Faits Sur Le Strontium

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Propriétés, sources et utilisations de l'élément strontium.

Le strontium est un métal argenté doux aux utilisations multiples: il bloque les rayons X émis par les tubes d’image télévisés; il fait briller la peinture dans le noir; et il est responsable des rouges brillants dans les feux d'artifice. Le strontium joue également un rôle important dans la détermination des origines des espèces: les anthropologues mesurent les niveaux d'ions strontium dans les os et les dents afin de déterminer les origines géographiques des humains et des animaux anciens. Alors que le strontium naturel est inoffensif, l'un de ses isotopes, le Sr-90, a une réputation plus sinistre: c'est un sous-produit dangereux des retombées nucléaires.

Très réactif

Le strontium est assez commun dans la nature - il est le 15ème élément le plus abondant de la croûte terrestre, selon la Minerals Education Coalition (MEC). Selon le US Geological Survey (USGS), le strontium est présent dans environ 0,03% de toutes les roches ignées. Le strontium naturel est un mélange de quatre isotopes stables - Sr-84, Sr-86, Sr-87 et Sr-88 - et se trouve principalement dans les minéraux célestite et strontianite.

Comme les autres métaux alcalins, le strontium est hautement réactif chimiquement et réagit avec l'air et l'eau. Lorsqu'il est exposé à l'air, il brûle avec une flamme rouge vif. Lorsqu'il est combiné à de l'eau, le strontium dégage de l'hydrogène et de l'hydroxyde de strontium, un puissant irritant.

Bien que le strontium naturel soit stable et non dangereux pour la santé, l'isotope synthétique Sr-90 est radioactif et constitue un composant dangereux des retombées nucléaires.

Les ressources mondiales en strontium dépasseraient 1 milliard de tonnes, selon l'USGS. Les principaux producteurs de strontium sous forme de célestine sont la Chine et l'Espagne, suivis du Mexique, de l'Argentine et du Maroc. Bien que les dépôts de strontium soient répandus aux États-Unis, ils ne sont plus exploités depuis 1959.

Juste les faits

  • Numéro atomique (nombre de protons dans le noyau): 38
  • Symbole atomique (sur le tableau périodique des éléments): Sr
  • Poids atomique (masse moyenne de l'atome): 87.62
  • Densité: 2,64 grammes par centimètre cube
  • Phase à température ambiante: solide
  • Point de fusion: 1 431 degrés Fahrenheit (777 degrés Celsius)
  • Point d'ébullition: 1 322 degrés Celsius
  • Nombre d'isotopes (atomes d'un même élément avec un nombre de neutrons différent): 28 dont les demi-vies sont connues; 4 écurie
  • Isotopes les plus courants: Sr-88 (abondance naturelle de 82,58%); Sr-86 (9,86%); Sr-87 (7%); Sr-84 (0,56 pour cent)

Configuration électronique et propriétés élémentaires du strontium.

Configuration électronique et propriétés élémentaires du strontium.

Crédit: Greg Robson / Creative Commons, Andrei Marincas Shutterstock

Les usages

Du strontium métallique en poudre fine s'enflamme spontanément à la température ambiante. Si vous avez déjà tiré un feu d'artifice rouge ou une fusée éclairante routière ou utilisé de la peinture brillante dans le noir, vous avez probablement été témoin de carbonate de strontium en action. Ces sels de strontium dégagent une couleur rouge brillant et sont également utilisés pour stabiliser les mélanges de feux d'artifice, selon Thought Co.

Le strontium est également utilisé principalement dans le verre pour les tubes cathodiques de télévision couleur (CRT), où il est utilisé pour empêcher l’émission de rayons X. Toutefois, cette utilisation diminue rapidement, car les tubes cathodiques sont remplacés en raison des progrès réalisés dans les technologies à écran plat, qui nécessitent de plus petites quantités de carbonate de strontium. Cela a eu un impact significatif sur l'extraction et le raffinage du strontium, selon l'USGS.

Le strontium est également utilisé dans les aimants en ferrite (oxyde de fer associé à un ou plusieurs éléments métalliques) ou dans les procédés de raffinage du zinc. L'élément peut également générer de l'électricité pour les véhicules spatiaux, les stations météorologiques éloignées et les bouées de navigation. Le chlorure de strontium hexahydraté est un ingrédient dans le dentifrice pour les dents sensibles, selon la Royal Society of Chemistry (RSC).

