Estroncio: historia, estructura, propiedades, reacciones y usos
El estroncio es un metal alcalinotérreo cuyo símbolo químico es el Sr. Recién cortado es de color blanco con un brillo plateado, pero cuando se expone al aire se oxida y adquiere un color amarillento. Por esta razón, debe protegerse del oxígeno durante su almacenamiento.
El estroncio es extraído de sus vetas bajo la forma de los minerales celestita o celestina (SrSO4) y estrontianita (SrCO3). Sin embargo, la celestita es la forma principal en la que se produce la explotación minera del estroncio, estando sus yacimientos en terrenos sedimentarios y en asociación con azufre.
La celestita se presenta en forma de cristales rómbicos, suele ser incolora, vítrea y transparente. Aunque el estroncio es extraído de esta manera, debe transformarse en su respectivo carbonato, del cual se procede finalmente a reducirlo.
En 1790, el estroncio fue identificado como un nuevo elemento por Adair Crawford y William Cruickshank, en un mineral proveniente de una mina de plomo, cercana a la villa de Strontion en Argyll, Escosia. El estroncio fue aislado en 1807 por Humphry Davy, mediante el uso de la electrólisis.
El estroncio es un metal maleable, dúctil y buen conductor de la electricidad; pero tiene poco uso industrial y comercial. Una de sus aplicaciones es la formación de aleaciones con el aluminio y con el magnesio, mejorando el manejo y fluidez de estos metales.
En la tabla periódica, el estroncio está ubicado en el grupo 2, entre el calcio y el bario, encontrándose que algunas de sus propiedades físicas, como la densidad, el punto de fusión y la dureza, tienen valores intermedios con relación a los mostrados para el calcio y bario.
El estroncio se presenta en la naturaleza como cuatro isótopos estables: el 88Sr con, 82,6 % de abundancia; el 86Sr, con 9,9 % de abundancia; el 87Sr, con 7,0 % de abundancia; y el 84Sr, con 0,56 % de abundancia.
90Sr es un isótopo radiactivo que constituye el componente más dañino de la lluvia radiactiva, producto de las explosiones nucleares y las fugas de los reactores nucleares, ya que debido a la similitud entre el calcio y el estroncio, el isótopo se incorpora a los huesos, produciendo cáncer óseo y leucemia.
Índice del artículo
- 1 Historia
- 2 Estructura y configuración electrónica del estroncio
- 3 Propiedades
- 3.1 Apariencia
- 3.2 Masa molar
- 3.3 Punto de fusión
- 3.4 Punto de ebullición
- 3.5 Densidad
- 3.6 Solubilidad
- 3.7 Calor de fusión
- 3.8 Calor de vaporización
- 3.9 Capacidad molar térmica
- 3.10 Electronegatividad
- 3.11 Energía de ionización
- 3.12 Radio atómico
- 3.13 Radio covalente
- 3.14 Expansión térmica
- 3.15 Conductividad térmica
- 3.16 Resistividad eléctrica
- 3.17 Dureza
- 3.18 Potencial de incendio
- 3.19 Almacenamiento
- 4 Nomenclatura
- 5 Formas
- 6 Papel biológico
- 7 Dónde se encuentra y producción
- 8 Reacciones
- 9 Usos
- 10 Referencias
Se estudió un mineral proveniente de una mina de plomo cerca de la villa de Strontian, en Argyll, Escocia. Originalmente fue identificado como un tipo de carbonato de bario. Pero Adair Crawford y William Cruickshank, en 1789, notaron que la sustancia estudiada era otra en cuestión.
El químico Thomas Charles Hope nombró al nuevo mineral como estrontita y “la tierra” correspondiente (óxido de estroncio, SrO) la denominó estrontia.
En 1790, Crawford y Cruickshank hicieron arder la sustancia estudiada y observaron que la llama era de color rojo carmesí, distinta a las llamas observadas hasta ese momento en los elementos conocidos. Concluyeron que estaban delante de un nuevo elemento.
En 1808, Sir William Humphry Davy, sometió a electrólisis a una mezcla húmeda de hidróxido o cloruro de estroncio con óxido de mercurio, usando un cátodo de mercurio. Luego, el mercurio de la amalgama formada fue evaporado, quedando libre el estroncio.
Davy denominó al elemento aislado strontium (estroncio).
El estroncio metálico cristaliza a temperatura ambiente en una estructura cúbica centrada en la cara (fcc, por sus siglas en inglés: face centered cubic).
