Strontium

Strontium ⓘ
Gefahren
	GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
Signalwort	Gefahr
Gefahrenhinweise	H261, H315
Sicherheitshinweise	P223, P231+P232, P370+P378, P422
NFPA 704 (Feuerdiamant)	2 0 2 W

Strontium, ₃₈Sr ⓘ
Strontium
Aussprache	/ˈstrɒntiəm/; (STRON-tee-əm); /ˈstrɒnʃiəm/; (STRON-shee-əm);
Erscheinungsbild	silbrig-weiß metallisch; mit blassgelber Tönung
Standard-Atomgewicht Ar°(Sr)	87.62±0.01; 87,62±0,01 (verkürzt);
Strontium im Periodensystem
	Rubidium ← Strontium → Yttrium
Ordnungszahl (Z)	38
Gruppe	Gruppe 2 (Erdalkalimetalle)
Periode	Periode 5
Block	s-Block
Elektronen-Konfiguration	[[[Krypton\|Kr]]] 5s2
Elektronen pro Schale	2, 8, 18, 8, 2
Physikalische Eigenschaften
Phase bei STP	fest
Schmelzpunkt	1050 K (777 °C, 1431 °F)
Siedepunkt	1650 K (1377 °C, 2511 °F)
Dichte (nahe r.t.)	2,64 g/cm3
in flüssigem Zustand (bei mittlerem Druck)	2,375 g/cm3
Schmelzwärme	7,43 kJ/mol
Verdampfungswärme	141 kJ/mol
Molare Wärmekapazität	26,4 J/(mol-K)
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen	+1, +2 (ein stark basisches Oxid)
Elektronegativität	Pauling-Skala: 0.95
Ionisierungsenergien	1: 549,5 kJ/mol ; 2.: 1064,2 kJ/mol ; 3.: 4138 kJ/mol ; ;
Atomradius	empirisch: 215 pm
Kovalenter Radius	195±10 pm
Van-der-Waals-Radius	249 pm
	Spektrallinien von Strontium
Sonstige Eigenschaften
Natürliches Vorkommen	primordial
Kristallstruktur	kubisch-flächenzentriert (fcc)
Thermische Ausdehnung	22,5 µm/(m⋅K) (bei 25 °C)
Thermische Leitfähigkeit	35,4 W/(m⋅K)
Spezifischer elektrischer Widerstand	132 nΩ⋅m (bei 20 °C)
Magnetische Ordnung	paramagnetisch
Molare magnetische Suszeptibilität	-92,0×10-6 cm3/mol (298 K)
Elastizitätsmodul	15,7 GPa
Schermodul	6,03 GPa
Poissonzahl	0.28
Mohs-Härte	1.5
CAS-Nummer	7440-24-6
Geschichte
Benennung	nach dem Mineral Strontianit, das wiederum nach Strontian, Schottland, benannt ist
Entdeckung	William Cruickshank (1787)
Erste Isolierung	Humphry Davy (1808)
Hauptisotope von Strontium
β+	83Rb
γ	–
γ	–
β−	89Y
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Strontium ist das chemische Element mit dem Symbol Sr und der Ordnungszahl 38. Als Erdalkalimetall ist Strontium ein weiches, silberweißes, gelbliches Metallelement, das chemisch sehr reaktiv ist. Das Metall bildet eine dunkle Oxidschicht, wenn es der Luft ausgesetzt wird. Strontium hat ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften wie seine beiden vertikalen Nachbarn im Periodensystem, Calcium und Barium. Es kommt in der Natur vor allem in den Mineralien Coelestin und Strontianit vor und wird meist aus diesen abgebaut. ⓘ

Sowohl Strontium als auch Strontianit sind nach Strontian benannt, einem Dorf in Schottland, in dessen Nähe das Mineral 1790 von Adair Crawford und William Cruickshank entdeckt wurde; im Jahr darauf wurde es aufgrund seiner karminroten Flammenfarbe als neues Element identifiziert. Strontium wurde erstmals 1808 von Humphry Davy mit Hilfe des damals neu entdeckten Verfahrens der Elektrolyse als Metall isoliert. Im 19. Jahrhundert wurde Strontium hauptsächlich bei der Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben verwendet (siehe Strontiumverfahren). Auf dem Höhepunkt der Produktion von Kathodenstrahlröhren für Fernsehgeräte wurden 75 % des Strontiumverbrauchs in den Vereinigten Staaten für das Glas der Frontplatte verwendet. Mit der Ersetzung der Kathodenstrahlröhren durch andere Anzeigemethoden ist der Strontiumverbrauch drastisch zurückgegangen. ⓘ

