El estroncio es un elemento químico ; tiene símbolo Sr y número atómico 38. Un metal alcalinotérreo , el estroncio es un elemento metálico amarillento de color blanco plateado suave que es altamente reactivo químicamente . El metal forma una capa de óxido oscuro cuando se expone al aire. El estroncio tiene propiedades físicas y químicas similares a las de sus dos vecinos verticales de la tabla periódica, el calcio y el bario . Se encuentra naturalmente principalmente en los minerales celestina y estroncianita , y se extrae principalmente de estos.
Tanto el estroncio como la estrontianita llevan el nombre de Strontian , un pueblo de Escocia cerca del cual el mineral fue descubierto en 1790 por Adair Crawford y William Cruickshank ; Fue identificado como un nuevo elemento el año siguiente por su color de prueba de llama rojo carmesí . El estroncio fue aislado por primera vez como metal en 1808 por Humphry Davy utilizando el entonces recientemente descubierto proceso de electrólisis . Durante el siglo XIX, el estroncio se utilizó principalmente en la producción de azúcar a partir de remolacha azucarera (ver proceso estrontiano ). En el apogeo de la producción de tubos de rayos catódicos de televisión , hasta el 75% del consumo de estroncio en los Estados Unidos se utilizó para el vidrio de la placa frontal. [9] Con la sustitución de los tubos de rayos catódicos por otros métodos de visualización, el consumo de estroncio ha disminuido drásticamente. [9]
Mientras que el estroncio natural (que es principalmente el isótopo estroncio-88) es estable, el estroncio-90 sintético es radiactivo y es uno de los componentes más peligrosos de la lluvia nuclear , ya que el cuerpo absorbe el estroncio de manera similar al calcio. El estroncio natural estable, por el contrario, no es peligroso para la salud.
El estroncio es un metal plateado divalente con un tinte amarillo pálido cuyas propiedades son en su mayoría intermedias y similares a las de sus vecinos del grupo calcio y bario . [10] Es más blando que el calcio y más duro que el bario. Sus puntos de fusión (777 °C) y de ebullición (1377 °C) son inferiores a los del calcio (842 °C y 1484 °C respectivamente); El bario continúa esta tendencia descendente en el punto de fusión (727 °C), pero no en el punto de ebullición (1900 °C). La densidad del estroncio (2,64 g/cm 3 ) es igualmente intermedia entre la del calcio (1,54 g/cm 3 ) y la del bario (3,594 g/cm 3 ). [11] Existen tres alótropos del estroncio metálico, con puntos de transición a 235 y 540 °C. [ cita necesaria ]
El potencial de electrodo estándar para el par Sr 2+ /Sr es −2,89 V, aproximadamente a medio camino entre los de los pares Ca 2+ /Ca (−2,84 V) y Ba 2+ /Ba (−2,92 V), y cerca de los de los metales alcalinos vecinos . [12] El estroncio es un intermediario entre el calcio y el bario en su reactividad hacia el agua, con la que reacciona al contacto para producir hidróxido de estroncio y gas hidrógeno . El metal de estroncio se quema en el aire para producir óxido de estroncio y nitruro de estroncio , pero como no reacciona con el nitrógeno por debajo de 380 °C, a temperatura ambiente sólo forma el óxido de forma espontánea. [11] Además del óxido simple SrO, el peróxido SrO 2 se puede obtener mediante oxidación directa del metal de estroncio bajo una alta presión de oxígeno, y hay alguna evidencia de un superóxido amarillo Sr(O 2 ) 2 . [13] El hidróxido de estroncio , Sr(OH) 2 , es una base fuerte, aunque no es tan fuerte como los hidróxidos de bario o los metales alcalinos. [14] Se conocen los cuatro dihaluros de estroncio. [15]
Debido al gran tamaño de los elementos pesados del bloque S , incluido el estroncio, se conoce una amplia gama de números de coordinación , desde 2, 3 o 4 hasta 22 o 24 en SrCd 11 y SrZn 13 . El ion Sr 2+ es bastante grande, por lo que la regla son números de coordinación elevados. [16] El gran tamaño del estroncio y del bario juega un papel importante en la estabilización de los complejos de estroncio con ligandos macrocíclicos polidentados como los éteres corona : por ejemplo, mientras que el 18-corona-6 forma complejos relativamente débiles con el calcio y los metales alcalinos, su estroncio y Los complejos de bario son mucho más fuertes. [17]
