現是從一種礦石開始的。大約在1787年間,在歐洲一些展覽會上展出從英國蘇格蘭恩特朗蒂安地方的鉛礦中采得的一種礦石。一些化學家認為它是一種螢石。
1790年間英國醫生克勞福德分析研究了這種礦石,把它溶解在鹽酸中,獲得一種氯化物,在多方面和氯化鋇的性質不同。這種氯化物在水中的溶解度比氯化鋇大,在熱水中的溶解度又比在冷水中大得多,在溶于水後使溫度降低的效應較大。它和氯化鋇的結晶形也不同。他認為其中可能存在一種新土(氧化物)。
此後不久,大約在1791~1792年間,英國化學家、醫生荷普再次研究了這種礦石,明确它是碳酸鹽,但是與碳酸鋇不同,肯定其中含有一種新土,就從它的産地Strontian命名它為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,且在熱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呈洋紅色,而鋇的化合物在火焰中呈現綠色。
這樣,在1789年拉瓦錫發表的元素表中就沒有來得及把锶土排進去,戴維卻趕上了,在1808年利用電解法,從碳酸锶中分離出金屬锶,就命名為strontium,元素符号為Sr。
元素分布
世界範圍内的土壤樣本都含有大約300mg/kg的锶。輸入到海洋的锶主要(80%)是由于碳酸鹽、硫酸鹽的風化。海水含有7mg/L的锶,相對于天青石沉澱來說,是不飽和的。Sr在鹽中的濃度為221μg/g。世界河水的锶/鈣比率是5×10-3,以河水含锶68.5μg/L計算,排放到海水中的锶(至少)是22噸/年。天青石組成了浮遊生物棘谷蟲的骨骼(灰燼中有21.8%的Sr)。有證據表明,動物骨骼中的锶含量比人的高。
锶在地殼中的豐度為3.7×10-2%,最重要的礦物是天青石SrSO4和菱锶礦SrCO3。
理化性質
锶,銀白色金屬,屬立方晶系。是一種質軟的,銀白色的,有光澤的,容易傳熱導電的金屬。在空氣中加熱到熔點時立即燃燒,火焰呈紅色.
自然界存在锶-84、锶-86、锶-87、锶-88四種穩定同位素,自然界中的锶-90是鈾-235的裂變産物,半衰期為28.1年。
锶的化學性質活潑,加熱到熔點(769℃)時可以燃燒生成氧化锶(SrO),在加壓條件下跟氧氣化合生成過氧化锶(SrO2)。
锶跟鹵素、硫、硒等容易化合,常溫時可以跟氮化合生成氮化锶(Sr3N2),加熱時跟氫化合生成氫化锶(SrH2)。跟鹽酸、稀硫酸劇烈反應放出氫氣。
锶在常溫下跟水反應生成氫氧化锶和氫氣。锶在空氣中表面會被氧化成黃色。由于锶很活潑,應保存在煤油中。
锶是一種活潑金屬,化學性質與Ca或Ba類似。水溶性锶鹽有SrX2,這裡X=Cl-,Br-,I-,NO2-,NO3-,ClO3-,ClO4-,BrO3-,CN-。含有C22-的SrC2和Sr3N2有顯著的離子性。不溶于水的Sr鹽有SrF2和那些锶與原子團的化合物如SrSO3,SrSO4,SrMoO4,SrHP4,SrSeO4,和高熔點的硼化锶SrB6。
Pedersen發現的多環醚,所謂的冠狀化合物,以及被Lehn等發現并稱為“穴狀配體”的重阿紮聚氧化二環化合物也會和Sr2+形成1:1的化合物.。
制備方法
工業上從天青石礦提取锶鹽。常用熱還原法,用鋁還原氧化锶制備金屬锶,或電解熔融的氯化锶和氯化鉀制備金屬锶。
應用領域
锶是堿土金屬中豐度第二小的元素。在自然界主要以化合态存在,主要的礦石有天青石(SrSO4),菱锶礦(SrCO3)。
不論是在用碳還原SrS然後反應的制造過程中還是在蘇打處理過程中,天青石都是制造SrCO3的起始物質,由于碳酸锶可以制造出其它Sr化合物,用于提純制造陶瓷永磁體的Zn(清除Pb和Cd),用作制造電視熒光屏,它是最重要的Sr化合物。Sr(NO3)2用于煙火裝置,SrO用于鋁的冶煉,Sr、SrCl2用于修補牙齒。Sr(OH)2早已用于磨拉石的提純。
金屬锶用于制造合金、光電管、照明燈。它的化合物用于制信号彈、煙火等。
锶-90可做β射線的放射源,對人體有相當大的危害,半衰期為25年,它在核試驗中由鈾産生,以粉塵的形态被人體吸入,對人體産生放射性傷害。
锶-87m因其會釋放γ射線而在醫學上有一定的應用。把锶-87m引入患者體内,待骨骼吸收後,用輻射檢測器可測定其在人體骨骼中所處的位置,并确定人體中出現異常的情況。锶-87m雖然半衰期隻有2.8小時,但會很快從人體中排出,因此,人體所受輻射量很小。