Während natürliches Strontium (meist das Isotop Strontium-88) stabil ist, ist das synthetische Strontium-90 radioaktiv und gehört zu den gefährlichsten Bestandteilen des nuklearen Fallouts, da Strontium vom Körper ähnlich wie Kalzium absorbiert wird. Natürliches, stabiles Strontium hingegen ist nicht gesundheitsgefährdend. ⓘ

Strontium kommt in geringen Mengen im menschlichen Körper vor, hat jedoch keine bekannte biologische Bedeutung und ist nicht essentiell. Strontiumranelat ist ein Arzneistoff zur Behandlung der Osteoporose. ⓘ

Geschichte

Flammentest für Strontium ⓘ

Strontium ist nach dem schottischen Dorf Strontian (gälisch Sròn an t-Sìthein) benannt, wo es in den Erzen der Bleiminen entdeckt wurde. ⓘ

Im Jahr 1790 erkannten Adair Crawford, ein Arzt, der sich mit der Aufbereitung von Barium beschäftigte, und sein Kollege William Cruickshank, dass die Erze von Strontian Eigenschaften aufwiesen, die sich von denen anderer Quellen für "schwere Spate" unterschieden. Dies ließ Crawford auf Seite 355 zu dem Schluss kommen, "... dass es wahrscheinlich ist, dass das schottische Mineral eine neue Art von Erde ist, die bisher noch nicht ausreichend untersucht wurde." Der Arzt und Mineraliensammler Friedrich Gabriel Sulzer analysierte zusammen mit Johann Friedrich Blumenbach das Mineral aus Strontian und nannte es Strontianit. Auch er kam zu dem Schluss, dass es sich vom Witherit unterscheidet und eine neue Erde enthält. 1793 untersuchte Thomas Charles Hope, ein Chemieprofessor an der Universität Glasgow, das Mineral und schlug den Namen Strontite vor. Er bestätigte die frühere Arbeit von Crawford und berichtete: "... Da ich es für eine besondere Erde halte, hielt ich es für notwendig, ihr einen Namen zu geben. Ich habe sie Strontites genannt, nach dem Ort, an dem sie gefunden wurde; eine Herleitung, die meiner Meinung nach ebenso angemessen ist wie jede Eigenschaft, die sie besitzen mag und die heute Mode ist." Das Element wurde schließlich 1808 von Sir Humphry Davy durch die Elektrolyse einer Mischung aus Strontiumchlorid und Quecksilberoxid isoliert und am 30. Juni 1808 in einem Vortrag vor der Royal Society bekannt gegeben. In Anlehnung an die Namensgebung für die anderen Erdalkalien änderte er den Namen in Strontium. ⓘ

Die erste großtechnische Anwendung von Strontium war die Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben. Ein Kristallisationsverfahren unter Verwendung von Strontiumhydroxid wurde zwar 1849 von Augustin-Pierre Dubrunfaut patentiert, die großtechnische Einführung erfolgte jedoch erst mit der Verbesserung des Verfahrens in den frühen 1870er Jahren. Die deutsche Zuckerindustrie setzte das Verfahren bis weit ins 20. Jahrhundert hinein ein. Vor dem Ersten Weltkrieg verbrauchte die Rübenzuckerindustrie 100.000 bis 150.000 Tonnen Strontiumhydroxid pro Jahr für dieses Verfahren. Das Strontiumhydroxid wurde bei diesem Prozess wiederverwendet, aber der Bedarf an Ersatz für die Verluste bei der Produktion war so groß, dass eine erhebliche Nachfrage entstand, die den Abbau von Strontianit im Münsterland auslöste. Der Abbau von Strontianit in Deutschland endete mit dem Beginn des Abbaus der Zelestinlagerstätten in Gloucestershire. Diese Minen lieferten von 1884 bis 1941 den größten Teil des weltweiten Strontiumbedarfs. Obwohl die Coelestin-Vorkommen im Granada-Becken schon seit einiger Zeit bekannt waren, begann der Abbau im großen Stil erst in den 1950er Jahren. ⓘ