Los compuestos de organostroncio contienen uno o más enlaces estroncio-carbono. Se han informado como intermediarios en reacciones de tipo Barbier . [18] [19] [20] Aunque el estroncio está en el mismo grupo que el magnesio, y los compuestos de organomagnesio se usan con mucha frecuencia en toda la química, los compuestos de organostroncio no están igualmente extendidos porque son más difíciles de producir y más reactivos. Los compuestos de organostroncio tienden a ser más similares a los compuestos de organo europio o organo samario debido a los radios iónicos similares de estos elementos (Sr 2+ 118 pm; Eu 2+ 117 pm; Sm 2+ 122 pm). La mayoría de estos compuestos sólo pueden prepararse a bajas temperaturas; los ligandos voluminosos tienden a favorecer la estabilidad. Por ejemplo, el diciclopentadienilo de estroncio , Sr(C 5 H 5 ) 2 , debe prepararse haciendo reaccionar directamente el metal de estroncio con mercuroceno o el propio ciclopentadieno ; Por otro lado, reemplazar el ligando C 5 H 5 con el ligando C 5 (CH 3 ) 5 más voluminoso aumenta la solubilidad, volatilidad y estabilidad cinética del compuesto. [21]
Debido a su extrema reactividad con el oxígeno y el agua, el estroncio se encuentra naturalmente sólo en compuestos con otros elementos, como en los minerales estroncianita y celestina . Se mantiene bajo un hidrocarburo líquido como aceite mineral o queroseno para evitar la oxidación ; El estroncio metálico recién expuesto se vuelve rápidamente de color amarillento con la formación del óxido. El estroncio metálico en polvo fino es pirofórico , lo que significa que se enciende espontáneamente en el aire a temperatura ambiente. Las sales volátiles de estroncio imparten un color rojo brillante a las llamas y estas sales se utilizan en pirotecnia y en la producción de bengalas . [11] Al igual que el calcio y el bario, así como los metales alcalinos y los lantánidos divalentes europio e iterbio , el estroncio metálico se disuelve directamente en amoníaco líquido para dar una solución azul oscuro de electrones solvatados. [10]
El estroncio natural es una mezcla de cuatro isótopos estables : 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr y 88 Sr. [11] En estos isótopos, el 88 Sr es el más abundante y constituye aproximadamente el 82,6% de todo el estroncio natural, aunque la abundancia varía debido a la producción de 87 Sr radiogénico como hija del 87 Rb de larga vida en descomposición beta . [22] Esta es la base de la datación rubidio-estroncio . De los isótopos inestables, el modo de desintegración principal de los isótopos más ligeros que el 85 Sr es la captura de electrones o emisión de positrones a isótopos de rubidio, y el de los isótopos más pesados que el 88 Sr es la emisión de electrones a isótopos de itrio . De especial interés son 89 Sr y 90 Sr. El primero tiene una vida media de 50,6 días y se utiliza para tratar el cáncer de huesos debido a la similitud química del estroncio y, por tanto, a su capacidad para reemplazar el calcio. [23] [24] Si bien el 90 Sr (vida media de 28,90 años) se ha utilizado de manera similar, también es un isótopo preocupante en la lluvia radiactiva de armas nucleares y accidentes nucleares debido a su producción como producto de fisión . Su presencia en los huesos puede provocar cáncer de huesos, cáncer de tejidos cercanos y leucemia . [25] El accidente nuclear de Chernobyl de 1986 contaminó unos 30.000 km 2 con más de 10 kBq/m 2 con 90 Sr, que representa aproximadamente el 5% del 90 Sr que se encontraba en el núcleo del reactor. [26]
El estroncio lleva el nombre del pueblo escocés de Strontian ( gaélico escocés : Sròn an t-Sìthein ), donde se descubrió en los minerales de las minas de plomo. [27]
