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Chemische Eigenschaften von Strontium. Strontium im menschlichen Körper. Medizinische Verwendung von Strontium: medikamentöse Behandlung

Allgemeine Informationen und Beschaffungsmethoden

Strontium (Sr) ist ein silberweißes Metall. Das strontiumhaltige Mineral wurde 1787 in Schottland in einer Bleimine in der Nähe des Dorfes Strontian entdeckt und Strontianit genannt. Im Jahr 1790 untersuchten die schottischen Mineralogen Crawford und Cruickshank dieses Mineral im Detail und entdeckten darin eine neue „Erde“ (Oxid). Unabhängig davon stellte ihr Landsmann, der Chemiker Hop, fest, dass dieses Mineral ein neues Element enthält – Strontium. Zum gleichen Schluss kam der deutsche Chemiker Klaproth. In denselben Jahren gründete der berühmte russische Chemiker Acad. T. E. Lovitz entdeckte Spuren von Strontium in schwerem Spat. Die Ergebnisse seiner Forschung wurden 1795 veröffentlicht. Reines Metall wurde jedoch erst 1808 von Davy isoliert. 1924 gewann Danner (USA) reines Strontium, indem er es aus dem Oxid mit metallischem Aluminium (oder Magnesium) reduzierte.

Strontiummetall wird derzeit überwiegend nach dem aluminothermischen Verfahren hergestellt. Strontiumoxid wird mit Aluminiumpulver vermischt, brikettiert und in einen elektrischen Vakuumofen (Vakuum 1,333 Pa) gegeben, wo das Metall bei 1100–1150 °C reduziert wird.

Strontium wird gemäß TsMTU 4764-56 in drei Qualitäten (Ch, ChDA und ChCh) in Form von Perlen und Kristallen (Drusen) hergestellt.

Strontiumsalze und -verbindungen sind giftig (verursachen Lähmungen und beeinträchtigen das Sehvermögen). Beim Umgang mit ihnen sind die Sicherheitsvorschriften für Salze der Alkali- und Erdalkalimetalle zu beachten.

Physikalische Eigenschaften

Atomare Eigenschaften. Ordnungszahl 38, Atommasse 87,62 a. e. m, Atomvolumen 33,7 * 10 -6 m 3 /mol, Atomradius 0,215 nm, Ionenradius 0,127 nm. Ionisationspotentiale J (eV): 5,692; 11.026; 43,6. Elektronegativität 1.0. Strontium hat einen g.c. Gitter (a - Sr) mit einer Periode a = 0,6085 nm, Kristallgitterenergie 164,3 μJ/kmol, Koordinationszahl 12, interatomarer Abstand 4,30 nm. Bei einer Temperatur von 488 K findet die a-6-Umwandlung statt. 6-Strontium hat ein hexagonales Gitter mit Perioden a = 0,432 nm, c - = 0,706 nm, c/a = 1,64. Bei 605 °C findet die polymorphe Umwandlung 6->-y statt. Die sich bildende kubisch volumenkonzeptionierte Modifikation hat eine Periode a = 0,485 nm. Die elektronische Konfiguration der äußeren Schicht beträgt 5 s 2. Natürliches Strontium besteht aus vier stabilen Isotopen: 84 Sr (0,58 %), 86 Sr (9,88 %), 87 Sr (7,2 %). 88 Sr (82,58 %). Außerdem wurden 14 künstliche instabile Isotope gewonnen. Das radioaktive Isotop 90 Sr mit einer Halbwertszeit von 27,7 Jahren entsteht bei Kernreaktionen (Uranspaltung). Der effektive Querschnitt für den thermischen Neutroneneinfang beträgt 1,21*10 -28 m 2 . Elektronenaustrittsarbeit φ=2,35 eV, für einen Einkristall (100) φ=2,43 eV.

Die Dichte p bei 273 K beträgt 2,630 Mg/m3.

Magnetische Suszeptibilität bei einer Temperatur von 293 K x = +1,05-10^9.

Chemische Eigenschaften

Das normale Elektrodenpotential der Reaktion beträgt Sr -2 e =?* Sr 2 + cp 0 = 2,89 V. Oxidationsstufe +2.

Strontium ist ein sehr aktives Element, es oxidiert schnell an der Luft, setzt dabei viel Wärme frei und zersetzt Wasser heftig. Es reagiert mit Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen von 300–400 °C und bildet das Hydrid SrH 2 mit einem Schmelzpunkt von 650 °C. Mit Sauerstoff bildet es Oxid (II) SrO mit einem Schmelzpunkt von 2430 °C, bei 500 °C und einem Druck von 15 MPa - Oxid (IV) Sr 0 2. Es reagiert mit Stickstoff bei 380–400 °C und ergibt die Verbindung Sr 3 N 2.

Beim Erhitzen interagiert Strontium leicht mit Halogenen und bildet die entsprechenden Salze: SrCl 2 Chlorid mit einem Schmelzpunkt von 872 °C, SrBr 2 Bromid mit einem Schmelzpunkt von 643 °C, SrF 2 Fluorid mit einem Schmelzpunkt von 1190 °C, Srl 2 Jodid. Mit Kohlenstoff bildet es Strontiumcarbid SrC 2, mit Phosphor - Strontiumphosphid SrP 2, mit Schwefel beim Erhitzen - Sulfide.

Es reagiert schwach mit konzentrierter Salpeter- und Schwefelsäure und heftig mit verdünnter; mit Alkalien - NaOH, reagiert auch KOH (konzentriert und verdünnt).

Bildet mit Metallen feste Lösungen und Metallverbindungen.

niya Im flüssigen Zustand vermischt es sich mit Elementen der Untergruppen PA, PV – VB (Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, TI, Sn, Pb, Sb, Bi, As). Viele von ihnen bilden Metallverbindungen (Al, Mg, Zn, Sn, Pb usw.). Ergibt mit einigen Übergangs- und Edelmetallen nicht mischbare Systeme. Die meisten Metalle der Platingruppe zeichnen sich durch die Bildung von Phasen vom Laves-Typ mit Strontium aus. Mit Elementen der P1B-Untergruppe bildet es Phasen vom Typ AB 4. Elektrochemisches Äquivalent 0,45404 mg/C.

Technologische Eigenschaften

Strontium ist ein formbares und duktiles Metall. Es kann zu einem dünnen Blech geschmiedet und bei 230 °C zu Draht gepresst werden.

Einsatzgebiete

Strontiummetall und seine Verbindungen werden in der Industrie verwendet. Die Einführung dieses Elements und seiner Verbindungen in Stahl und Gusseisen trägt zur Verbesserung ihrer Qualität bei. Es gibt Informationen über die Verwendung von Strontium zur Desoxidation und Raffination von Kupfer; dadurch erhöht sich auch die Härte. Die Einführung von 0,1 % Sr in Titan und seine Legierungen erhöht die Schlagzähigkeit; Strontium erhöht die Duktilität von Magnesium und seinen Legierungen und wirkt sich positiv auf die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen aus.

Strontiumverbindungen werden in der Pyrotechnik, in der elektrischen Vakuumtechnik (Gasabsorber) und in der Funkelektronik (zur Herstellung von Fotozellen) eingesetzt. Strontium ist Bestandteil von Oxidkathoden, die in Kathodenstrahlröhren, Mikrowellenlampen usw. verwendet werden.

In der Glasherstellung wird Strontium zur Herstellung spezieller optischer Gläser verwendet; es erhöht die chemische und thermische Stabilität von Glas und den Brechungsindex. So weist Glas mit 9 °, "0 SrO, eine hohe Abriebfestigkeit und große Elastizität auf, lässt sich leicht bearbeiten (zwirnen, zu Garn und Stoff verarbeiten). In unserem Land wurde eine Technologie zur Herstellung von strontiumhaltigem Glas ohne Bor entwickelt . Solches Glas weist eine hohe chemische Beständigkeit, Festigkeit und elektrische Eigenschaften auf. Die Fähigkeit von Strontiumgläsern, Röntgenstrahlung von Farbfernsehröhren zu absorbieren und die Strahlungsbeständigkeit zu verbessern, wurde nachgewiesen. Zur Herstellung von wird Strontiumfluorid verwendet Laser und optische Keramik. Strontiumhydroxid wird in der Erdölindustrie zur Herstellung von Schmierölen mit erhöhter Oxidationsbeständigkeit und in Lebensmitteln zur Verarbeitung von Zuckerproduktionsabfällen zum Zwecke der zusätzlichen Zuckergewinnung verwendet. Strontiumverbindungen sind auch in Emails enthalten. Glasuren und Keramiken. Sie werden in der chemischen Industrie häufig als Harzfüllstoffe, Kunststoffstabilisatoren sowie zur Reinigung von Natronlauge aus Eisen und Mangan, als Katalysatoren in der organischen Synthese und beim Ölcracken usw. verwendet.

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Einführung

5. Stichprobenansätze

Bietet an

Einführung

Eine sehr gefährliche Art der Einwirkung auf die Biosphäre ist radioaktive Strahlung. Diese Art der Umweltverschmutzung trat erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf, mit der Entdeckung des Phänomens der Radioaktivität und Versuchen, radioaktive Elemente in Wissenschaft und Technik zu nutzen. Bekannte Arten radioaktiver Umwandlungen gehen mit verschiedenen Strahlungen einher. Dabei handelt es sich um a-Strahlen, die aus Heliumkernen bestehen, b-Strahlen, bei denen es sich um einen Strom schneller Elektronen handelt, und y-Strahlen, die ein hohes Durchdringungsvermögen haben. Fragmente der Kernspaltung von Uran, Plutonium, Cäsium, Barium, Strontium, Jod und anderen radioaktiven Elementen haben eine starke biologische Wirkung.

