ストロンチウム
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| 外見 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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銀白色 |
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| 一般特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 名称, 記号, 番号 | ストロンチウム, Sr, 38 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 分類 | アルカリ土類金属 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 族, 周期, ブロック | 2, 5, s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子量 | 87.62 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [Kr] 5s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子殻 | 2, 8, 18, 8, 2（画像） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 相 | 固体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度（室温付近） | 2.64 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点での液体密度 | 2.375 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 1050 K, 777 °C, 1431 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 1655 K, 1382 °C, 2520 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 7.43 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 蒸発熱 | 136.9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱容量 | (25 °C) 26.4 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 蒸気圧 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化数 | 2, 1[1]（強塩基性酸化物） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気陰性度 | 0.95（ポーリングの値） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー | 第1： 549.5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第2： 1064.2 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 第3： 4138 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子半径 | 215 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 195±10 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ファンデルワールス半径 | 249 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| その他 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 面心立方格子構造 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 磁性 | 常磁性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気抵抗率 | (20 °C) 132 nΩ⋅m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱伝導率 | (300 K) 35.4 W/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱膨張率 | (25 °C) 22.5 μm/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 剛性率 | 6.1 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ポアソン比 | 0.28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モース硬度 | 1.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS登録番号 | 7440-24-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主な同位体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 詳細はストロンチウムの同位体を参照 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ストロンチウム（ラテン語: strontium[2]）は原子番号38の元素で、元素記号は Sr である。軟らかく銀白色のアルカリ土類金属で、化学反応性が高い。空気にさらされると、表面が黄味を帯びてくる。天然には天青石やストロンチアン石などの鉱物中に存在する。放射性同位体のストロンチウム90 (90Sr) は放射性降下物に含まれ、その半減期は28.90年である。
名称