En 1790, Adair Crawford , un médico dedicado a la preparación de bario, y su colega William Cruickshank , reconocieron que los minerales de Strontian exhibían propiedades que diferían de las de otras fuentes de "lagueros pesados". [28] Esto permitió a Crawford concluir en la página 355 "... de hecho, es probable que el mineral escocés sea una nueva especie de tierra que hasta ahora no ha sido suficientemente examinada". El médico y coleccionista de minerales Friedrich Gabriel Sulzer analizó junto con Johann Friedrich Blumenbach el mineral de Estroncia y lo llamó estroncianita. También llegó a la conclusión de que era distinta de la witherita y contenía una tierra nueva (neue Grunderde). [29] En 1793, Thomas Charles Hope , profesor de química de la Universidad de Glasgow, estudió el mineral [30] [31] y propuso el nombre de estrontites . [32] [33] [34] Confirmó el trabajo anterior de Crawford y relató: "... Considerándola una tierra peculiar pensé necesario darle un nombre. La he llamado Estrontitas, por el lugar donde fue encontrada ; un modo de derivación, en mi opinión, tan apropiado como cualquier cualidad que pueda poseer, que es la moda actual." El elemento fue finalmente aislado por Sir Humphry Davy en 1808 mediante la electrólisis de una mezcla que contenía cloruro de estroncio y óxido de mercurio , y lo anunció en una conferencia ante la Royal Society el 30 de junio de 1808. [35] De acuerdo con la denominación del otras tierras alcalinas, cambió el nombre a estroncio . [36] [37] [38] [39] [40]
La primera aplicación a gran escala del estroncio fue en la producción de azúcar a partir de remolacha azucarera . Aunque Augustin-Pierre Dubrunfaut patentó un proceso de cristalización utilizando hidróxido de estroncio en 1849 [41], la introducción a gran escala se produjo con la mejora del proceso a principios de la década de 1870. La industria azucarera alemana utilizó este proceso hasta bien entrado el siglo XX. Antes de la Primera Guerra Mundial, la industria del azúcar de remolacha utilizaba entre 100.000 y 150.000 toneladas de hidróxido de estroncio al año para este proceso . [42] El hidróxido de estroncio se recicló en el proceso, pero la demanda para sustituir las pérdidas durante la producción fue lo suficientemente alta como para crear una demanda significativa que inició la extracción de estroncianita en Münsterland . La extracción de estroncianita en Alemania terminó cuando comenzó la extracción de los depósitos de celestina en Gloucestershire . [43] Estas minas suministraron la mayor parte del suministro mundial de estroncio entre 1884 y 1941. Aunque los depósitos de celestina en la cuenca de Granada eran conocidos desde hacía algún tiempo, la minería a gran escala no comenzó antes de la década de 1950. [44]
Durante las pruebas de armas nucleares atmosféricas , se observó que el estroncio-90 es uno de los productos de fisión nuclear con un rendimiento relativamente alto. La similitud con el calcio y la posibilidad de que el estroncio-90 pudiera enriquecerse en los huesos hicieron que la investigación sobre el metabolismo del estroncio se convirtiera en un tema importante. [45] [46]
El estroncio se encuentra comúnmente en la naturaleza, siendo el decimoquinto elemento más abundante en la Tierra (su congénere más pesado, el bario, es el decimocuarto), y se estima que tiene un promedio de aproximadamente 360 partes por millón en la corteza terrestre [47] y se encuentra principalmente como el mineral sulfato celestina (SrSO 4 ) y el carbonato estroncianita (SrCO 3 ). De los dos, la celestina se encuentra con mucha más frecuencia en depósitos de tamaño suficiente para la minería. Debido a que el estroncio se utiliza con mayor frecuencia en forma de carbonato, la estrontianita sería el más útil de los dos minerales comunes, pero se han descubierto pocos depósitos que sean adecuados para el desarrollo. [48] Debido a la forma en que reacciona con el aire y el agua, el estroncio solo existe en la naturaleza cuando se combina para formar minerales. El estroncio natural es estable, pero su isótopo sintético Sr-90 sólo se produce por lluvia nuclear.