Die Kombination der Eigenschaften von Strontium-90 macht es zusammen mit Cäsium-137 und radioaktiven Jodisotopen zur Kategorie der gefährlichsten und schrecklichsten radioaktiven Schadstoffe. Stabile Strontiumisotope stellen an sich kaum eine Gefahr dar, radioaktive Strontiumisotope stellen jedoch eine große Gefahr für alle Lebewesen dar. Das radioaktive Isotop Strontium Strontium-90 gilt zu Recht als einer der schrecklichsten und gefährlichsten anthropogenen Strahlenschadstoffe. Dies liegt zum einen an der Tatsache, dass es eine sehr kurze Halbwertszeit von 29 Jahren hat, was ein sehr hohes Maß an Aktivität und starker Strahlung bestimmt, und zum anderen an seiner Fähigkeit, effektiv metabolisiert zu werden Bestandteil der lebenswichtigen Funktionen des Körpers. Strontium ist ein nahezu vollständiges chemisches Analogon von Kalzium. Wenn es in den Körper eindringt, lagert es sich in allen kalziumhaltigen Geweben und Flüssigkeiten ab – in Knochen und Zähnen – und sorgt so für eine wirksame Strahlenschädigung des Körpergewebes von innen.

1. Allgemeine Eigenschaften von Strontium

Strontium ist ein Element der Hauptuntergruppe der zweiten Gruppe, der fünften Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, mit der Ordnungszahl 38. Es wird mit dem Symbol Sr (lat. Strontium) bezeichnet. Der einfache Stoff Strontium ist ein weiches, formbares und duktiles Erdalkalimetall von silberweißer Farbe. Es hat eine hohe chemische Aktivität; an der Luft reagiert es schnell mit Feuchtigkeit und Sauerstoff und wird mit einem gelben Oxidfilm bedeckt. Strontium erhielt seinen Namen von dem Mineral Strontianit, das 1787 in einer Bleimine in der Nähe von Strontian (Schottland) gefunden wurde. Im Jahr 1790 zeigte der englische Chemiker Ader Crawford (1748-1795), dass Strontianit eine neue, noch unbekannte „Erde“ enthält. Diese Eigenschaft von Strontianit wurde auch vom deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) festgestellt. Der englische Chemiker T. Hope bewies 1791, dass Strontianit ein neues Element enthielt. Er unterschied die Verbindungen von Barium, Strontium und Kalzium eindeutig, unter anderem anhand der charakteristischen Flammenfarben: Gelbgrün für Barium, leuchtendes Rot für Strontium und Orangerot für Kalzium.

Ungeachtet westlicher Wissenschaftler kam der St. Petersburger Akademiker Tobias (Toviy Egorovich) Lowitz (1757-1804) im Jahr 1792 bei der Untersuchung des Minerals Baryt zu dem Schluss, dass es neben Bariumoxid auch „Strontianerde“ enthielt eine Unreinheit. Es gelang ihm, mehr als 100 neue „Erden“ aus schwerem Spat zu gewinnen und deren Eigenschaften zu untersuchen. Strontium wurde erstmals 1808 vom englischen Chemiker und Physiker Humphry Davy in freier Form isoliert. Metallisches Strontium wurde durch Elektrolyse seines angefeuchteten Hydroxids gewonnen. Das an der Kathode freigesetzte Strontium verbindet sich mit Quecksilber und bildet ein Amalgam. Durch die Zersetzung des Amalgams durch Erhitzen isolierte Davy das reine Metall.

Strontium ist ein weiches, silberweißes Metall, das formbar und duktil ist und sich leicht mit einem Messer schneiden lässt. Polymorph – drei seiner Modifikationen sind bekannt. Bis 215 o C ist die kubisch flächenzentrierte Modifikation (b-Sr) stabil, zwischen 215 und 605 o C - hexagonal (b-Sr), über 605 o C - kubisch raumzentrierte Modifikation (g-Sr). Schmelzpunkt – 768 °C, Siedepunkt – 1390 °C.

Strontium weist in seinen Verbindungen immer eine Wertigkeit von +2 auf. Die Eigenschaften von Strontium ähneln denen von Calcium und Barium und nehmen eine Zwischenstellung zwischen ihnen ein. In der elektrochemischen Spannungsreihe gehört Strontium zu den aktivsten Metallen (sein normales Elektrodenpotential beträgt? 2,89 V). Es reagiert heftig mit Wasser und bildet Hydroxid:

Sr + 2H 2 O = Sr(OH)2 + H 2 ^

Interagiert mit Säuren und verdrängt Schwermetalle aus ihren Salzen. Es reagiert schwach mit konzentrierten Säuren (H 2 SO 4, HNO 3).

Strontiummetall oxidiert an der Luft schnell und bildet einen gelblichen Film, in dem neben SrO-Oxid immer auch SrO 2 -Peroxid und Sr 3 N 2-Nitrid vorhanden sind. Beim Erhitzen an der Luft entzündet es sich; pulverisiertes Strontium in der Luft neigt zur Selbstentzündung.

Reagiert heftig mit Nichtmetallen – Schwefel, Phosphor, Halogene. Wechselwirkt mit Wasserstoff (über 200 °C), Stickstoff (über 400 °C). Reagiert praktisch nicht mit Alkalien.

Bei hohen Temperaturen reagiert es mit CO2 zu Karbid:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO

Leicht lösliche Strontiumsalze mit Cl?, I?, NO 3?-Anionen. Salze mit Anionen F?, SO42?, CO32?, PO43? schwer löslich (Poluektov, 1978).

radioaktive Kontamination mit Strontium

2. Die Hauptquellen von Strontium in der natürlichen Umwelt und in lebenden Organismen

Strontium ist Bestandteil von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren. Bei Meeresradiolarien besteht das Skelett aus Strontiumsulfat – Celestin. Algen enthalten 26–140 mg Strontium pro 100 g Trockenmasse, Landpflanzen – etwa 2,6, Meerestiere – 2–50, Landtiere – etwa 1,4, Bakterien – 0,27–30. Die Anreicherung von Strontium durch verschiedene Organismen hängt nicht nur von deren Art und Eigenschaften ab, sondern auch vom Verhältnis des Gehalts an Strontium und anderen Elementen, hauptsächlich Kalzium und Phosphor, in der Umwelt.

Tiere nehmen Strontium über Wasser und Nahrung auf. Einige Stoffe, beispielsweise Algenpolysaccharide, beeinträchtigen die Aufnahme von Strontium. Strontium reichert sich im Knochengewebe an, dessen Asche etwa 0,02 % Strontium enthält (in anderen Geweben etwa 0,0005 %).

Durch Atomtests und Unfälle in Kernkraftwerken wurde eine große Menge radioaktives Strontium-90 mit einer Halbwertszeit von 29,12 Jahren in die Umwelt freigesetzt. Bis zum Verbot von Atom- und Wasserstoffwaffentests in den drei Umgebungen stieg die Zahl der Opfer radioaktiven Strontiums von Jahr zu Jahr.

Innerhalb eines Jahres nach Abschluss atmosphärischer nuklearer Explosionen fielen aufgrund der Selbstreinigung der Atmosphäre die meisten radioaktiven Produkte, darunter Strontium-90, aus der Atmosphäre auf die Erdoberfläche. Die Verschmutzung der natürlichen Umwelt durch die Entfernung radioaktiver Produkte von Atomexplosionen, die 1954-1980 an den Teststandorten des Planeten durchgeführt wurden, aus der Stratosphäre spielt heute eine untergeordnete Rolle; der Beitrag dieses Prozesses zur atmosphärischen Luftverschmutzung mit 90Sr beträgt zwei Größenordnungen Größenordnung geringer als durch die Windaufwirbelung von Staub aus Böden, die bei Atomtests und infolge von Strahlungsunfällen kontaminiert wurden.

Strontium-90 ist neben Cäsium-137 das am stärksten verschmutzende Radionuklid in Russland. Die Strahlungssituation wird erheblich durch das Vorhandensein kontaminierter Zonen beeinflusst, die infolge von Unfällen im Kernkraftwerk Tschernobyl im Jahr 1986 und in der Mayak-Produktionsanlage in der Region Tscheljabinsk im Jahr 1957 („Kyshtym-Unfall“) sowie in entstanden sind in der Nähe einiger Kernbrennstoffkreislaufunternehmen.

Mittlerweile hat die durchschnittliche Konzentration von 90Sr in der Luft außerhalb der durch die Unfälle von Tschernobyl und Kyshtym verseuchten Gebiete die Werte erreicht, die vor dem Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl beobachtet wurden. Hydrologische Systeme, die mit den durch diese Unfälle kontaminierten Gebieten verbunden sind, werden durch das Auswaschen von Strontium-90 aus der Bodenoberfläche erheblich beeinträchtigt.

Im Boden gelangt Strontium zusammen mit löslichen Calciumverbindungen in die Pflanzen. Hülsenfrüchte, Wurzel- und Knollenfrüchte reichern die meisten 90Sr an, während Getreide, einschließlich Körner, und Flachs weniger anreichern. In Samen und Früchten reichert sich deutlich weniger 90Sr an als in anderen Organen (in den Blättern und Stängeln von Weizen ist beispielsweise zehnmal mehr 90Sr enthalten als in Getreide).

Aus Pflanzen kann Strontium-90 direkt oder über Tiere in den menschlichen Körper gelangen. Strontium-90 reichert sich bei Männern stärker an als bei Frauen. In den ersten Lebensmonaten eines Kindes ist die Ablagerung von Strontium-90 um eine Größenordnung höher als bei einem Erwachsenen; es gelangt mit der Milch in den Körper und reichert sich im schnell wachsenden Knochengewebe an.

Bezogen auf die physische Häufigkeit in der Erdkruste liegt Strontium an 23. Stelle – sein Massenanteil beträgt 0,014 % (in der Lithosphäre – 0,045 %). Der Stoffmengenanteil des Metalls in der Erdkruste beträgt 0,0029 %. Strontium ist im Meerwasser enthalten (8 mg/l). In der Natur kommt Strontium in Form einer Mischung aus 4 stabilen Isotopen vor: 84Sr (0,56 %), 86Sr (9,86 %), 87Sr (7,02 %), 88Sr (82). 56%) (Orlov, 2002).

3. Hygieneparameter für die Verwendung von Strontium

Strontium wird im Darmtrakt nur schlecht absorbiert und der größte Teil des Metalls, das in den Körper gelangt, wird ausgeschieden. Das im Körper verbleibende Strontium ersetzt Kalzium und reichert sich in geringen Mengen in den Knochen an. Bei einer erheblichen Anreicherung von Strontium besteht die Möglichkeit, den Verkalkungsprozess wachsender Knochen zu unterdrücken und das Wachstum zu stoppen. Nicht radioaktives Strontium stellt eine Gefahr für die menschliche Gesundheit dar und seine Menge in Produkten unterliegt der Kontrolle gemäß den Anforderungen der FAO/WHO (Kaplin, 2006).