En esta estructura, los átomos de Sr se ubican en los vértices y en las caras del cubo de la celda unitaria. Es relativamente más densa que otras estructuras (como la cúbica o bcc) por tener en total cuatro átomos de Sr.
Los átomos Sr permanecen unidos gracias al enlace metálico, producto del solapamiento de sus orbitales atómicos de valencia en todas direcciones dentro del cristal. Este orbital es el 5s, el cual tiene dos electrones de acuerdo a la configuración electrónica:
[Kr] 5s2
Y así, se origina una banda 5s llena, y una banda de conducción 5p (teoría de bandas).
Respecto a otras fases metálicas, no hay demasiada información bibliográfica, aunque es seguro que sus cristales sufran transformaciones cuando estén sometidos a altas presiones.
El estroncio, al igual que otros metales, tiene una alta tendencia a perder sus electrones de valencia; estos son, los dos electrones del orbital 5s. Así, los átomos Sr se convierten en los cationes divalentes Sr2+ (M2+, como el resto de los metales alcalinotérreos), isoelectrónicos al gas noble kriptón. Se dice entonces que el estroncio tiene número de oxidación de +2.
Cuando en lugar de perder dos electrones pierde solo uno, se forma el catión Sr+; y por lo tanto, su número de oxidación es el +1. El Sr+ es poco frecuente en los compuestos derivados del estroncio.
Blanco plateado con brillo metálico, con un ligero tinte amarillo.
87,62 g/mol.
777 ºC.
1.377 ºC.
-Temperatura ambiente: 2,64 g/cm3
-Estado líquido (punto de fusión): 2,375 g/cm3
Solubles en alcohol y ácidos. No es soluble en agua, ya que reacciona en forma fuerte con ella.
7,43 kJ/mol.
141 kJ/mol.
26,4 J/(mol·K).
0,95 en la escala de Pauling.
Primer nivel de ionización: 549,5 kJ/mol.
Segundo nivel de ionización: 1.064,2 kJ/mol.
Tercer nivel de ionización: 4.138 kJ/mol.
Empírico 215 pm.
195 ± 10 pm.
22,5 µm/(m·K) a 25 ºC.
35,4 W/(m·K).
132 nΩ·m a 20 ºC.
1,5 en la escala de Mohs.
El estroncio cuando es dividido finamente, arde espontáneamente en el aire. Además, se incendia cuando se calienta por encima del punto de fusión, y puede constituir un peligro de explosión cuando es expuesto al calor de una llama.
Para evitar la oxidación del estroncio se recomienda guardarlo inmerso en queroseno o nafta. El estroncio debe almacenarse en lugar fresco y bien ventilado, lejos de un material orgánico y otros materiales fácilmente oxidables.
Como el número de oxidación +1 no es tan común, se asume que solo existe el +2 para simplificación de la nomenclatura entorno a los compuestos de estroncio. Es por eso que en la nomenclatura stock se ignora el (II) al final de los nombres; y en la nomenclatura tradicional, siempre terminan con el sufijo –ico.
Por ejemplo, el SrO es el óxido de estroncio u óxido estáñico, de acuerdo a las nomenclaturas stock y tradicional, respectivamente.
Debido a su gran reactividad, el estroncio metálico no se presenta aislado en la naturaleza. Sin embargo, puede encontrarse en su estado elemental protegido del oxígeno, mediante inmersión en queroseno o en atmósfera de gases inertes (como los gases nobles).
También se encuentra formando aleaciones con el aluminio y con el magnesio, así como un agregado a una aleación de estaño y plomo. El estroncio se encuentra en forma iónica (Sr2+) disuelto en el suelo o en agua de mar, etc.
Por lo tanto, hablar del estroncio es referirse a los cationes Sr2+ (y en un menor grado, Sr+).
También puede interactuar en forma iónica con otros elementos para formar sales u otros compuestos químicos; como cloruro, carbonato, sulfato, sulfuro de estroncio, etc.
El estroncio está presente, fundamentalmente, en dos minerales: la celestita o celestina (SrSO4) y la estrontita (SrCO3). La celestita es la principal fuente de extracción minera del estroncio.
El estroncio tiene 4 isótopos naturales, de los cuales el que se encuentra en mayor abundancia es el 88Sr. Asimismo, existen numerosos isótopos radiactivos, producidos artificialmente en los reactores nucleares.
No se conoce una función biológica del estroncio en los vertebrados. Debido a su similitud con el calcio, puede reemplazarlo en los tejidos óseos; es decir, el Sr2+desplaza al Ca2+. Pero la proporción encontrada en el hueso entre el estroncio y el calcio, es entre 1/1.000 y 1/2.000; es decir, extremadamente baja.