En las aguas subterráneas, el estroncio se comporta químicamente de forma muy parecida al calcio. A pH intermedio a ácido, el Sr 2+ es la especie de estroncio dominante. En presencia de iones de calcio, el estroncio comúnmente forma coprecipitados con minerales de calcio como la calcita y la anhidrita a un pH elevado. En pH intermedio a ácido, el estroncio disuelto se une a las partículas del suelo mediante intercambio catiónico . [49]
El contenido medio de estroncio en el agua del océano es de 8 mg/L. [50] [51] A una concentración entre 82 y 90 μmol/L de estroncio, la concentración es considerablemente menor que la concentración de calcio, que normalmente está entre 9,6 y 11,6 mmol/L. [52] [53] Sin embargo, es mucho más alto que el del bario, 13 μg/L. [11]
Los tres principales productores de estroncio como celestina en 2015 son China (150.000 t ), España (90.000 t) y México (70.000 t); Argentina (10.000 t) y Marruecos (2.500 t) son productores más pequeños. Aunque los depósitos de estroncio se encuentran ampliamente en los Estados Unidos, no se han explotado desde 1959. [54]
Una gran proporción de celestina extraída (SrSO 4 ) se convierte en carbonato mediante dos procesos. La celestina se lixivia directamente con una solución de carbonato de sodio o la celestina se tuesta con carbón para formar el sulfuro. La segunda etapa produce un material de color oscuro que contiene principalmente sulfuro de estroncio . Esta llamada "ceniza negra" se disuelve en agua y se filtra. El carbonato de estroncio se precipita a partir de la solución de sulfuro de estroncio mediante la introducción de dióxido de carbono . [55] El sulfato se reduce al sulfuro mediante la reducción carbotérmica :
De esta forma se procesan anualmente unas 300.000 toneladas. [56]
El metal se produce comercialmente reduciendo el óxido de estroncio con aluminio . El estroncio se destila de la mezcla. [56] El estroncio metálico también se puede preparar a pequeña escala mediante electrólisis de una solución de cloruro de estroncio en cloruro de potasio fundido : [12]
El estroncio, que consumía el 75% de la producción, se utilizaba principalmente en el vidrio para tubos de rayos catódicos de televisión en color , [56] donde impedía la emisión de rayos X. [57] [58] Esta aplicación del estroncio ha ido disminuyendo porque los CRT están siendo reemplazados por otros métodos de visualización. Esta disminución tiene una influencia significativa en la extracción y refinación del estroncio. [48] Todas las partes del CRT deben absorber rayos X. En el cuello y el embudo del tubo se utiliza vidrio al plomo para este fin, pero este tipo de vidrio muestra un efecto dorado debido a la interacción de los rayos X con el vidrio. Por lo tanto, el panel frontal está hecho de una mezcla de vidrio diferente con estroncio y bario para absorber los rayos X. Los valores medios para la mezcla de vidrio determinados en un estudio de reciclaje de 2005 son 8,5% de óxido de estroncio y 10% de óxido de bario . [59]
Debido a que el estroncio es tan similar al calcio, se incorpora al hueso. Los cuatro isótopos estables están incorporados, aproximadamente en las mismas proporciones que se encuentran en la naturaleza. Sin embargo, la distribución real de los isótopos tiende a variar mucho de un lugar geográfico a otro. Por tanto, analizar el hueso de un individuo puede ayudar a determinar de qué región procede. [60] [61] Este enfoque ayuda a identificar los patrones de migración antiguos y el origen de restos humanos mezclados en los sitios de enterramiento del campo de batalla. [62]