In die Biosphäre gelangende Radionuklide verursachen zahlreiche Umweltfolgen. Durch Oberflächenabfluss können sich Radionuklide in Senken, Mulden und anderen akkumulierenden Reliefelementen ansammeln. Nuklide gelangen in Pflanzen und wandern energisch durch die Nahrungsketten. Bodenmikroorganismen reichern radioaktive Elemente an, was durch Autoradiographie leicht nachgewiesen werden kann. Basierend auf diesem Prinzip werden Methoden zur Identifizierung mikrobieller Populationen entwickelt, um geochemische Provinzen mit einem hohen Gehalt an Radionukliden zu diagnostizieren.

Die Untersuchung des Verhaltens von Radionukliden ist im Zusammenhang mit ihrem Eintritt in die Kette „Boden – Pflanze – Tier – Mensch“ von besonderer Bedeutung. Artenunterschiede im Nuklidgehalt von Pflanzen sind auf die Art der Verteilung der Wurzelsysteme zurückzuführen.

Entsprechend der Skala der in die Phytomasse eintretenden Radionuklide werden die Pflanzengemeinschaften in folgender Reihenfolge eingeteilt: Federgrassteppe > Blaugras-Haferwiese > Staudengras-Wiese. Die maximale Anreicherung von Radionukliden wird bei Pflanzen der Getreidefamilie beobachtet, gefolgt von Kräutern; Hülsenfrüchte reichern die geringste Anzahl an Nukliden an.

Strontium-90 wird durch Kationenaustausch leicht vom Boden adsorbiert oder durch organische Bodensubstanz unter Bildung unlöslicher Verbindungen fixiert. Bewässerung und intensive Bodenbearbeitung können den Prozess der Auswaschung im Profil beschleunigen. Auch die Entfernung von Strontium-90 durch Oberflächengewässer mit anschließender Anreicherung in Vertiefungen (Vertiefungen) des Reliefs ist möglich.

In landwirtschaftlichen Nutzpflanzen wird in der Regel die maximale Anreicherung von Strontium-90 in den Wurzeln beobachtet, weniger in den Blättern und unbedeutende Mengen in Früchten und Körnern. Strontium-90 wird über trophische Ketten leicht auf Tiere und Menschen übertragen, neigt dazu, sich in den Knochen anzureichern und verursacht große Gesundheitsschäden.

Die maximal zulässige Konzentration (MPC) von Strontium-90 in der Luft von Arbeitsräumen beträgt 0,185 (Bq/l), im Wasser offener Reservoirs 18,5 (Bq/l). Zulässige Gehalte von 90Sr in Lebensmitteln gemäß den Anforderungen von SanPiN 2.3.2.1078-01 sind in Getreide, Käse, Fisch, Getreide, Mehl, Zucker, Salz 100-140 (Bq/kg), Fleisch, Gemüse, Obst, Butter , Brot, Nudeln – 50–80 (Bq/kg), Pflanzenöl 50–80 (Bq/l), Milch – 25, Trinkwasser – 8 (Bq/l) (Orlov, 2002).

4. Toxikologische Eigenschaften von Strontium

Strontiumsalze und -verbindungen sind wenig toxische Substanzen, aber überschüssiges Strontium beeinträchtigt Knochengewebe, Leber und Gehirn. Da Strontium in seinen chemischen Eigenschaften dem Kalzium ähnelt, unterscheidet es sich in seiner biologischen Wirkung stark davon. Ein übermäßiger Gehalt dieses Elements in Böden, Gewässern und Nahrungsmitteln verursacht bei Menschen und Tieren die „Urow-Krankheit“ (benannt nach dem Fluss Urow in Ost-Transbaikalien) – Schäden und Verformungen der Gelenke, Wachstumsverzögerungen und andere Störungen.

Besonders gefährlich sind radioaktive Isotope von Strontium. Radioaktives Strontium reichert sich im Skelett an und setzt den Körper dadurch langfristig einer radioaktiven Belastung aus. Die biologische Wirkung von 90Sr hängt von der Art seiner Verteilung im Körper ab und hängt von der Dosis der von ihm und seinem Tochterradioisotop 90Y erzeugten b-Strahlung ab. Bei längerer Aufnahme von 90Sr in den Körper, auch in relativ geringen Mengen, kann es aufgrund der kontinuierlichen Bestrahlung des Knochengewebes zu Leukämie und Knochenkrebs kommen. Der vollständige Zerfall des in die Umwelt freigesetzten Strontium-90 wird erst nach mehreren hundert Jahren eintreten.

Über die Toxizität von Sr für Pflanzen liegen nur wenige Informationen vor, und die Toleranz der Pflanzen gegenüber diesem Element ist sehr unterschiedlich. Laut Shacklett et al. liegt der toxische Sr-Wert für Pflanzen bei 30 mg/kg Asche (Kaplin, 2006; Kabata-Pendias, 1989).

5. Stichprobenansätze

Die Probenahme ist der erste und recht einfache, aber gleichzeitig wichtige Schritt der Analyse. Für die Probenahme gelten mehrere Anforderungen:

1. Die Probenentnahme muss aseptisch erfolgen und mit einem sterilen Probenehmer in einem sterilen Behälter durchgeführt werden, der für den Transport der Probe zum Labor hermetisch verschlossen sein muss.

2. Die Stichprobe muss repräsentativ sein, d. h. über ein ausreichendes Volumen verfügen, dessen Größe sich nach den Anforderungen an den Inhalt eines bestimmten Mikroorganismus richtet, und an einem Ort hergestellt werden, der die Eignung der Probe für das gesamte Volumen des analysierten Objekts gewährleistet.

3. Die entnommene Probe muss sofort verarbeitet werden, ist eine sofortige Verarbeitung nicht möglich, muss sie im Kühlschrank aufbewahrt werden.

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, muss bei einem Experiment auf alle Details geachtet werden. Eine der Fehlerquellen bei der Bestimmung von Sr ist die Heterogenität der Probe und die Unrepräsentativität der Oberfläche. Wenn beim Mahlen einer festen Probe (Erzpulver, Gesteine, Anreicherungsprodukte, Rohmischungen, Salze usw.) eine Maschenweite von 100 Mesh oder weniger erreicht wird, können solche Proben aufgrund der hohen Durchdringungskraft harter Strahlung als völlig homogen angesehen werden. Um die Auswirkungen von Absorption und Anregung zu reduzieren, die die Kalibrierungskurven verzerren, wird die analysierte Probe mit einer für Röntgenstrahlen transparenten Substanz (Polystyrol, Borsäure, Stärke, Aluminiumhydroxid, Wasser usw.) verdünnt. Der Verdünnungsgrad wird experimentell bestimmt. Die pulverförmige Probe mit gleichmäßig verteiltem Verdünnungsmittel und internem Standard wird brikettiert oder gelöst. Die Dicke des Briketts (Tablette) muss groß genug sein (ca. 1-2 mm), damit die Strahlungsintensität der Probe nicht von der Probengröße abhängt. Die vorbereiteten Briketts (Tabletten) sind für wiederholte Messungen geeignet. Die Prüfsubstanz kann in Pulverform direkt in die Küvetten des Gerätes gegeben werden. Das Probenpulver kann in einen Plexiglashalter gegeben und unter eine Polymerfolie gedrückt oder auf eine Klebefolie aufgetragen werden (Orlov, 2002; Poluektov, 1978).

6. Analytische Methoden zur Bestimmung von Strontium in Proben

Bei der Bestimmung von Sr in natürlichen und industriellen Objekten werden am häufigsten spektrale Methoden verwendet – emissionsspektrographisch und flammenphotometrisch. In letzter Zeit wird die Atomabsorptionsmethode häufig verwendet. Die photometrische Methode, die eine vorherige Trennung von Strontium von anderen Elementen erfordert, wird relativ selten angewendet. Aus dem gleichen Grund sowie aufgrund der Analysedauer werden gravimetrische und titrimetrische Methoden fast nie eingesetzt.

1. Gravimetrische Methoden

Zur Bestimmung von Strontium nach seiner Trennung von anderen Erdalkalielementen werden in den meisten Fällen gravimetrische Methoden eingesetzt.

2. Titrimetrische Methoden

Die titrimetrische Bestimmung von Strontium kann durchgeführt werden, nachdem es von allen oder den meisten störenden Elementen getrennt wurde. Die am weitesten verbreitete Methode ist die komplexometrische Methode.

3. Spektrophotometrische Bestimmungsmethoden

Diese Methoden können in direkte und indirekte unterteilt werden. Direkte Methoden basieren auf den Reaktionen der Bildung farbiger Verbindungen, wenn Reagenzien auf Strontiumionen einwirken. Bei indirekten Methoden wird Strontium in Form einer schwerlöslichen Verbindung mit einem im Überschuss vorhandenen farbigen Reagens ausgefällt; der Niederschlag wird abgetrennt und die Strontiumkonzentration in der Probe anhand der Menge an ungebundenem Reagens bestimmt.

Beispiele für direkte Bestimmungsmethoden:

Bestimmung von Strontium mit Nitroorthanil C (Nitrochromazo) oder Orthanil C. Barium und Blei (2) stören die Bestimmung und führen zu einer Farbreaktion mit dem Reagenz; Zirkonium, Titan, Thallium und einige andere Elemente führen zu einer starken Unterschätzung der Ergebnisse. Empfindlichkeit: 0,05 µg/ml.

Bestimmung von Strontium mit Dimethylsulfanazo III und Dimethylsulfanazo

Elemente ihrer Gruppen III-VI müssen entfernt werden. Die Menge an Ammoniumsalzen und Alkalimetallen sollte nicht mehr als 10 mg betragen. Sulfate und Phosphate stören, wenn ihr Anteil mehr als 0,03 mmol beträgt. Viele Metalle, darunter Ca und Mg, stören die Bestimmung. Was ist, wenn ihr Gehalt in der Probe vorhanden ist? 0,3 µmol und Cu(II) ?0,25 µmol. Darüber hinaus gibt es viele weitere Einschränkungen.