Por lo tanto, el estroncio no debe cumplir una función biológica natural en los huesos.
El ranelato de estroncio ha sido usado en el tratamiento de la osteoporosis, ya que produce un endurecimiento de los huesos; pero en todo caso, esta es una acción terapéutica.
Uno de los pocos ejemplos de una función biológica del estroncio se presenta en la Acantharea, un protozoario radiolario que posee un esqueleto con la presencia de estroncio.
El estroncio se encuentra aproximadamente en el 0,034 % de todas las rocas ígneas. No obstante, solo dos minerales: celestita o celestina, se encuentran en yacimientos con contenidos importantes de estroncio.
De los dos minerales importantes de estroncio, solo la celestita se encuentra en una cantidad suficiente en yacimientos sedimentarios que permita la creación de instalaciones para extraer el estroncio.
La estrationita es de mayor utilidad que la celestita, ya que mayor parte del estroncio es producido bajo la forma de carbonato de estroncio; pero apenas se han encontrado algunos yacimientos que permitan una explotación minera sustentable.
El contenido de estroncio en el agua de mar oscila entre 82 y 90 µmol/L, una concentración mucha más baja que la del calcio, entre 9,6 y 11 mmol/L.
Casi toda la explotación minera se basa en los yacimientos de la celestita, ya que las vetas de estrontianita son escasas y poco rentables para la extracción de estroncio de ellas. A pesar de ello, el estroncio en su mayor parte es producido bajo la forma de carbonato de estroncio.
La celestita es incinerada en presencia de carbón para transformar el sulfato de estroncio en sulfuro de estroncio. En la segunda etapa, el material oscuro que contiene sulfuro de estroncio, se disuelve en agua y se filtra.
Luego, la solución de sulfuro de estroncio es tratada con dióxido de carbono, para producir la precipitación del carbonato de estroncio.
El estroncio puede ser aislado mediante una variante del método de Pidgeon. La reacción del óxido de estroncio y el aluminio se produce en vacío, donde el estroncio es convertido en gas y transportado a través de la retorta de producción hasta los condensadores, donde precipita como sólido.
El estroncio puede ser obtenido en forma de barras mediante el método de electrólisis de cátodo de contacto. En este procedimiento, una barra de hierro enfriada que actúa como cátodo, entra en contacto con la superficie de una mezcla fundida de cloruro de potasio y cloruro de estroncio.
A medida que el estroncio se solidifica sobre el cátodo (barra de hierro), la barra se eleva.
El estroncio es un metal reductor activo y reacciona con halógenos, oxígeno y azufre para producir haluros, óxidos y sulfuro, respectivamente. El estroncio es un metal plateado, pero se oxida formando óxido de estroncio cuando se expone al aire:
Sr(s) + 1/2O2(g) => SrO(s)
El óxido forma una capa oscura sobre la superficie del metal. Mientras que su reacción con el cloro y azufre son las siguientes:
Sr(s) + Cl2(g) => SrCl2(s)
Sr(s) + S(l) => SrS(s)
El estroncio reacciona con azufre fundido.
Puede combinarse con el oxígeno para formar peróxido de estroncio; pero requiere para su formación de una presión alta de oxígeno. Asimismo, puede reaccionar con el nitrógeno para producir nitruro de estroncio:
3Sr(s) + N2(g) => Sr3N2(s)
No obstante, la temperatura debe ser superior a los 380 °C para que la reacción ocurra.
El estroncio puede reaccionar en forma violenta con el agua para formar hidróxido de estroncio, Sr(OH)2 y gas hidrógeno. La reacción entre el estroncio y el agua no tiene la violencia observada en la reacción entre los metales alcalinos y el agua, así como la observada en el caso del bario.
El estroncio puede reaccionar con el ácido sulfúrico y el ácido nítrico para originar, respectivamente, sulfato y nitrato de estroncio. También se combina en caliente con el hidrógeno para originar hidruro de estroncio.
El estroncio, al igual que otros elementos pesados del bloque s de la tabla periódica, tiene una amplia gama de números de coordinación; tales como 2, 3, 4, 22 y 24, observados en compuestos como SrCd11 y SrZn13, por ejemplo.
Aleaciones
Se usa como un modificador eutéctico para mejorar la resistencia y ductilidad de la aleación Al-Ag. Se emplea como inoculante en la fundición de hierro dúctil para controlar la formación de grafito. Asimismo, es agregado a las aleaciones de estaño y plomo para agregarle dureza y ductilidad.