元素名は、1787年に発見されたストロンチアン石（ストロンチウムを含む鉱物）の産出地、スコットランドのストロンチアン(英語: Strontian、スコットランド・ゲール語: Sron an t-Sìthein)という村にちなむ。[3]。
性質
結晶構造は温度、圧力条件により異なる3種類を取り得る。常温、常圧で安定なものは面心立方格子構造 (FCC, α-Sr)、213℃〜621℃の間では六方最密充填構造（HCP,β-Sr)、621℃〜769℃の間では体心立方格子（BCC,γ-Sc)がそれぞれ最も安定となる。銀白色の金属で、比重は2.63、融点は777 °C、沸点は1382 °C。炎色反応で赤色を呈する。空気中では灰白色の酸化物被膜を生じる。水とは激しく反応し水酸化ストロンチウムと水素を生成する。
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ストロンチウムの炎色試験 1790年、バリウムの調合に携わった医師であるAdair Crawfordと同僚のWilliam Cruickshankがストロンチアン石が他の重晶石("heavy spars")の元となる石の特性とは異なる特性を示すことを認識した[14]。これによりAdairは355ページで「・・・実際にこのスコットランドの鉱物はこれまで十分に調べられていない新種の土類である可能性が高い」と締めくくっている。医師で鉱物収集家であるFriedrich Gabriel Sulzerはヨハン・フリードリヒ・ブルーメンバッハとともにストロンチアン産の鉱物を分析しストロンチアナイトと名付けた。また、毒重石とは異なり新たな土類(neue Grunderde)を含んでいるという結論を出した[15]。1793年、グラスゴー大学の化学教授Thomas Charles Hopeがストロンタイト(strontites)という名前を提案する[16][17][18][19]。1808年にハンフリー・デービー卿により、塩化ストロンチウムと酸化水銀(II)を含む混合物の電気分解により最終的に分離され、1808年6月30日の王立協会での講演で発表された[20]。他のアルカリ土類の名前に合わせ、名前をストロンチウムに変更した[21][22][23][24][25]。
ストロンチウムの最初の大規模な適用は、テンサイからの砂糖の生産であった。水酸化ストロンチウムを用いた結晶化プロセスは1849年にAugustin-Pierre Dubrunfautにより特許がとられたが[26]、1870年代初期にプロセスが改善されたことで大規模な導入が行われた。ドイツの砂糖工業は20世紀までこのプロセスをうまく利用していた。第一次世界大戦前、テンサイの砂糖産業はこのプロセスに年間10万から15万トンの水酸化ストロンチウムを使用していた[27]。水酸化ストロンチウムはこのプロセスでリサイクルされたが、製造中の損失を補う需要はミュンスターランドでストロンチアナイトの採掘を始める大きな需要を生み出すほど高かった。ドイツのストロンチアナイトの採掘はグロスタシャーで天青石鉱床の採掘が始まると終了した[28]。これらの鉱山は1884年から1941年までの世界のストロンチウム供給のほとんどを賄った。グラナダ盆地の天青石鉱床はしばらくの間知られていたが、大規模な採掘は1950年代より前には始まっていない[29]。
大気圏内核実験による核分裂生成物の中に、ストロンチウム90が比較的多いことが観察された。カルシウムとの化学的動態の類似性からストロンチウム90が骨に蓄積する可能性が考えられ、ストロンチウムの代謝に関する研究が重要なトピックとなった[30][31]。
産出
2014年のストロンチウムの生産国[32] 2015年現在の天青石としてのストロンチウムの3つの主要産出国は、中国(150,000 t)、スペイン(90,000 t)、メキシコ(70,000 t)であり、アルゼンチン(10,000 t)やモロッコ(2,500 t)は小規模産出国である。ストロンチウム鉱床はアメリカに広く存在しているが、1959年以降採掘されていない[32]。
採掘される天青石(SrSO4)の大部分は2つのプロセスにより炭酸塩に変換される。天青石を炭酸ナトリウム溶液で直接浸出するか、石炭で焙煎し硫化物を作る。2番目の段階では主に硫化ストロンチウムを含む暗色の物質が作られる。このいわゆる「黒灰」（ブラックアッシュ）は水に溶けて濾過される。炭酸ストロンチウムは二酸化炭素を入れることにより硫化ストロンチウム溶液から沈殿する[33]。硫酸塩は炭素還元により硫化物に還元される。
- SrSO4 + 2 C → SrS + 2 CO2
毎年30万トンにこのプロセスが行われている[34]。
ストロンチウム金属は、商業的には酸化ストロンチウムをアルミニウムで還元することにより製造されている。混合物から蒸留される[34]。溶融塩化カリウム中の塩化ストロンチウム溶液の電気分解により小規模で調製することもできる[35]。
- Sr2+ + 2 e- → Sr
- 2 Cl− → Cl2 + 2 e-
ストロンチウムの化合物
- 酸化ストロンチウム (SrO) - 塩基性酸化物
- 水酸化ストロンチウム (Sr(OH)2) - 強塩基
- チタン酸ストロンチウム (SrTiO3) - 常誘電体
- クロム酸ストロンチウム (SrCrO4) - 黄色顔料・ストロンチウムクロメート（ストロンチウムイエロー、ストロンシャンイエロー）の主成分。
- ストロンチアン石 (SrCO3) - 主成分炭酸ストロンチウム
- 天青石 (SrSO4) - 主成分硫酸ストロンチウム
- 硝酸ストロンチウム (Sr(NO3)2)
- 塩化ストロンチウム (SrCl2)
- 水素化ストロンチウム（SrH2）
- リン酸水素ストロンチウム (SrHPO4) - 蛍光体
- 乳酸ストロンチウム（C6H10O6Sr）
参考書籍
- 『放射化学』著：古川路明 出版：朝倉書店 1994年03月25日 ISBN 978-4-254-14545-8 C3343
出典
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- ^ Greenwood and Earnshaw, p. 111
関連項目
- ルビジウム-ストロンチウム年代測定
- 光格子時計
- ストロンチウム格子時計
外部リンク
- 国際化学物質安全性カード ストロンチウム (ICSC:1534) 日本語版(国立医薬品食品衛生研究所による), 英語版
- 『ストロンチウム』 - コトバンク
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