Las relaciones 87 Sr/ 86 Sr se utilizan comúnmente para determinar las áreas probables de procedencia de sedimentos en sistemas naturales, especialmente en ambientes marinos y fluviales . Dasch (1969) demostró que los sedimentos superficiales del Atlántico presentaban proporciones de 87 Sr/ 86 Sr que podrían considerarse como promedios globales de las proporciones de 87 Sr/ 86 Sr de terrenos geológicos de masas terrestres adyacentes. [63] Un buen ejemplo de un sistema fluvial-marino en el que se han empleado con éxito estudios de procedencia de isótopos Sr es el sistema del río Nilo-Mediterráneo. [64] Debido a las diferentes edades de las rocas que constituyen la mayor parte del Nilo Azul y Blanco , las áreas de captación de la procedencia cambiante de los sedimentos que llegan al delta del río Nilo y al Mar Mediterráneo Oriental se pueden discernir a través de estudios isotópicos de estroncio. Estos cambios están controlados climáticamente a finales del Cuaternario . [64]
Más recientemente, las proporciones 87 Sr/ 86 Sr también se han utilizado para determinar la fuente de materiales arqueológicos antiguos como maderas y maíz en Chaco Canyon, Nuevo México . [65] [66] Las proporciones de 87 Sr/ 86 Sr en los dientes también se pueden utilizar para rastrear las migraciones de animales . [67] [68]
El aluminato de estroncio se utiliza con frecuencia en juguetes que brillan en la oscuridad , ya que es química y biológicamente inerte. [69]
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A los fuegos artificiales se les añade carbonato de estroncio y otras sales de estroncio para darles un color rojo intenso. [70] Este mismo efecto identifica los cationes de estroncio en la prueba de llama . Los fuegos artificiales consumen alrededor del 5% de la producción mundial. [56] El carbonato de estroncio se utiliza en la fabricación de imanes de ferrita dura . [71] [72]
El cloruro de estroncio se utiliza a veces en pastas dentales para dientes sensibles. Una marca popular incluye un 10% de hexahidrato de cloruro de estroncio total en peso. [73] Se utilizan pequeñas cantidades en el refinado de zinc para eliminar pequeñas cantidades de impurezas de plomo. [11] El metal en sí tiene un uso limitado como captador , para eliminar gases no deseados en el vacío reaccionando con ellos, aunque el bario también puede usarse para este propósito. [12]
La transición óptica ultraestrecha entre el estado fundamental electrónico [Kr]5s 2 1 S 0 y el estado excitado metaestable [Kr]5s5p 3 P 0 de 87 Sr es uno de los principales candidatos para la futura redefinición del segundo en términos de una transición óptica a diferencia de la definición actual derivada de una transición de microondas entre diferentes estados fundamentales hiperfinos de 133 Cs. [74] Los relojes atómicos ópticos actuales que operan en esta transición ya superan la precisión y exactitud de la definición actual del segundo. [75]
89 Sr es el ingrediente activo de Metastron , [76] un radiofármaco utilizado para el dolor óseo secundario al cáncer de hueso metastásico . El cuerpo procesa el estroncio como el calcio, incorporándolo preferentemente al hueso en los lugares de mayor osteogénesis . Esta localización centra la exposición a la radiación en la lesión cancerosa. [24]
El 90 Sr se ha utilizado como fuente de energía para generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG). El 90 Sr produce aproximadamente 0,93 vatios de calor por gramo (es menor para la forma del 90 Sr utilizada en los RTG, que es fluoruro de estroncio ). [77] Sin embargo, el 90 Sr tiene un tercio de vida útil y una densidad menor que el 238 Pu , otro combustible RTG. La principal ventaja del 90 Sr es que es más barato que el 238 Pu y se encuentra en los residuos nucleares . La Unión Soviética desplegó cerca de 1.000 de estos RTG en su costa norte como fuente de energía para faros y estaciones meteorológicas. [78] [79]
Acantharea , un grupo relativamente grande de protozoos radiolarios marinos , produce intrincados esqueletos minerales compuestos de sulfato de estroncio . [81] En los sistemas biológicos, el calcio se sustituye en pequeña medida por el estroncio. [82] En el cuerpo humano, la mayor parte del estroncio absorbido se deposita en los huesos. La proporción de estroncio a calcio en los huesos humanos está entre 1:1000 y 1:2000, aproximadamente en el mismo rango que en el suero sanguíneo. [83]