Bei atmosphärischen Kernwaffentests wurde festgestellt, dass Strontium-90 eines der Kernspaltungsprodukte mit einer relativ hohen Ausbeute ist. Die Ähnlichkeit mit Kalzium und die Möglichkeit, dass sich Strontium-90 in den Knochen anreichert, machten die Erforschung des Strontiumstoffwechsels zu einem wichtigen Thema. ⓘ

Humphry Davy ⓘ

1808 gelang Humphry Davy durch elektrolytische Reduktion in Anwesenheit von rotem Quecksilberoxid die Darstellung von Strontiumamalgam, das er anschließend durch Destillation reinigte und so das – wenn auch noch verunreinigte – Metall erhielt. Er benannte es nach dem Strontianit analog zu den anderen Erdalkalimetallen Strontium. Reines Strontium gewann Robert Bunsen 1855 durch Elektrolyse einer Strontiumchloridschmelze. Er bestimmte auch Eigenschaften des Metalls wie etwa die spezifische Dichte des Elements. ⓘ

Vorkommen

Coelestin ⓘ

Strontium ist mit einem Anteil von 370 ppm an der kontinentalen Erdkruste auf der Erde verhältnismäßig häufig, die Elementhäufigkeit in der Erdkruste ist vergleichbar mit der von Barium, Schwefel oder Kohlenstoff. Auch im Meerwasser ist eine größere Menge Strontium vorhanden. Das Element kommt nicht gediegen, sondern stets in verschiedenen Verbindungen vor. Entsprechend den geringen Löslichkeiten sind die wichtigsten Strontiumminerale das Strontiumsulfat oder Coelestin mit einem Strontiumgehalt von bis zu 47,7 %. sowie das Strontiumcarbonat oder Strontianit mit einem Strontiumgehalt von bis zu 59,4 % Insgesamt sind bisher (Stand: 2011) rund 200 strontiumhaltige Minerale bekannt. ⓘ

Die Lagerstätten des wichtigsten Strontiumminerals, Coelestin, entstanden durch Fällung des schwerlöslichen Strontiumsulfats aus Meerwasser. Auch eine hydrothermale Bildung des Minerals ist möglich. Strontianit bildet sich ebenfalls hydrothermal oder als Sekundärmineral aus Coelestin. Die wichtigsten Strontiumlagerstätten und Abbauorte liegen in Spanien, Mexiko, der Türkei, China und im Iran. Großbritannien war ebenfalls über lange Zeit ein wichtiger Förderstaat, die Produktion endete jedoch 1992. Dabei betrug die Förderung an Strontiummineralen im Jahr 2008 weltweit 496.000 Tonnen. ⓘ

Gewinnung und Darstellung

Strontium, im Hochvakuum destilliert, unter Schutzgas in einer Glasampulle aufbewahrt. ⓘ

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Strontium und Strontiumverbindungen ist meist Coelestin (Strontiumsulfat). Aus diesem wird in der Regel zunächst Strontiumcarbonat gewonnen. Dieses ist die industriell wichtigste Strontiumverbindung und Grundstoff für die Gewinnung des Metalls und anderer Verbindungen. ⓘ

Um Strontiumcarbonat herzustellen, wird zunächst Strontiumsulfat mit Kohlenstoff bei 1100–1200 °C umgesetzt. Dabei wird das Sulfat zum Sulfid reduziert und es entstehen Strontiumsulfid und Kohlenstoffdioxid. Das Strontiumsulfid wird durch Extraktion mit heißem Wasser gereinigt.

\mathrm {SrSO_{4}+2\ C\longrightarrow SrS+2\ CO_{2}}

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Anschließend wird entweder Kohlenstoffdioxid durch die Strontiumsulfidlösung geleitet oder das Strontiumsulfid wird mit Natriumcarbonat umgesetzt. Dabei entstehen neben Strontiumcarbonat Schwefelwasserstoff beziehungsweise Natriumsulfid. Welche der beiden Varianten genutzt wird, hängt von der Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe und der Möglichkeit, die Beiprodukte zu verkaufen, ab.