Découverte

En 1787, un rocher inhabituel a été découvert dans une mine de plomb du village écossais de Strontian et amené à Edimbourg pour inspection. Là, il a été analysé par le chimiste et médecin irlandais Adair Crawford. Alors que certains pensaient qu'il s'agissait d'un type de composé de baryum, Crawford découvrit bientôt qu'il s'agissait d'un nouveau minéral contenant une substance inconnue qu'il nomma strontia, d'après le village, d'après RSC.

En 1791, Thomas Charles Hope, chimiste à Edimbourg, produisit un certain nombre de composés à base de strontium, notant également que la flamme de la bougie brûlait de rouge - contrairement aux composés à base de baryum qui dégageaient une couleur verte, selon RSC. Pendant ce temps, le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth effectuait également des tests sur le nouveau minéral et avait réussi à produire à la fois de l'oxyde de strontium et de l'hydroxyde de strontium.

En 1808, à la Royal Institution de Londres, le chimiste et inventeur Humish Davphry Davy isola le strontium en métal par électrolyse, en utilisant la méthode par laquelle il avait déjà isolé le sodium et le potassium, selon RSC.

Rencontres Strontium

La plupart du strontium se forme lors de la désintégration de l'élément rubidium. Selon Curiosity.com, chaque région de la planète a son propre ratio d’ions strontium, en fonction de la géologie locale. Ces ions de strontium entrent dans nos réserves d’eau et de nourriture et se retrouvent dans notre corps. Étant donné que les ions strontium sont chimiquement similaires au calcium et donc étroitement liés aux récepteurs de détection du calcium, le strontium peut être accidentellement incorporé dans les dents, les os et les coquillages à la place du calcium.

Les scientifiques mesurent les niveaux d'isotopes de strontium Sr-86 et Sr-87 dans des dents, des os ou des coquillages anciens, puis comparent le rapport de ces deux isotopes - l'un à l'autre ou à un autre élément, comme le calcium ou le zinc - pour déterminer le lieu d'origine, le régime alimentaire ou l'âge du spécimen.

Dans une étude de cas particulière, des anthropologues ont découvert une fosse commune vieille de 1 000 ans dans l'ancienne colonie amérindienne de Cahokia, près de Saint-Louis. Missouri. La tombe contenait les restes de 39 personnes, dont les ossements indiquaient les signes d'une fin violente. Pendant longtemps, les scientifiques ont pensé que ces personnes étaient des étrangers qui avaient été tués en tant que captifs de guerre ou intrus. Mais après avoir effectué récemment des tests de strontium sur les dents des victimes, les scientifiques ont découvert que la plupart des gens étaient nés et avaient grandi à Cahokia.

L'étude des niveaux d'isotopes du strontium dans les os a également permis aux scientifiques de mieux comprendre le régime alimentaire de nos ancêtres, sachant que les plantes ont tendance à être plus riches en strontium naturel que la viande. En 2007, par exemple, des chercheurs autrichiens ont comparé les niveaux de strontium et de zinc pour étayer l'hypothèse selon laquelle les gladiateurs romains étaient des végétariens qui mangeaient principalement de l'orge, des haricots et des fruits secs, selon RSC.

Les tests de strontium ont également lieu dans l'océan. Selon 1 000 atomes de calcium, les coquillages ne contiennent que quelques atomes de strontium, selon Sea Change Science. Des recherches ont montré que les niveaux relatifs d’eau de mer Sr-86 et Sr-87 ont évolué au fil du temps. Au cours des 40 derniers millions d’années, les niveaux de strontium-87 dans l’océan ont régulièrement augmenté. Par conséquent, à tout moment au cours de cette période de 40 millions d'années, l'océan détenait un ratio unique de Sr-86 sur Sr-87, selon Sea Change.

En fait, comme ces deux isotopes de strontium ne se décomposent pas, la proportion trouvée dans la coquille d'une ancienne créature marine, par exemple, reste inchangée même après la mort de l'animal et que sa coquille devient un fossile. Ainsi, même après des millions d'années, les scientifiques peuvent déterminer l'âge des fossiles marins en extrayant le strontium et en faisant correspondre le rapport des deux isotopes à ceux dont on sait qu'ils se sont produits dans l'eau de mer au cours d'une période donnée.

Radioactivité et Fukushima

L'isotope Sr-90 du strontium est un produit de fission nucléaire et est rejeté dans l'environnement lors des retombées nucléaires. Le Sr-90 a une demi-vie d'environ 28 ans. Lorsque le tissu osseux absorbe de grandes quantités de Sr-90 à la place du calcium, il peut détruire la moelle osseuse et provoquer le cancer.