El cuerpo humano absorbe el estroncio como si fuera su congénere más ligero, el calcio. Debido a que los elementos son químicamente muy similares, los isótopos estables de estroncio no representan una amenaza significativa para la salud. El ser humano promedio ingiere alrededor de dos miligramos de estroncio al día. [84] En los adultos, el estroncio consumido tiende a adherirse solo a la superficie de los huesos, pero en los niños, el estroncio puede reemplazar el calcio en el mineral de los huesos en crecimiento y, por lo tanto, provocar problemas de crecimiento óseo. [85]
Se ha informado de diversas formas que la vida media biológica del estroncio en humanos es de 14 a 600 días, [86] [87] 1000 días, [88] 18 años, [89] 30 años [90] y, en un límite superior, 49 años. [91] Las amplias cifras de vida media biológica publicadas se explican por el complejo metabolismo del estroncio dentro del cuerpo. Sin embargo, al promediar todas las vías de excreción, se estima que la vida media biológica general es de unos 18 años. [92] La tasa de eliminación del estroncio se ve fuertemente afectada por la edad y el sexo, debido a diferencias en el metabolismo óseo . [93]
El fármaco ranelato de estroncio ayuda al crecimiento óseo , aumenta la densidad ósea y disminuye la incidencia de fracturas vertebrales, periféricas y de cadera . [94] [95] Sin embargo, el ranelato de estroncio también aumenta el riesgo de tromboembolismo venoso, embolismo pulmonar y trastornos cardiovasculares graves, incluido el infarto de miocardio. Por tanto, su uso está ahora restringido. [96] Sus efectos beneficiosos también son cuestionables, ya que el aumento de la densidad ósea es causado en parte por el aumento de la densidad del estroncio sobre el calcio al que reemplaza. El estroncio también se bioacumula en el cuerpo. [97] A pesar de las restricciones sobre el ranelato de estroncio , algunos suplementos todavía contienen estroncio. [98] [99] No hay mucha evidencia científica sobre los riesgos del cloruro de estroncio cuando se toma por vía oral. Se recomienda a las personas con antecedentes personales o familiares de trastornos de la coagulación sanguínea que eviten el estroncio. [98] [99]
Se ha demostrado que el estroncio inhibe la irritación sensorial cuando se aplica tópicamente sobre la piel. [100] [101] Se ha demostrado que el estroncio aplicado tópicamente acelera la tasa de recuperación de la barrera de permeabilidad epidérmica (barrera cutánea). [102]
El estroncio-90 es un producto de fisión radiactiva producido por los reactores nucleares utilizados en la energía nuclear . Es un componente importante de la radiactividad de alto nivel de los desechos nucleares y del combustible nuclear gastado . Su vida media de 29 años es lo suficientemente corta como para que su calor de desintegración se haya utilizado para alimentar faros árticos, pero lo suficientemente larga como para que pueda tardar cientos de años en descomponerse a niveles seguros. La exposición a agua y alimentos contaminados puede aumentar el riesgo de leucemia , cáncer de huesos [103] e hiperparatiroidismo primario . [104]
Las algas han mostrado selectividad por el estroncio en estudios, donde la mayoría de las plantas utilizadas en biorremediación no han mostrado selectividad entre calcio y estroncio, saturándose a menudo con calcio, que es mayor en cantidad y también está presente en los residuos nucleares. [103]
Los investigadores han observado la bioacumulación de estroncio por el alga Scenedesmus spinosus en aguas residuales simuladas. El estudio afirma una capacidad de biosorción altamente selectiva del estroncio de S. spinosus , lo que sugiere que puede ser apropiado para su uso en el tratamiento de aguas residuales nucleares. [105]
Un estudio del alga de estanque Closterium moniliferum utilizando estroncio no radiactivo encontró que variar la proporción de bario a estroncio en el agua mejoraba la selectividad del estroncio. [103]
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