\mathrm {SrS+CO_{2}+H_{2}O\longrightarrow SrCO_{3}+H_{2}S}

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Feingemahlenes Strontiumsulfat kann auch direkt mit Natrium- oder Ammoniumcarbonat zu Strontiumcarbonat umgesetzt werden. Dabei sind jedoch aufwändige Reinigungsschritte notwendig. ⓘ

Um Strontiummetall zu erhalten, wird Strontiumoxid mit Aluminium reduziert (Aluminothermie). Dabei entsteht neben elementarem Strontium eine Mischung aus Aluminium- und Strontiumoxid. Die Reaktion findet im Vakuum statt, da unter diesen Bedingungen das Strontium gasförmig vorliegt, einfach abgetrennt und in einem Kühler aufgefangen werden kann.

\mathrm {4\ SrO+2\ Al\longrightarrow 3\ Sr+SrO\cdot Al_{2}O_{3}}

ⓘ

Strontiumproduzenten im Jahr 2014 ⓘ

Die drei größten Produzenten von Strontium in Form von Coelestin (Stand 2015) sind China (150.000 t), Spanien (90.000 t) und Mexiko (70.000 t); Argentinien (10.000 t) und Marokko (2.500 t) sind kleinere Produzenten. Obwohl Strontiumvorkommen in den Vereinigten Staaten weit verbreitet sind, wurden sie seit 1959 nicht mehr abgebaut. ⓘ

Kommerziell wird das Metall durch Reduktion von Strontiumoxid mit Aluminium hergestellt. Das Strontium wird aus dem Gemisch destilliert. Strontiummetall kann in kleinem Maßstab auch durch Elektrolyse einer Lösung von Strontiumchlorid in geschmolzenem Kaliumchlorid hergestellt werden:

Sr²⁺ + 2
e-
→ Sr

2 Cl- → Cl₂ + 2
e- ⓘ

Eigenschaften

Kubisch-flächenzentrierte Struktur des Strontiums ⓘ

Physikalische Eigenschaften

Strontium ist ein im höchstreinen Zustand hellgoldgelb-glänzendes, sonst silberweißes Erdalkalimetall. Mit einem Schmelzpunkt von 777 °C und einem Siedepunkt von 1380 °C steht es beim Siedepunkt zwischen dem leichteren Calcium und dem schwereren Barium, wobei Calcium einen höheren und Barium einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt. Strontium besitzt nach Magnesium und Radium den niedrigsten Siedepunkt aller Erdalkalimetalle. Mit einer Dichte von 2,6 g/cm³ zählt es zu den Leichtmetallen. Strontium ist mit einer Mohshärte von 1,5 sehr weich und lässt sich leicht biegen oder walzen. ⓘ

Wie Calcium kristallisiert Strontium bei Raumtemperatur in einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur in der Raumgruppe Fm3m (Raumgruppen-Nr. 225) (Kupfer-Typ) mit dem Gitterparameter a = 608,5 pm sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle. Daneben sind auch zwei weitere Hochtemperaturmodifikationen bekannt. Bei Temperaturen von größer 215 °C wandelt sich die Struktur in eine hexagonal-dichteste Kugelpackung (Magnesium-Typ) mit den Gitterparametern a = 432 pm und c = 706 pm um. Oberhalb von 605 °C ist schließlich eine kubisch-innenzentrierte Struktur (Wolfram-Typ) am stabilsten. ⓘ

Chemische Eigenschaften

Strontium ist nach Barium und Radium das reaktivste Erdalkalimetall. Es reagiert direkt mit Halogenen, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Dabei bildet es immer Verbindungen, in denen es als zweiwertiges Kation vorliegt. Beim Erhitzen an der Luft verbrennt das Metall mit der typischen karminroten Flammenfärbung zu Strontiumoxid und Strontiumnitrid. ⓘ

Als sehr unedles Metall reagiert Strontium mit Wasser unter Wasserstoff- und Hydroxidbildung. Strontiumhydroxid bildet sich auch schon beim Kontakt des Metalls mit feuchter Luft. Auch in Ammoniak ist Strontium löslich, dabei bilden sich blauschwarze Ammoniakate.