中國锶原子光鐘:與現行的铯原子鐘比較,中國锶原子光鐘具有實現更高準确度的潛力,被公認為下一代時間頻率基準。用光鐘替代現行的铯原子噴泉鐘來重新定義秒,可以顯著提高衛星導航系統的定位精度。
安全信息
放射性锶進入人體後會導緻癌症。
锶鹽工廠工人的膽堿酯酶、乙酰膽堿酯酶活性在職業暴露期間會被明顯削弱。
放射性90Sr存在于核爆炸的輻射微塵中。由于锶和鈣性質相似,它是一種強烈的污染源。在IPCS-WHO的環境健康标準文獻中曾概括了90Sr的人放射性暴露。
英國的Papworth研究了90Sr的吸收和在骨骼中的轉變。
澳大利亞的锶暴露工人尿液中的濃度為0.5-5.0pCl/L(正常的是<2pCl/L)。
美國一項長達18年的對獵犬的90Sr終生毒性研究觀察到毒性和劑量有關。
哺乳動物對Sr的排洩模式随物種不同而不同。對人類來說吸收的锶有90%通過尿液排洩。
食物中的藻酸鈉會加速老鼠對Sr的排洩。
隻有蘇聯規定了Sr化合物的TLV。對于Sr(NO3)2,SrO,Sr(OH)2浮質,建議的極限是1mgSr/m3。飲用水中允許的忍耐極限是2mgSr/L。
德國沒有規定SrCrO4的MAK值,但是建議的技術指導濃度是0.1mgCrO3/m3。
沒有發現文獻中有正常血清锶濃度值。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濃度,一個澳大利亞小組測量了骨骼中的锶濃度(100-120mgSr/kg)。牙齒表層琺琅的锶濃度為300mg/kg,這是由于飲用水中含有锶(0.02-34mg/L)。
锶對人體的影響
锶的攝取
人體主要通過食物及飲水攝取锶,經消化道吸收後經尿液排出體外。锶在小腸的吸收機制存在主動運輸和被動擴散兩種吸收方式。锶除了通過胃腸道吸收外,還可通過呼吸道及皮膚進入人體。我國飲用水中锶水平甚微,不少礦泉水中都含有豐富的锶,锶含量在0.20~0.40mg/L時為天然飲用礦泉水。另外,葉菜類中锶水平較高,而畜禽肉蛋類較低。由于飲食習慣不同,可能會造成部分人群锶攝入量不足,可通過改變飲食習慣來達到攝入足夠量的锶。5mg/L以下的含锶礦泉水,有益于人體健康,而又不會産生不良的作用。
锶的代謝過程
體内99.0%的锶存在于骨骼中,僅0.7%可以溶解與細胞外液中。骨锶與血锶不斷進行交換,使其處于動态平衡之中。體内高锶高鈣對機體非常有益;若體内出現高锶低鈣,則對機體生理代謝産生不利影響,甚至産生多種病理變化。锶主要通過尿液排出體外,腎排洩锶的速率大于排洩鈣的速率,原因在于腎小管對鈣的重吸收快于對锶的重吸收。幼兒時期,由于腎小管吸收功能發育尚不健全,導緻幼兒對锶的排洩能力弱于成年人。
锶對骨骼的具體作用
锶對骨髓間充質幹細胞的作用
研究表明,锶可調節MSCs(骨髓間充質幹細胞)向成骨細胞分化,并促進骨基質蛋白的合成和沉澱。因此锶對成骨細胞分化和骨生成促進作用。
锶對成骨細胞和破骨細胞的作用
成骨細胞和破骨細胞間協調的相互作用是調節骨重建、維持骨骼的穩定性和完整性的關鍵。研究發現锶能夠用至少兩種機制增加前成骨細胞和多功能幹細胞增殖。另外,在骨質疏松動物模型中,锶可改善骨代謝,預防骨丢失,提高骨質疏松動物的骨質量。
锶對骨質強度的影響
在骨骼中,锶能取代鈣化組織骨骼和牙齒羟基磷灰石晶體中少量的鈣,锶元素的适量摻入可提高骨質的機械性能,在硬度方面的提高更明顯,這可能是由于少量锶元素的置換,在一定程度上減少了晶格缺陷,使原子間的排列更加緊密,起到一定強化作用,從而改善骨的機械強度。
锶與心血管疾病
研究表明,飲用水中锶水平越低,心血管疾病死亡率越高。飲用水中锶在5.0~10.0mg/L時,心血管疾病病死率最低。飲用水及尿液中锶水平與高血壓性心髒病呈顯著負相關;飲用水中鈉/锶比值與中樞神經系統血管損傷、動脈硬化、退行性心髒病、高血壓性心髒病呈顯著正相關;尿鈉/锶比值與全身性動脈硬化呈顯著負相關。其作用機制可能是锶在腸内與鈉競争性吸收,從而減少鈉的吸收,增加體内鈉的排洩。體内鈉過多,易引起高血壓及心血管疾病,而锶卻能減少人體對鈉的吸收,故有預防心血管疾病的作用。
锶對美容的作用
人的頭發和皮膚中均含有锶,缺锶會導緻頭發變白,皮膚免疫力下降等問題。每天在皮外适量補充锶有助皮膚再生、修複細胞,促進皮膚新陳代謝,同時會提高皮膚抗氧化能力及免疫能力,幫助皮膚排出毒素。皮膚過敏時也可以用少量锶用于皮外舒敏。



