Bestimmung von Strontium mit Carboxynitrase

Die Reaktion von Strontium mit Carboxynitrase ist eine der empfindlichsten. Mit dieser Reaktion werden 0,08–0,6 μg/ml bestimmt.

Indirekte Methoden zur Bestimmung von Strontium

Aufgrund ihrer geringen Selektivität werden indirekte Methoden derzeit nicht verwendet, daher werden sie nur erwähnt: 8-Hydroxychinolin-Methode; Methode mit Picrolonsäure; Bestimmung von Strontium mittels Chromat.

4. Elektrochemische Methoden

Polarographische Methode

Die Bestimmung von Strontium wird durch Bariumionen gestört (dies kann jedoch durch die Wahl eines geeigneten Hintergrunds, nämlich (C2H5)4NBr in absolutem Ethanol, beseitigt werden). Bei annähernd gleichen Konzentrationen von Mg und Ca ist die Bestimmung von Sr nicht möglich. Ba, Ca, Na, K sollten vorab abgetrennt werden, wenn ihre Konzentrationen die Konzentration von Sr deutlich übersteigen.

Differentialpolarographische Methode

Ermöglicht die Bestimmung kleiner Mengen Strontium in Gegenwart großer Mengen Na und K. Empfindlichkeit - 0,0001 Mol Sr / Mol Salz.

Inversionspolarographie

Ermöglicht die Bestimmung von Strontium in sehr geringen Konzentrationen (10-5 - 10-9 M), wenn es zunächst durch Elektrolyse in einem Tropfen Quecksilber konzentriert und anschließend einer anodischen Auflösung unterzogen wird. Es kommt oszillographische Technologie zum Einsatz. Der durchschnittliche Fehler beträgt 3-5 %.

Konduktometrische Methode

Die Bestimmungen werden nach vorheriger Trennung der Gruppe der Elemente Li, K, Na, Ca und Ba durchgeführt, die in den löslichen Salzen von Baustoffen enthalten sind.

5. Spektrale Methoden

Spektrografische Methode (Funke und Lichtbogen).

Die intensivsten Sr-Linien liegen im sichtbaren Bereich des Spektrums: 4607,33; 4077,71 und 4215,52 A, wobei die beiden letzteren im Bereich der Cyan-Bänder liegen. Daher sind diese Leitungen für die Analyse eines Lichtbogens mit Kohlenstoffelektroden weniger geeignet. Die Linie 4607.33 A zeichnet sich durch eine starke Selbstabsorption aus, weshalb ihre Verwendung bei der Bestimmung nur geringer Sr-Konzentrationen (unter 0,1 %) empfohlen wird. Bei hohen Gehalten werden die Sr-Linien 4811,88 und 4832,08 ? sowie 3464,46 A verwendet. Im ultravioletten Bereich des Spektrums werden die deutlich schwächeren Linien 3464,46 und 3380,71 A verwendet, wobei letztere im Bereich des liegt Spektrum mit Hintergrund. Um die Lichtbogenverbrennungstemperatur zu stabilisieren, den Einfluss von Ca, Mg, Na zu eliminieren und eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung von Sr zu erreichen, werden Puffermischungen verwendet. Zur Eliminierung von Cyanidbanden erfolgt die Sr-Bestimmung in Argon oder die Umwandlung der Proben in Fluoridverbindungen. Die Empfindlichkeit der Bestimmung von Sr im Lichtbogen beträgt 5 * 10-5 - 1 * 10-4 %, der relative Bestimmungsfehler beträgt ±4-15 %. Die Verwendung einer gepulsten Lichtbogenentladung mit hohem Strom in Argon kann die Empfindlichkeit erheblich erhöhen Empfindlichkeit der Bestimmung von Sr (3 * 10-12 g). Die Empfindlichkeit der Bestimmung von Sr in einem Funken beträgt (1-5) * 10-4 %. Bestimmungsfehler ±4-6 %. Um die Genauigkeit und absolute Empfindlichkeit der Analyse zu erhöhen und den Einfluss störender Linien von Fremdelementen zu eliminieren, wird vorgeschlagen, ein mit einem Spektrographen gekreuztes Interferometer zu verwenden.

Flammenemissionsphotometrie

Aufgrund seiner Einfachheit und Zuverlässigkeit wird die flammenphotometrische Methode zur Bestimmung von Strontium häufig eingesetzt, insbesondere bei der Analyse von Gesteinen und Mineralien, Natur- und Abwässern, biologischen und anderen Materialien. Es eignet sich zur Bestimmung sowohl kleiner als auch großer Gehalte des Elements mit einer relativ hohen Genauigkeit (1-2 rel. %) und Empfindlichkeit, und in den meisten Fällen kann die Bestimmung von Strontium ohne Trennung von anderen Elementen durchgeführt werden. Die höchste Empfindlichkeit wird bei der Verwendung von Geräten mit automatischer Spektrumsaufzeichnung und Hochtemperaturflammen erreicht. Die höchste Empfindlichkeit wird mit RF-Plasma von 0,00002 µg Sr/ml erreicht.

Bei der gepulsten Verdampfungsmethode liegt die absolute Nachweisgrenze für Sr bei 1*10-13-2*10-12 g (Acetylen-Lachgas-Gemischflamme). Bei ausreichend großen Probenmengen (~10 mg) verringert sich der relative Grenzwert des ermittelten Strontiumgehalts auf 1 * 10-7 %, beim Einbringen der Probenlösung in die Flamme mittels Sprühgerät beträgt er 3 * 10-5 %.

Atomabsorptionsspektrophotometrie

Sr wird durch Messung der Lichtabsorption seiner Atome bestimmt. Die am häufigsten verwendete Linie ist Strontium 460,7 nm; mit geringerer Empfindlichkeit kann Strontium mit den Linien 242,8 bestimmt werden; 256,9; 293,2; 689,3 nm. Bei Verwendung von Hochtemperaturflammen kann Strontium auch anhand der 407,8-Ionenlinie bestimmt werden (Ionenabsorptionsspektroskopie). Bei dieser Analysemethode gibt es zwei Arten von Störungen. Die erste Störungsart ist mit der Bildung leichtflüchtiger Verbindungen verbunden und äußert sich in der Flamme eines Acetylen-Luft-Gemisches. Am häufigsten wird der Einfluss der Kationen Al, Ti, Zr und anderer Anionen PO4 und SiO3 festgestellt. Eine andere Art von Störung ist auf die Ionisierung von Strontiumatomen zurückzuführen, beispielsweise durch den Einfluss von Ca und Ba, eine Erhöhung der Atomabsorption aus der Anwesenheit von Na und K usw. Empfindlichkeit des Nachweises von Strontium 1 *10-4-4*10-12 g.

6. Aktivierungsmethode

Die am weitesten verbreitete Methode ist die Bestimmung der 87mSr-Aktivität. In den meisten Fällen erfolgt die Bestimmung durch Aktivitätsmessung nach radiochemischer Abtrennung von Sr, die mittels Fällungs-, Extraktions- und Ionenaustauschmethoden durchgeführt wird.

Durch den Einsatz eines hochauflösenden g-Spektrometers lässt sich die Genauigkeit der Methode erhöhen und die Anzahl der Trennvorgänge reduzieren, da die Bestimmung von Sr in Gegenwart mehrerer Fremdelemente möglich ist. Die Nachweisempfindlichkeit für Strontium liegt bei etwa 6*10-5 g/g.

7. Massenspektrometrische Methode

Mithilfe der Massenspektroskopie wird die Isotopenzusammensetzung von Strontium bestimmt, deren Kenntnis bei der Berechnung des geologischen Alters von Proben mit der Rubidium-Strontium-Methode und bei der Bestimmung von Spurenmengen von Strontium in verschiedenen Objekten mit der Isotopenverdünnungsmethode erforderlich ist. Die maximale absolute Empfindlichkeit für die Bestimmung von Sr mit der Vakuum-Funken-Massenspektralmethode beträgt 9*10-11.

8. Röntgenfluoreszenzmethode

Die Röntgenfluoreszenzmethode zur Bestimmung von Strontium findet in letzter Zeit zunehmende Anwendung. Sein Vorteil ist die Möglichkeit, die Analyse ohne Zerstörung der Probe durchzuführen, und die Geschwindigkeit der Ausführung (Analyse dauert 2-5 Minuten). Die Methode schließt den Einfluss der Base aus, ihre Reproduzierbarkeit beträgt ± 2-5 %. Die Empfindlichkeit der Methode (1-1SG4 – 1-10~3 % Sr) ist für die meisten Zwecke ausreichend.

Die RFA-Methode basiert auf der Sammlung und anschließenden Analyse eines Spektrums, das durch die Einwirkung von Röntgenstrahlung auf das zu untersuchende Material gewonnen wird. Bei der Bestrahlung geht das Atom in einen angeregten Zustand über, begleitet von einer Ionisierung auf einem bestimmten Niveau. Das Atom bleibt für eine extrem kurze Zeit, etwa eine 10-7 Sekunde, in einem angeregten Zustand, danach kehrt es in eine ruhige Position (Grundzustand) zurück. In diesem Fall füllen Elektronen aus den Außenschalen entweder die entstandenen Lücken und die überschüssige Energie wird in Form eines Photons emittiert, oder die Energie wird auf ein anderes Elektron aus den Außenschalen (Auger-Elektron) übertragen. In diesem Fall emittiert jedes Atom ein Photoelektron mit einer Energie eines genau definierten Wertes. Anschließend wird anhand der Energie und Anzahl der Quanten die Struktur der Materie beurteilt (Orlov, 2002; Poluektov, 1978).

7. Auswahl des Indikatortyps. Populationsmerkmale zur Beurteilung des Populationsstatus unter dem Einfluss von Strontium

Unter Bioindikation versteht man die Erkennung und Bestimmung umweltbedeutsamer natürlicher und anthropogener Belastungen anhand der Reaktionen lebender Organismen auf diese direkt in ihrem Lebensraum. Lebende Objekte (oder Systeme) sind Zellen, Organismen, Populationen, Gemeinschaften. Mit ihrer Hilfe können sowohl abiotische Faktoren (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Säuregehalt, Salzgehalt, Schadstoffgehalt etc.) als auch biotische Faktoren (das Wohlergehen von Organismen, ihren Populationen und Gemeinschaften) beurteilt werden.