\mathrm {Sr+2\ H_{2}O\longrightarrow Sr(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }

ⓘ

Im Grundwasser verhält sich Strontium meist ähnlich wie Calcium. Strontiumverbindungen sind unter schwach sauren bis basischen Bedingungen unlöslich. Erst bei niedrigerem pH-Werten tritt Strontium in gelöster Form auf. Kommt es infolge von Verwitterungsprozessen o. ä. zum Abbau von Kohlenstoffdioxid (CO₂), wird das Ausfällen von Strontium zusammen mit Calcium (als Strontium- bzw. Calciumcarbonat) verstärkt. Zusätzlich kann eine hohe Kationenaustauschkapazität des Bodens die Bindung von Strontium fördern. ⓘ

Isotope

Es sind insgesamt 34 Isotope und weitere neun Kernisomere bekannt. Von diesen kommen vier, ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr und ⁸⁸Sr, natürlich vor. In der natürlichen Isotopenzusammensetzung überwiegt dabei das Isotop ⁸⁸Sr mit einem Anteil von 82,58 %. ⁸⁶Sr mit 9,86 % und ⁸⁷Sr mit 7,0 %, sowie ⁸⁴Sr mit einem Anteil von 0,56 % sind seltener. ⓘ

⁹⁰Sr ist ein Betastrahler mit einer Zerfallsenergie von 0,546 MeV und zerfällt mit einer Halbwertzeit von 28,78 Jahren zu ⁹⁰Y, das seinerseits rasch (t_1/2 = 64,1 h) unter Aussendung von energiereicher Betastrahlung (ZE = 2,282 MeV) und von Gammastrahlung zum stabilen ⁹⁰Zr zerfällt. Dabei tritt es zumeist als sekundäres Spaltprodukt auf. Es entsteht innerhalb weniger Minuten durch mehrfachen Betazerfall aus primären Spaltprodukten der Massenzahl 90, die bei 5,7 % aller Kernspaltungen von ²³⁵U in Kernkraftwerken und Atombombenexplosionen auftreten. Damit ist ⁹⁰Sr eines der häufigsten Spaltprodukte überhaupt. ⓘ

\mathrm {^{235}_{\ 92}U+_{0}^{1}n\longrightarrow _{\ 92}^{236}U\longrightarrow _{\ 57}^{144}La+_{35}^{90}Br+2\ _{0}^{1}n}

ⓘ

\mathrm {^{235}_{\ 92}U+_{0}^{1}n\longrightarrow _{\ 92}^{236}U\longrightarrow _{\ 56}^{143}Ba+_{36}^{90}Kr+3\ _{0}^{1}n}

ⓘ

\mathrm {^{90}_{35}Br\ {\xrightarrow[{{1,91}\ {\ s}}]{\beta ^{-}}}\ _{36}^{90}Kr\ {\xrightarrow[{{32,32}\ {\ s}}]{\beta ^{-}}}\ _{37}^{90}Rb\ {\xrightarrow[{{158}\ {\ s}}]{\beta ^{-}}}\ _{38}^{90}Sr\ {\xrightarrow[{{28,78}\ {\ a}}]{\beta ^{-}}}\ _{39}^{90}Y\ {\xrightarrow[{{64,0}\ {\ h}}]{\beta ^{-}}}\ _{40}^{90}Zr}

ⓘ

Größere Mengen ⁹⁰Sr gelangen bei allen nuklearen Katastrophen in die Umwelt. Unfälle, bei denen ⁹⁰Sr in die Umwelt gelangte, waren der Windscale-Brand, bei dem 0,07 TBq ⁹⁰Sr freigesetzt wurden und die Katastrophe von Tschernobyl, bei der die freigesetzte Aktivität an ⁹⁰Sr 800 TBq betrug. Nach den oberirdischen Kernwaffentests vor allem in den Jahren 1955–58 und 1961–63 stieg die Belastung der Atmosphäre mit ⁹⁰Sr stark an. Dies führte zusammen mit der Belastung an ¹³⁷Cs 1963 zur Verabschiedung des Vertrages über das Verbot von Kernwaffenversuchen in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser, der solche Tests in den Unterzeichnerstaaten verbot. Daraufhin sank in den folgenden Jahren die Belastung der Atmosphäre wieder deutlich. Die gesamte, durch Kernwaffen freigesetzte Aktivität an ⁹⁰Sr betrug etwa 6 · 10¹⁷ Bq (600 PBq). ⓘ