Además, se utiliza como desoxidante del cobre y del bronce. Se agrega el estroncio en pequeña cantidad al aluminio fundido para optimizar la capacidad de fundición del metal, haciéndolo más adecuado para la elaboración de objetos que tradicionalmente se hacen de acero.
Es un agente de aleación para el aluminio o el magnesio que se usa en la fundición de los bloques de motor y en ruedas. El estroncio mejora el manejo y la fluidez del metal al cual se encuentra unido en aleación.
Isótopos
A pesar de su acción dañina, el 90Sr es utilizado como un generador termoeléctrico, empleándose la energía calórica de su radiación para producir electricidad de larga duración, con aplicación en los vehículos espaciales, estaciones de investigación remotas y en boyas de navegación.
El 89Sr ha sido utilizado en el tratamiento del cáncer óseo, empleándose su emisión radiactiva tipo β para la destrucción de las células tumorales.
El átomo de estroncio ha sido usado para el establecimiento de un sistema de medición del tiempo, que apenas atrasa un segundo cada 200 millones de años. Lo que lo convierte en el reloj de mayor precisión.
Carbonato
Ferritas e imanes
El carbonato de estroncio (SrCO3) reacciona con el óxido férrico (Fe2O3) a una temperatura comprendida entre 1.000 y 1.300 ºC, para formar una ferrita de estroncio. Esta familia de las ferritas tiene una fórmula general SrFexO4.
Los imanes cerámicos están hechos de ferritas y se usan en varias aplicaciones. Entre ellas: elaboración de altavoces, motores para limpiadores de parabrisas de automóviles y en juguetes para niños.
También se utiliza el carbonato de estroncio en la producción del vidrio para las pantallas de televisión y en las unidades de visualización.
Vidrios
Además de mejorar la propiedad del vidrio para las pantallas de cristal líquido (LCD), también se utiliza en el esmaltado de la cerámica para vajilla, reforzando su resistencia a ser rayado y a la formación de burbujas durante la cocción.
Se usa en la producción de vidrio utilizable en óptica, cristalería e iluminación. Forma parte además de la fibra de vidrio y los vidrios de laboratorio y farmacéutico, ya que aumenta la dureza y la resistencia al rayado, así como su brillo.
Producción de metales y sales
Es utilizado en la obtención de un cinc de alta pureza, ya que contribuye a la eliminación de la impureza del plomo. Ayuda en la producción del cromato de estroncio, compuesto que se utiliza como inhibidor de la corrosión en pinturas de impresión.
Aguas residuales y lámparas fosforescentes
Se emplea en el tratamiento de las aguas residuales para la eliminación de sulfato. Además, se usa en la producción del ácido ortofosfórico, empleado en la elaboración de lámparas fluorescentes.
Pirotecnia
El carbonato de estroncio, al igual que otras sales de estroncio, se utiliza en los fuegos artificiales para aportarle un color rojo carmesí. Coloración que también se emplea en las pruebas de detección del estroncio.
Hidróxido
Se utiliza en la extracción del azúcar de la remolacha, ya que el hidróxido de estroncio se combina con el azúcar para originar un sacárido complejo. El complejo puede disociarse por la acción del dióxido de carbono, quedando libre el azúcar. También se utiliza en la estabilización del plástico.
Óxido
Está presente en el vidrio que utilizan en la fabricación del tubo de imagen de un televisor, comenzándose esta aplicación en 1970. Los televisores a color, así como otros dispositivos que contienen rayos catódicos, están obligados a usar el estroncio en la placa frontal para detener los rayos X.
Estos televisores ya están desuso, porque los tubos catódicos han sido sustituidos por otros dispositivos, y por tanto no se requiere del uso de los compuestos de estroncio.
Por otro lado, el óxido de estroncio se usa para mejorar la calidad de los esmaltes de cerámica.
Cloruro
El cloruro de estroncio se usa en algunas pastas dentales para dientes sensibles y en la elaboración de fuegos artificiales. Además, se usa en forma limitada para la eliminación de gases no deseados en recipientes sometidos al vacío.
Ranelato
Se usa en el tratamiento de la osteoporosis, ya que incrementa la densidad ósea y reduce la incidencia de fracturas. Aplicado tópicamente, inhibe la irritación sensorial. Sin embargo, ha disminuido su uso por existir evidencias de que aumenta la incidencia de las enfermedades cardiovasculares.
Aluminato
Se usa como dopante en la industria electrónica. También se emplea con frecuencia para hacer brillar en oscuridad a ciertos juguetes, ya que es un compuesto inerte química y biológicamente.
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