Es gibt verschiedene Formen der Bioindikation. Wenn zwei identische Reaktionen durch unterschiedliche anthropogene Faktoren verursacht werden, handelt es sich um eine unspezifische Bioindikation. Wenn bestimmte Veränderungen mit dem Einfluss eines bestimmten Faktors in Verbindung gebracht werden können, wird diese Art der Bioindikation als spezifisch bezeichnet.

Der Einsatz biologischer Methoden zur Umweltbewertung beinhaltet die Identifizierung von Tier- oder Pflanzenarten, die auf eine bestimmte Art von Einwirkung empfindlich reagieren. Als Bioindikatoren werden Organismen oder Organismengemeinschaften bezeichnet, deren lebenswichtige Funktionen so eng mit bestimmten Umweltfaktoren korrelieren, dass sie zu deren Beurteilung herangezogen werden können.

Arten von Bioindikatoren:

1. Sensibel. Reagiert schnell bei erheblichen Abweichungen von der Norm. Beispielsweise können Abweichungen im Verhalten von Tieren und in den physiologischen Reaktionen von Zellen fast unmittelbar nach Einsetzen des Störfaktors festgestellt werden.

2. Wiederaufladbar. Akkumuliert Stöße, ohne dass es zu Störungen kommt. Beispielsweise wird ein Wald im Anfangsstadium seiner Verschmutzung oder Zerstörung in seinen Hauptmerkmalen (Artenzusammensetzung, Vielfalt, Häufigkeit usw.) gleich sein. Erst nach einiger Zeit werden seltene Arten verschwinden, die vorherrschenden Formen werden sich ändern, die Gesamtzahl der Organismen wird sich ändern usw. Daher wird die Waldgemeinschaft als Bioindikator Umweltstörungen nicht sofort erkennen.

Ein idealer biologischer Indikator muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen:

Für bestimmte Bedingungen charakteristisch sein, in einem bestimmten Ökotop eine hohe Häufigkeit aufweisen;

Mehrere Jahre an einem bestimmten Ort leben, was es ermöglicht, die Dynamik der Verschmutzung zu verfolgen;

Für die Probenahme geeignete Bedingungen herrschen;

Gekennzeichnet durch eine positive Korrelation zwischen der Schadstoffkonzentration im Indikatororganismus und dem Untersuchungsgegenstand;

Eine hohe Toleranz gegenüber einer Vielzahl toxischer Substanzen aufweisen;

Die Reaktion eines Bioindikators auf eine bestimmte physikalische oder chemische Wirkung muss klar zum Ausdruck kommen, das heißt spezifisch sein und leicht visuell oder mit Instrumenten erfasst werden können;

Der Bioindikator muss unter den natürlichen Bedingungen seiner Existenz verwendet werden;

Der Bioindikator muss eine kurze Ontogeneseperiode aufweisen, damit der Einfluss des Faktors auf nachfolgende Generationen überwacht werden kann.

Zur Bioindikation der radioaktiven Kontamination von Böden eignen sich am besten sesshafte Bodenbewohner mit langer Entwicklungszeit (Regenwürmer, Tausendfüßler, Käferlarven).

Von großer Bedeutung für die Anzeige auch relativ geringer Bodenverunreinigungen mit Radionukliden ist die Untersuchung von Veränderungen der charakteristischen morphologischen Merkmale von Bodenarthropodenarten. Solche Störungen werden häufig durch Genmutationen verursacht, die durch Strahlenbelastung verursacht werden. In den unverschmutzten Teilen des Verbreitungsgebiets dieser Arten ändern sich diese Merkmale geringfügig. Zu den auffälligsten Abweichungen bei kontaminierten Bedingungen gehören Veränderungen in der Borstenverteilung auf dem Körper von Springschwänzen, Springschwänzen, Zweispitzigen, Borstenschwänzen und Tausendfüßlern.

Ein guter Indikator für die Belastung von Gewässern mit Radionukliden sind Seeteichmollusken und Daphnienkrebse, die als Testobjekte für diese Art von Belastung empfohlen werden können. Die Reaktion der Mollusken auf den erhöhten Gehalt an Radionukliden im Reservoir äußerte sich in Veränderungen der Körper- und Panzerfarbe, der morphometrischen Parameter, der Hemmung des generativen und plastischen Stoffwechsels und einer Störung der Reaktion der Embryonen auf die klimatischen Bedingungen der Jahreszeit . Bei Daphnien in verschmutzten Gewässern wurde der Tod einiger Individuen in der Population sowie eine Zunahme der Fruchtbarkeit und Körpergröße beobachtet.

Auch in aquatischen Ökosystemen sind Wasserpflanzen ein verlässlicher Bioindikator für die Strahlungssituation. Insbesondere Elodea canadensis oder Wasserpest, die sich gut in Süß- und Brackwasser entwickelt, reichert intensiv die Radionuklide 90Sr, 137Cs an, die bei der standardmäßigen Strahlungsüberwachung von Gewässern nicht nachgewiesen werden. Dieser Typ kann häufig in Absetzbecken zur Behandlung von Abwasser aus Radionukliden eingesetzt werden.

In terrestrischen Ökosystemen sind Torfmoos, Kiefern- und Fichtennadeln, Brennnessel, Huflattich, Wermut, Rosaklee, Kriechklee, Wiesen-Lieschgras, Labkraut, Mauserbse, Vogelmiere und Maililie gute Indikatoren für die Anreicherung von Radionukliden, insbesondere 90Sr des Tals, Flussgras, Igelgras, gekämmtes Weizengras usw. Da diese Pflanzen Radionuklide anreichern, verringert sich der Mangangehalt in ihrer Asche um das 3- bis 10-fache (Turovtsev, 2004).

8. Toxikologische Methoden zur Beurteilung der Auswirkung der aktuellen Strontiumdosis auf Biotabestandteile

Biotests sind eine der Forschungsmethoden in der biologischen Überwachung, die verwendet wird, um den Grad der schädlichen Wirkung von Chemikalien, die potenziell gefährlich für lebende Organismen sind, unter kontrollierten experimentellen Labor- oder Feldbedingungen zu bestimmen, indem Änderungen biologisch signifikanter Indikatoren (Testfunktionen) aufgezeichnet werden zu untersuchende Prüfobjekte mit anschließender Beurteilung ihres Zustandes nach dem gewählten Toxizitätskriterium.

Der Zweck der Biotests besteht darin, den Grad und die Art der Toxizität von Wasser, das mit biologisch gefährlichen Stoffen kontaminiert ist, bei Wasserorganismen zu ermitteln und die mögliche Gefahr dieses Wassers für Wasserorganismen und andere Organismen abzuschätzen.

Als Objekte für Biotests werden verschiedene Testorganismen verwendet – experimentelle biologische Objekte, die bestimmten Dosen oder Konzentrationen von Giften ausgesetzt werden, die bei ihnen die eine oder andere toxische Wirkung hervorrufen, die im Experiment aufgezeichnet und ausgewertet wird. Dies können Bakterien, Algen, Wirbellose sowie Wirbeltiere sein.

Um das Vorhandensein eines Giftstoffs unbekannter chemischer Zusammensetzung zu gewährleisten, muss eine Reihe von Objekten verwendet werden, die verschiedene Gruppen der Gemeinschaft repräsentieren und deren Zustand anhand von Parametern beurteilt wird, die sich auf unterschiedliche Integritätsebenen beziehen.

Unter einem Biotest versteht man eine Beurteilung (Test) der Wirkung eines Stoffes oder Stoffkomplexes auf lebende Organismen unter streng definierten Bedingungen durch Erfassung von Veränderungen des einen oder anderen biologischen (oder physiologisch-biochemischen) Indikators des Untersuchungsgegenstandes im Vergleich zum Kontrolle. Die Hauptanforderung an Biotests ist Empfindlichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit, eine eindeutige Reaktion auf äußere Einflüsse. Es gibt akute und chronische Biotests. Erstere dienen dazu, ausdrückliche Informationen über die Toxizität der Testsubstanz für einen bestimmten Testorganismus zu erhalten, letztere dienen dazu, die Langzeitwirkung von Giftstoffen, insbesondere niedrigen und extrem niedrigen Konzentrationen, zu ermitteln (Turovtsev, 2004).

Eigene Erfahrung

Thema: Bestimmung des ökologischen Zustands des Gebiets hinsichtlich des Strontiumgehalts

Ziel: Ungünstige Bereiche der Untersuchungsregion identifizieren und deren Strontiumbelastung differenzierter beurteilen

Methodik: Die Methode wird durch Biotests durchgeführt und umfasst die Probenahme von Bioindikatoren, deren Trocknung auf ein konstantes Gewicht, die Isolierung einer durchschnittlichen Probe, die Bestimmung des Gehalts an Gesamtstrontium darin, den Vergleich der erhaltenen Werte mit etablierten Daten und deren Überschreitung Der ökologische Zustand des Territoriums wird bestimmt, während Bioindikatoren Stecklinge von Wildpflanzen der Wiesensteppenvegetation oder Monokulturen einjähriger und mehrjähriger landwirtschaftlicher Pflanzen verwenden, erfolgt die Probenahme während der Blütephase durch vollständiges Mähen der Vegetation von 1 m 2 der letzteren eine Menge von 1 Probe pro 1000-5000 ha für das Gebiet einer großen Region und für lokale Agrozönose in der Menge von 1 Probe pro 100 ha, während die Isolierung von Strontium aus der durchschnittlichen Probe mit konzentrierter Salpetersäure erfolgt, Anschließend erfolgt seine Bestimmung im Extrakt durch die Methode der Atomadsorption, und die erhaltenen Werte werden mit dem Hintergrundgehalt von Strontium in der lufttrockenen Masse durchschnittlicher Stecklinge wilder Vegetation verglichen. Zum Vergleich der erhaltenen Daten werden Werte des Hintergrundgehalts von Strontium in der lufttrockenen Masse durchschnittlicher Stecklinge wilder Vegetation im Bereich von 20 bis 500 mg/kg herangezogen.