Aux États-Unis, le Sr-90 a été libéré dans l'air au cours des essais nucléaires des années 1940 et 1950 et a finalement été absorbé par les prairies, le ventre de vache et les produits laitiers, apparaissant dans les dents des enfants dans les années 1950, selon Chemistry World. L’accident de réacteur nucléaire de Tchernobyl, en 1986, et la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi, en 2011, au Japon, ont été deux des principaux accidents nucléaires ayant entraîné la libération de Sr-90 et d’autres éléments radioactifs dans l’environnement.

L'accident de Fukushima s'est produit lors d'une série de tsunamis - déclenchés par le tremblement de terre de Tōhoku (magnitude 9,0) le 11 mars 2011 - ayant gravement endommagé la centrale nucléaire de Fukushima. Selon l'Institut océanographique de Woods Hole (WHOI), quatre des six réacteurs nucléaires ont émis des radiations dans l'atmosphère et les océans. L'accident de Fukushima a multiplié par 100 les niveaux de Sr-90 dans les eaux du Pacifique au large de la côte est du Japon, selon Science Daily.

En 2011, le radiochimiste de l'OMS, Ken Buesseler, a organisé la première expédition internationale complète pour étudier la propagation des radionucléides de Fukushima dans l'océan Pacifique. Les travaux de Buesseler révèlent que les niveaux de strontium autour de la zone de l'accident ne diminuent pas aussi rapidement que prévu. Pourtant, le niveau de ces niveaux et la raison pour laquelle ils ne sont pas encore maîtrisés est une tâche compliquée.

"Personne ne savait à quoi s'attendre", alors que les niveaux de radioactivité de Sr diminuent, ils ne sont pas revenus aux niveaux d'avant l'accident. Cela suggère des sources en cours ", a déclaré Buesseler à WordsSideKick.com. "Ces sources comprennent les fuites de réservoirs individuelles, observées principalement au cours des deux premières années après 2011, et l'écoulement des eaux souterraines d'eaux contaminées vers l'océan, ce qui est difficile, voire impossible, à arrêter complètement."

Les recherches de Buesseler sont d'une grande importance car des niveaux excessifs de strontium et d'autres éléments radioactifs constituent une menace pour les humains et les animaux marins - mais pour le moment, la libération de césium est la préoccupation majeure.

"Le strontium se comporte un peu comme le calcium, il est donc appelé" élément de recherche d'os "", a déclaré Buesseler. "En tant que tel, il a une demi-vie biologique assez longue, c’est-à-dire que le temps retenu chez les organismes humains et marins est de plusieurs années.

"Ainsi, le plus grand risque pour l'homme est l'ingestion d'organismes marins contaminés et l'accumulation de strontium radioactif dans nos os. Heureusement, les rejets initiaux de strontium radioactif étaient bien inférieurs aux isotopes de césium et, à ce jour, les niveaux de 90Sr dans les produits de la mer au large de la côte japonaise sont par conséquent petites et moins préoccupantes que pour le césium. "

Qui savait?

  • La première application à grande échelle de strontium a eu lieu dans l'industrie du sucre de betterave juste avant la Première Guerre mondiale. Plus de 100 000 tonnes d'hydroxyde de strontium ont été utilisées chaque année dans le processus de cristallisation du sucre, selon ETF.com (Exchange-Traded Funds).
  • Presque tous les composés de strontium sont traités à partir de la célestite minérale. Étant donné que la célestite contient souvent du baryum et du calcium (dont les propriétés sont similaires à celles du strontium), ce qui rend le processus de séparation difficile, il faut souvent que la célestite brute contienne au moins 90% de sulfate de strontium pour la production, selon Earth Magazine.
  • Le Sr-89 est l'ingrédient actif de Metastron, un produit radiopharmaceutique utilisé chez les patients atteints d'un cancer des os métastatique. Le strontium agit comme le calcium et s’intègre dans les zones osseuses de l’ostéogenèse accrue. Cela permet au rayonnement de se concentrer sur la zone cancéreuse.
  • Le chlorure de strontium est un ingrédient actif utilisé dans les dentifrices pour les dents sensibles. Certaines marques incluent jusqu'à 10% en poids de chlorure de strontium total hexahydraté.
  • Le titanate de strontium a un indice de réfraction extrêmement élevé et une dispersion optique supérieure à celle du diamant. Il a été utilisé comme pierre précieuse, même s'il est très doux.

Ressources additionnelles

  • Société royale de chimie: Strontium
  • Jefferson Lab: L'élément Strontium
  • Laboratoire national de Los Alamos: Strontium
  • Coalition pour l'éducation aux minéraux: Strontium


Supplément Vidéo: KEZAKO: Comment fonctionnent les feux d'artifice?.




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