Arbeitsfortschritt: Für die Biotestung des Vargashinsky-Bezirks der Region Kurgan mit einer Fläche von 10.000 Hektar wählen wir 10 Proben mittelgroßer Stecklinge wilder Arten der Wiesensteppenvegetation aus. Dazu wählen wir während der Phänophase der blühenden Vegetation 10 Probenahmestellen gleichmäßig über die Region aus. Wir platzieren einen 1 x 1 m großen Rahmen auf der Vegetation und fixieren den Standort entsprechend der Dichte des Grasbestandes, jedoch so, dass das Volumen der Pflanzenmasse von jedem Standort mindestens 1 kg beträgt. Der Bodenteil der Grasdecke innerhalb des Rahmens wird mit einem Messer oder einem anderen geeigneten Werkzeug vollständig abgeschnitten. Die Schnitthöhe der Pflanzen beträgt mindestens 3 cm über der Bodenoberfläche. Pflanzenproben werden in einem Ofen 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 105 °C lufttrocken getrocknet, dann in einem Exsikkator abgekühlt und gewogen. Wir wiederholen das Trocknen für 1 Stunde und das anschließende Wiegen, bis wir ein konstantes Gewicht erreichen (der Gewichtsunterschied bei zwei aufeinanderfolgenden Wägungen sollte nicht mehr als 0,1 % des Ausgangsgewichts der Probe betragen). Wir mahlen zunächst die getrocknete Probe und selektieren mittels der Viertelungsmethode eine durchschnittliche Probe mit einem Gewicht von mindestens 200 g. Wir isolieren Strontium wie folgt. Aus der getrockneten geviertelten Probe entnehmen wir eine 1 g Probe und mahlen diese in einer IKA All basic Labormühle mit einer Drehzahl von 25.000 U/min auf eine Partikelgröße von 0,001-0,1 mm. Aus der zerkleinerten Masse entnehmen wir auf einer Analysenwaage eine 100-mg-Probe, die wir in ein konisches Reagenzglas aus Polyethylen mit einem Volumen von 50 ml (Rustech-Typ) geben und mit konzentrierter Salpetersäure mit einem Volumen von 1 ml auffüllen. Bewahren Sie die analysierte Probe in dieser Form mindestens 1 Stunde lang auf. Anschließend das Volumen mit destilliertem Wasser auf 50 ml auffüllen; Der Niederschlag wird abfiltriert und der Extrakt mit der Methode der Atomadsorption auf einem Atomspektrophotometer „AAS Kvant Z.ETA“ auf den Gehalt an Bruttostrontium analysiert. Bei 10 analysierten Proben werden die Messergebnisse gemittelt.

Basierend auf den Ergebnissen der Studie können wir sagen, dass die Hauptquellen für Strontium (hauptsächlich sein Oxid) Industrieabwässer aus verschiedenen Industrien und in der landwirtschaftlichen Produktion Phosphor und phosphorhaltige Düngemittel und Heilmittel sind. Die natürliche Quelle ist der Verwitterungsprozess von Gesteinen und Mineralien.

Die Verteilung, das Verhalten und die Konzentration des Giftstoffs in natürlichen Umgebungen hängen vom Relief (Neigung des Geländes im Bereich des Industriegebiets, der Nachgiebigkeit des Substrats für den Abbau usw.) und den klimatischen Bedingungen (Temperaturbedingungen der Luft) ab und Boden, Niederschlagsmenge pro Flächeneinheit, Windgeschwindigkeit), physikalisch-chemischer, biologischer und ernährungsphysiologischer Zustand der Böden (Anwesenheit und Verhältnis von Mikroorganismen und Pilzen, Redox- und Säure-Base-Verhältnisse, Vorhandensein mineralischer Nährstoffe usw.) sowie Eintragswege (bei permanenten und temporären Wasserflüssen, bei Niederschlägen aus der Atmosphäre, Verdunstung von mineralisiertem Grundwasser) und anderen Faktoren.

Als Element der aktiven Bioabsorption und Akkumulation sowie als Analogon von Kalzium gelangt Strontium leicht über die Nahrungskette vom Boden in Pflanzen und tierische Organismen und reichert sich in bestimmten Organen und Geweben an. Bei Pflanzen – im mechanischen Gewebe vegetativer Organe, bei Tieren – im Knochengewebe, in den Nieren und in der Leber. Abhängig von den biologischen Eigenschaften des Körpers und den Eigenschaften der Umwelt reichert sich das Element jedoch in unterschiedlichen Mengen an und wird unterschiedlich schnell ausgeschieden.

Strontium hemmt die Entwicklung von Mikroorganismen, bringt die meisten von ihnen in die Resistenzzone und stört das Wachstum und die lebenswichtige Aktivität von Pilzen, Wirbellosen und Krebstieren. Strontiumradionuklid verursacht Mutationen auf genetischer Ebene, die sich anschließend in morphologischen Veränderungen äußern.

Der Giftstoff hat eine hohe Migrationsfähigkeit, insbesondere in einer flüssigen Umgebung (Reservoirs, Bodenlösung, leitendes Pflanzengewebe, Galle und das Kreislaufsystem von Mensch und Tier). Unter bestimmten Boden- und Umweltbedingungen kommt es jedoch zu Niederschlägen und Akkumulation.

Strontium hemmt den Fluss von Kalzium und teilweise Phosphor in lebende Organismen. Dabei werden die Struktur der Membranen und des Bewegungsapparates, die Zusammensetzung von Blut, Gehirnflüssigkeit usw. gestört.

Bei der Untersuchung analytischer Methoden zur Bestimmung von Schadstoffen in Proben können wir den Schluss ziehen, dass viele Methoden mit der Röntgenfluoreszenzanalyse konkurrieren können und diese sogar in der Empfindlichkeit übertreffen, gleichzeitig aber auch einige Nachteile haben. Zum Beispiel: Notwendigkeit einer Vorabtrennung, Sedimentation des zu bestimmenden Elements, störender Einfluss von Fremdelementen, erheblicher Einfluss der Matrixzusammensetzung, Überlappung von Spektrallinien, langwierige Probenvorbereitung und schlechte Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, hohe Kosten für Ausrüstung und Betrieb .

Auch biologische Testmethoden gehören zu einer Gruppe hochempfindlicher Analysemethoden und zeichnen sich durch ihre Einfachheit, vergleichsweise unprätentiöse Laborbedingungen, niedrige Kosten und Vielseitigkeit aus.

Bietet an

In Gebieten mit radioaktiver Kontamination sollten Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung darauf abzielen:

Reduzierung des Gehalts an Radionukliden in pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln durch Agrosanierung und Veterinärmaßnahmen. Bei Tieren, die während des Unfalls von Tschernobyl Strontiumsorbentien (Bariumsulfat, Bentonit und darauf basierende modifizierte Präparate) erhielten, konnte mit diesen Maßnahmen eine 3- bis 5-fache Reduzierung der Ablagerung von Radionukliden im Knochengewebe von Tieren erreicht werden ;

Zur technologischen Verarbeitung kontaminierter Rohstoffe;

Für die kulinarische Verarbeitung von Lebensmitteln, Ersetzen kontaminierter Lebensmittel durch saubere.

Bei der Arbeit mit radioaktivem Strontium ist es erforderlich, die Hygienevorschriften und radioaktiven Sicherheitsstandards einzuhalten und besondere Schutzmaßnahmen entsprechend der Arbeitsklasse anzuwenden.

Bei der Vorbeugung der Folgen der Strahlung sollte viel Wert auf die Erhöhung der Widerstandskraft des Körpers der Opfer gelegt werden (rationale Ernährung, gesunde Lebensweise, Sport usw.).

Die Untersuchung und Regulierung der Versorgung und Anreicherung von Strontium in Ökosystemelementen ist ein Komplex komplexer arbeitsintensiver und energieaufwendiger Aktivitäten der Labor- und Feldforschung. Daher besteht die beste Möglichkeit, das Eindringen von Giftstoffen in Landschaften und Organismen zu verhindern, darin, umweltgefährdende Objekte in der Umgebung – Verschmutzungsquellen – zu überwachen.

Liste der verwendeten Literatur

1. Isidorov V.A., Einführung in die chemische Ökotoxikologie: Lehrbuch. - St. Petersburg: Khimizdat, 1999. - 144 S.: Abb.

2. Kaplin V.G., Grundlagen der Ökotoxikologie: Lehrbuch. - M.: KolosS, 2006. - 232 S.: Abb.

3. Kabata-Pendias A., Pendias X. Mikroelemente in Böden und Pflanzen: Transl. aus dem Englischen - M.: Mir, 1989. - 439 S.: Abb.

4. Orlov D.S., Ökologie und Schutz der Biosphäre bei chemischer Verschmutzung: Lehrbuch für Chemie, chemische Technologie. und Biol. Spezialist. Universitäten/D.S. Orlov, L.K. Sadovnikova, I.N. Lozanovskaya.- M.: Höher. Schule, - 2002.- 334 S.: Abb.

5. Poluektov N.S., Mishchenko V.T., Analytische Chemie von Strontium: Lehrbuch. - M.: Nauka, 1978.- 223 S.

6. V.D. Turovtsev V.D., Krasnov V.S., Bioindikation: Lehrbuch. - Twer: Twer. Zustand Univ., 2004. - 260 S.

Gepostet auf Allbest.ru

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Atom- und Molekülmasse von Strontium

DEFINITION

Relative Molekülmasse des Stoffes (M r) ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist, und relative Atommasse eines Elements (A r)— Wie oft ist die durchschnittliche Masse der Atome eines chemischen Elements größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms?

Da Strontium im freien Zustand in Form einatomiger Sr-Moleküle vorliegt, stimmen die Werte seiner Atom- und Molekülmassen überein. Sie betragen 87,62.

Allotropie und allotrope Modifikationen von Strontium

Strontium liegt in drei kristallinen Formen vor, die jeweils über einen bestimmten Temperaturbereich stabil sind. Somit ist α-Strontium (kubisch-flächenzentriertes Gitter) bis 215 °C stabil, über 605 °C - g - Strontium (kubisch-raumzentriertes Gitter) und im Temperaturbereich 215 - 605 °C - b- Strontium (sechseckiges Gitter).

Strontiumisotope

Es ist bekannt, dass Rubidium in der Natur in Form des einzigen stabilen Isotops 90 Sr vorkommt. Die Massenzahl beträgt 90, der Atomkern enthält achtunddreißig Protonen und zweiundfünfzig Neutronen. Radioaktiv.

Strontiumionen

Auf dem äußeren Energieniveau des Strontiumatoms befinden sich zwei Elektronen, die Valenz sind:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2 .

Durch chemische Wechselwirkung gibt Strontium seine Valenzelektronen ab, d.h. ist ihr Donor und verwandelt sich in ein positiv geladenes Ion:

Sr 0 -2e → Sr 2+ .

Strontiummolekül und -atom

Im freien Zustand liegt Strontium in Form einatomiger Sr-Moleküle vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Strontiumatom und -molekül charakterisieren:

Strontiumlegierungen

Strontium hat in der Metallurgie als Legierungsbestandteil von Legierungen auf Kupferbasis breite Anwendung gefunden.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung

Bestimmen Sie, welche der beiden angegebenen Basen stärker ist: Strontium(II)-hydroxid (Sr(OH) 2) oder Cadmiumhydroxid (Cd(OH) 2)?

Lösung

Vor der Beantwortung der Problemfrage ist es notwendig, eine Vorstellung davon zu geben, was unter der Kraft des Fundaments zu verstehen ist. Fundamentstärke- Dies ist ein Merkmal dieser Klasse anorganischer Verbindungen und zeigt die Stärke der Bindung von Protonen, die während einer chemischen Reaktion vom Lösungsmittelmolekül „abgerissen“ wurden.

Strontium und Cadmium liegen im gleichen Zeitraum und in der gleichen Gruppe des Periodensystems von D.I. Mendeleev (II), nur in verschiedenen Untergruppen. Strontium ist ein Element der Hauptuntergruppe und Cadmium ist eine Nebenuntergruppe.

Bei gleicher Anzahl an Elektronenhüllen ist der Radius eines Cadmiumatoms kleiner als der von Strontium, was den Verlust eines Elektrons aus dem Atom erschwert.

Darüber hinaus ist die Elektronegativität von Cadmium höher als die von Strontium, sodass Cadmium „mit größerer Freude“ Elektronen von einem anderen Atom annimmt, als seine eigenen abzugeben; daher ist Strontium(II)hydroxid (Sr(OH) 2) eine stärkere Base.

Antwort

Strontium(II)-hydroxid (Sr(OH) 2)

Lange vor der Entdeckung des Strontiums wurden seine noch nicht entschlüsselten Verbindungen in der Pyrotechnik zur Erzeugung roter Lichter verwendet. Und bis Mitte der 40er Jahre des letzten Jahrhunderts war Strontium vor allem das Metall von Feuerwerkskörpern, Spaß und Feuerwerk. Das Atomzeitalter hat uns dazu gebracht, es anders zu betrachten. Erstens als ernsthafte Bedrohung für alles Leben auf der Erde; zweitens als Material, das bei der Lösung schwerwiegender Probleme in Medizin und Technik sehr nützlich sein kann. Aber dazu später mehr. Beginnen wir mit der Geschichte des „lustigen“ Metals, mit einer Geschichte, in der die Namen vieler großer Wissenschaftler zu finden sind.

Viermal offenes „Gelände“

Im Jahr 1764 wurde in einer Bleimine in der Nähe des schottischen Dorfes Strontian ein Mineral namens Strontianit gefunden. Lange Zeit galt es als eine Art Fluorit CaF 2 oder Witherit BaCO 3 , doch 1790 analysierten die englischen Mineralogen Crawford und Cruickshank dieses Mineral und stellten fest, dass es eine neue „Erde“, in der heutigen Sprache ein Oxid, enthielt.

Offenbar lag die Entdeckung bereits „in der Luft“, denn fast zeitgleich verkündete der prominente deutsche Chemiker Klaproth die Entdeckung einer neuen „Erde“.

In denselben Jahren stieß auch der berühmte russische Chemiker, Akademiker Toviy Egorovich Lovitz, auf Spuren von „Strontianerde“. Er interessierte sich schon lange für das Mineral Schwerspat. In diesem Mineral (seine Zusammensetzung ist BaSO 4) entdeckte Karl Scheele 1774 das Oxid des neuen Elements Barium. Wir wissen nicht, warum Lovitz eine Vorliebe für schweren Sparren hatte; Wir wissen nur, dass der Wissenschaftler, der die Adsorptionseigenschaften von Kohle entdeckte und viel mehr auf dem Gebiet der allgemeinen und organischen Chemie tat, Proben dieses Minerals sammelte. Aber Lovitz war nicht nur ein Sammler; er begann bald, Schwerspat systematisch zu untersuchen und kam 1792 zu dem Schluss, dass dieses Mineral eine unbekannte Verunreinigung enthielt. Es gelang ihm, einiges aus seiner Sammlung herauszuholen – mehr als 100 g neue „Erde“ – und er erforschte weiterhin deren Eigenschaften. Die Ergebnisse der Studie wurden 1795 veröffentlicht. Lowitz schrieb damals: „Ich war angenehm überrascht, als ich ... den hervorragenden Artikel von Herrn Professor Klaproth über die strontische Erde las, über den es bis dahin eine sehr unklare Vorstellung gab.“ Alle von ihm angegebenen Eigenschaften der Salze des Hydrochlorid- und Nitratmediums stimmen in allen Punkten vollkommen mit den Eigenschaften meiner gleichen Salze überein. Ich musste einfach nachschauen. Die bemerkenswerte Eigenschaft von Strontiumerde besteht darin, die Alkoholflamme und auch mein Salz karminrot zu färben. besaß dieses Anwesen vollständig.“

Fast gleichzeitig kamen mehrere Forscher in verschiedenen Ländern der Entdeckung von Strontium nahe. In elementarer Form wurde es jedoch erst 1808 isoliert.

Schon der herausragende Wissenschaftler seiner Zeit, Humphry Davy, erkannte, dass es sich bei dem Element Strontium Erde offenbar um ein Erdalkalimetall handeln muss, und gewann es durch Elektrolyse, also auf die gleiche Weise wie Kalzium, Magnesium und Barium. Um genauer zu sein Das weltweit erste Metall Strontium wurde durch Elektrolyse seines angefeuchteten Hydroxids gewonnen. Das an der Kathode freigesetzte Strontium verbindet sich sofort mit dem Strontium und bildet ein Amalgam. Durch die Zersetzung des Amalgams durch Erhitzen isolierte Davy das reine Metall.

Dieses Metall ist weiß, nicht schwer (Dichte 2,6 g/cm3), ziemlich weich und schmilzt bei 770 °C. Von den chemischen Eigenschaften her ist es ein typischer Vertreter der Familie der Erdalkalimetalle. Die Ähnlichkeit mit Calcium, Magnesium und Barium ist so groß, dass in Monographien und Lehrbüchern die einzelnen Eigenschaften von Strontium in der Regel nicht berücksichtigt, sondern am Beispiel von Calcium oder Magnesium analysiert werden.

Und in der praktischen Anwendung haben diese Metalle dem Strontium schon mehrfach den Weg geräumt, weil sie leichter zugänglich und günstiger sind. Dies geschah beispielsweise bei der Zuckerproduktion. Es war einmal ein Chemiker, der entdeckte, dass es mit dem wasserunlöslichen Strontiumdisaccharat (C 12 H 22 O 4 * 2SrO) möglich war, Zucker aus Melasse zu isolieren. Die Aufmerksamkeit für Strontium nahm sofort zu und immer mehr Menschen erhielten es, insbesondere in Deutschland und England. Doch bald stellte ein anderer Chemiker fest, dass ein ähnliches Calciumsaccharat ebenfalls unlöslich war. Und das Interesse an Strontium verschwand sofort. Es ist rentabler, billiges, häufiger vorkommendes Kalzium zu verwenden.

Das bedeutet natürlich nicht, dass Strontium völlig „sein Gesicht verloren“ hat. Es gibt Eigenschaften, die es von anderen Erdalkalimetallen unterscheiden und unterscheiden. Wir werden Ihnen ausführlicher darüber berichten.

Rote Lichter aus Strontiummetall

So nannte der Akademiker A.E. Fersman Strontium. Sobald Sie eine Prise eines der flüchtigen Strontiumsalze in die Flamme werfen, nimmt die Flamme sofort eine leuchtend karminrote Farbe an. Im Flammenspektrum erscheinen Strontiumlinien.

Versuchen wir, die Essenz dieser einfachsten Erfahrung zu verstehen. In den fünf Elektronenschalen des Strontiumatoms befinden sich 38 Elektronen. Die drei dem Kern am nächsten liegenden Schalen sind vollständig gefüllt und die letzten beiden weisen „Leerstellen“ auf. In der Brennerflamme werden Elektronen thermisch angeregt und wandern mit höherer Energie von niedrigeren zu höheren Energieniveaus. Ein solcher angeregter Zustand ist jedoch instabil und die Elektronen kehren in günstigere niedrigere Niveaus zurück und geben dabei Energie in Form von Lichtquanten ab. Ein Strontiumatom (oder -ion) sendet überwiegend Quanten mit Frequenzen aus, die der Länge roter und orangefarbener Lichtwellen entsprechen. Daher die karminrote Farbe der Flamme.

Diese Eigenschaft flüchtiger Strontiumsalze hat sie zu unverzichtbaren Bestandteilen verschiedener pyrotechnischer Zusammensetzungen gemacht. Die roten Figuren von Feuerwerkskörpern, die roten Lichter von Signal- und Leuchtraketen sind das „Handwerk“ von Strontium.

Am häufigsten werden in der Pyrotechnik Nitrat Sr(NO 3) 2, Oxalat SrC 2 O 4 und Strontiumcarbonat SrCO 3 verwendet. Strontiumnitrat wird bevorzugt: Es färbt nicht nur die Flamme, sondern dient auch als Oxidationsmittel. Bei der Zersetzung in einer Flamme wird freier Sauerstoff freigesetzt:

Sr(NO 3) 2 → SrO + N2 + 2,502

Strontiumoxid SrO färbt die Flamme nur rosa. Daher wird Chlor in der einen oder anderen Form (meist in Form von chlororganischen Verbindungen) in pyrotechnische Zusammensetzungen eingebracht, so dass sein Überschuss das Reaktionsgleichgewicht nach rechts verschiebt:

2SrO + CI 2 → 2SrCl + O 2 .

Die Strahlung von Strontiummonochlorid SrCl ist intensiver und heller als die Strahlung von SrO. Zusätzlich zu diesen Komponenten enthalten pyrotechnische Zusammensetzungen organische und anorganische brennbare Substanzen, deren Zweck darin besteht, eine große, farblose Flamme zu erzeugen.

Es gibt einige Rezepte für rote Ampeln. Nehmen wir zwei davon als Beispiel. Erstens: Sr(NO 3) 2 – 30 %, Mg – 40 %, Harze – 5 %,

Hexachlorbenzol – 5 %, Kaliumperchlorat KClO 4 – 20 %. Zweitens: Kaliumchlorat KClO 3 – 60 %, SrC2O 4 – 25 %, Harz – 15 %. Die Herstellung solcher Zusammensetzungen ist nicht schwierig, es sollte jedoch beachtet werden, dass alle pyrotechnischen Zusammensetzungen, selbst die bewährtesten, „gehandhabt“ werden müssen. Selbstgemachte Pyrotechnik ist gefährlich...

Strontium, Glasur und Emaille

Die ersten Glasuren erschienen fast zu Beginn der Töpferproduktion. Es ist bekannt, dass bereits im 4. Jahrtausend v. Chr. Sie wurden zur Abdeckung von Tonprodukten verwendet. Sie stellten fest, dass, wenn man Töpferwaren mit einer Suspension aus fein gemahlenem Sand, Kali und Kreide in Wasser bedeckt, sie dann trocknet und in einem Ofen backt, das grobe Tonpulver mit einem dünnen Film einer glasigen Substanz bedeckt wird und glatt wird und glänzend. Die glasartige Beschichtung verschließt die Poren und macht das Gefäß undurchlässig für Luft und Feuchtigkeit. Diese glasartige Substanz ist die Glasur. Später begann man, Tonprodukte zunächst mit Farben und dann mit Glasur zu beschichten. Es stellte sich heraus, dass die Lasur das Mattieren und Ausbleichen der Farben für längere Zeit verhindert. Noch später kamen Glasuren in der Steingut- und Porzellanherstellung zum Einsatz. Heutzutage werden Keramik und Metall, Porzellan und Steingut sowie verschiedene Bauprodukte mit Glasur überzogen.

Welche Rolle spielt Strontium hier?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns erneut der Geschichte zuwenden. Die Basis von Glasuren bilden verschiedene Oxide. Alkalische (Kali) und Bleiglasuren sind seit langem bekannt. Erstere basieren auf Oxiden von Silizium, Alkalimetallen (K und Na) und Kalzium. Zweitens ist auch Bleioxid vorhanden. Später wurden häufig borhaltige Glasuren verwendet. Zusätze von Blei und Bor verleihen Glasuren einen Spiegelglanz und sorgen für eine bessere Konservierung von Unterglasurfarben. Allerdings sind Bleiverbindungen giftig und Bor ist knapp.

Im Jahr 1920 verwendete American Hill erstmals eine matte Glasur, die Strontiumoxide (Sr-Ca-Zn-System) enthielt. Diese Tatsache blieb jedoch unbemerkt, und erst während des Zweiten Weltkriegs, als Blei besonders knapp wurde, erinnerte man sich an Hills Entdeckung. Und eine Lawine an Forschung ergoss sich: Dutzende (!) Rezepte für Strontiumglasuren erschienen in verschiedenen Ländern. Es gab auch Versuche, Strontium durch Kalzium zu ersetzen, doch Kalziumglasuren erwiesen sich als nicht konkurrenzfähig.

Strontiumglasuren sind nicht nur ungefährlich, sondern auch erschwinglich (Strontiumcarbonat SrCO 3 ist 3,5-mal günstiger als Bleimennige). Alle positiven Eigenschaften von Bleiglasuren sind auch für sie charakteristisch. Darüber hinaus erhalten mit solchen Glasuren beschichtete Produkte zusätzliche Härte, Hitzebeständigkeit und chemische Beständigkeit.

Emails – opake Glasuren – werden ebenfalls auf Basis von Silizium- und Strontiumoxiden hergestellt. Durch den Zusatz von Titan- und Zinkoxiden werden sie undurchsichtig gemacht. Porzellanartikel, insbesondere Vasen, werden häufig mit Krakeleeglasur verziert. Eine solche Vase scheint mit einem Netz aus farbigen Rissen überzogen zu sein. Grundlage der „Crackle“-Technologie sind unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glasur und Porzellan. Mit Glasur beschichtetes Porzellan wird bei einer Temperatur von 1280–1300 °C gebrannt, dann wird die Temperatur auf 150–220 °C gesenkt und das noch nicht vollständig abgekühlte Produkt in eine Lösung aus färbenden Salzen (z. B. Kobaltsalze, ggf.) getaucht Sie benötigen ein schwarzes Netz). Diese Salze füllen die entstandenen Risse. Anschließend wird das Produkt getrocknet und erneut auf 800-850°C erhitzt – die Salze schmelzen in den Rissen und verschließen diese. Crackle-Glasur ist in vielen Ländern der Welt beliebt und weit verbreitet. Auf diese Weise hergestellte Werke der dekorativen und angewandten Kunst werden von Amateuren geschätzt. Es bleibt hinzuzufügen, dass die Verwendung strontiumfreier Glasuren einen großen wirtschaftlichen Effekt bietet.

Strontium radioaktiv

Ein weiteres Merkmal von Strontium, das es deutlich von den Erdalkalimetallen unterscheidet, ist die Existenz des radioaktiven Isotops Strontium-90, das Biophysikern, Physiologen, Strahlenbiologen, Biochemikern und einfachen Chemikern schon seit langem Sorgen bereitet.

Durch eine nukleare Kettenreaktion entstehen aus Plutonium- und Uranatomen etwa 200 radioaktive Isotope. Die meisten von ihnen sind von kurzer Dauer. Durch die gleichen Prozesse entstehen aber auch Strontium-90-Kerne, deren Halbwertszeit 27,7 Jahre beträgt. Strontium-90 ist ein reiner Betastrahler. Dies bedeutet, dass es Ströme energiereicher Elektronen aussendet, die in relativ kurzen Entfernungen, aber sehr aktiv auf alle Lebewesen einwirken. Strontium ist als Calciumanalogon aktiv am Stoffwechsel beteiligt und lagert sich zusammen mit Calcium im Knochengewebe ab.

Strontium-90 sowie das bei seinem Zerfall entstehende Tochterisotop Yttrium-90 (mit einer Halbwertszeit von 64 Stunden emittiert Beta-Partikel) wirken sich auf das Knochengewebe und vor allem auf das besonders strahlenempfindliche Knochenmark aus. Unter dem Einfluss von Strahlung kommt es zu chemischen Veränderungen in lebender Materie. Die normale Struktur und Funktion der Zellen wird gestört. Dies führt zu schwerwiegenden Stoffwechselstörungen im Gewebe. Und als Folge davon kommt es zur Entwicklung tödlicher Krankheiten – Blutkrebs (Leukämie) und Knochenkrebs. Darüber hinaus wirkt Strahlung auf DNA-Moleküle und beeinflusst somit die Vererbung. Es hat eine schädliche Wirkung.

Der Gehalt an Strontium-90 im menschlichen Körper hängt direkt von der Gesamtleistung der explodierten Atomwaffe ab. Es gelangt in den Körper, indem es radioaktiven Staub einatmet, der bei der Explosion entsteht und vom Wind über weite Strecken getragen wird. Eine weitere Infektionsquelle ist Trinkwasser sowie pflanzliche und Milchprodukte. Doch in beiden Fällen stellt die Natur natürliche Hindernisse auf den Weg von Strontium-90 in den Körper. Nur Partikel mit einer Größe von bis zu 5 Mikrometern können in die feinsten Strukturen der Atmungsorgane eindringen, und bei einer Explosion entstehen nur wenige solcher Partikel. Zweitens wird bei einer Explosion Strontium in Form von SrO-Oxid freigesetzt, dessen Löslichkeit in Körperflüssigkeiten sehr begrenzt ist. Der Durchgang von Strontium durch das Nahrungssystem wird durch einen Faktor namens „Strontium-zu-Kalzium-Diskriminierung“ verhindert. Dies drückt sich darin aus, dass der Körper bei gleichzeitiger Anwesenheit von Kalzium und Strontium Kalzium bevorzugt. Das Ca:Sr-Verhältnis ist in Pflanzen doppelt so hoch wie im Boden. Darüber hinaus ist der Strontiumgehalt in Milch und Käse fünf- bis zehnmal geringer als in Gras, das als Viehfutter verwendet wird.

Allerdings kann man sich nicht vollständig auf diese günstigen Faktoren verlassen – sie können nur bedingt vor Strontium-90 schützen. Es ist kein Zufall, dass bis zum Verbot von Atom- und Wasserstoffwaffentests in drei Umgebungen die Zahl der Strontiumopfer von Jahr zu Jahr zunahm. Aber die gleichen schrecklichen Eigenschaften von Strontium-90 – sowohl eine starke Ionisierung als auch eine lange Halbwertszeit – wurden zum Nutzen des Menschen genutzt.

Radioaktives Strontium wird als Isotopen-Tracer bei der Untersuchung der Kinetik verschiedener Prozesse eingesetzt. Mit dieser Methode stellten sie in Tierversuchen fest, wie sich Strontium in einem lebenden Organismus verhält: wo es überwiegend lokalisiert ist, wie es am Stoffwechsel beteiligt ist und so weiter. Das gleiche Isotop wird in der Strahlentherapie als Strahlenquelle verwendet. Applikatoren mit Strontium-90 werden zur Behandlung von Augen- und Hauterkrankungen eingesetzt. Strontium-90-Präparate werden auch in Fehlerdetektoren, in Geräten zur Bekämpfung statischer Elektrizität, in einigen Forschungsinstrumenten und in Kernbatterien verwendet. Es gibt keine Entdeckungen, die grundsätzlich schädlich sind – es kommt darauf an, in wessen Hände die Entdeckung gelangt. Die Geschichte des radioaktiven Strontiums ist ein Beweis dafür.

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