Die Aufnahme von ⁹⁰Sr, das etwa über belastete Milch in den Körper gelangen kann, ist gefährlich. Durch die energiereiche Betastrahlung des Isotops können Zellen in Knochen oder Knochenmark verändert und somit Knochentumore oder Leukämien ausgelöst werden. Eine Dekorporation des in die Knochen aufgenommenen Strontiums mit Chelatbildnern ist unmöglich, da diese bevorzugt Calcium komplexieren und das Strontium im Knochen verbleibt. Eine Dekorporation mit Bariumsulfat ist nur möglich, wenn sie rasch nach der Inkorporation erfolgt, bevor der Einbau in Knochen erfolgen kann. Auch der Abbau durch biologische Vorgänge verläuft nur sehr langsam, die biologische Halbwertszeit liegt in Knochen bei 49 Jahren, die effektive Halbwertszeit von ⁹⁰Sr bei 18,1 Jahren. Möglicherweise bindet ⁹⁰Sr an Zellen der Nebenschilddrüsen. Dies würde die Häufung von Fällen eines Hyperparathyreoidismus bei Liquidatoren des Reaktors in Tschernobyl erklären. ⓘ

Die Betastrahlung von ⁹⁰Sr und ⁹⁰Y kann in Radionuklidbatterien, etwa für abgelegene Leuchttürme und Funkfeuer in der ehemaligen Sowjetunion, zur langlebigen Isotopenmarkierung, zur Dickenmessung von Materialien oder zum Kalibrieren von Geigerzählern genutzt werden. ⓘ

⁸⁷Sr ist das Zerfallsprodukt des mit einer Halbwertszeit von 48 Milliarden Jahren sehr langlebigen Rubidiumisotops ⁸⁷Rb. Aus dem Verhältnis der verschiedenen Strontiumisotope kann im Rahmen einer Strontiumisotopenanalyse daher das Alter von rubidium- und strontiumhaltigen Gesteinen wie Granit bestimmt werden. ⓘ

Strontium wird unter verschiedenen Bedingungen in unterschiedlichen Mengen in Knochen und Zähnen eingelagert. Gleichzeitig hängt das Isotopenverhältnis von ⁸⁶Sr und ⁸⁷Sr von den Gesteinen der Umgebung ab. Daher kann man aus den Isotopenverhältnissen des Strontiums mitunter Rückschlüsse auf Wanderungsbewegungen von prähistorischen Menschen ziehen. ⓘ

Der kleine deutsche Kugelhaufenreaktor namens AVR neben dem Gelände des Forschungszentrums in Jülich gilt nach Angabe des Betreibers als die am stärksten mit ⁹⁰Sr kontaminierte Nuklearanlage weltweit. Auch im Boden unter dem Reaktor befindet sich Strontium. Dieses soll beim Rückbau des Reaktors bis 2025 aufwändig entfernt werden. ⓘ

Verwendung

Durch Strontiumsalze rot gefärbtes Feuerwerk ⓘ

Strontium wird nur in geringen Mengen produziert und verwendet. Der größte Teil des produzierten Strontiumcarbonats wird für Kathodenstrahlröhren, Dauermagnete sowie die Pyrotechnik verwendet. ⓘ

Metallisches Strontium wird vor allem in der Aluminiumindustrie (Aluminiumprimär- und Sekundärhütten, sowie Gießereien) ebenso wie Natrium als gefügebeeinflussendes Mittel bei Aluminium-Siliciumlegierungen mit 7–12 % Silicium eingesetzt. Geringe Beimengungen an Strontium verändern das Eutektikum in Silicium-Aluminium-Legierungen und verbessern so die mechanischen Eigenschaften der Legierung. Dies liegt daran, dass bei Aluminium-Silicium-Legierungen ohne Strontium am Eutektikum grobe, nadelförmige, mechanisch wenig belastbare Körner ausfallen, was durch das Strontium verhindert wird. Seine „veredelnde“ Wirkung hält in gießbereiten Schmelzen (Gieß- und Warmhalteöfen) länger an als die des Natriums, da es weniger leicht oxidierbar ist. Auf dem Gebiet langsam erstarrender Schmelzen (Sandguss) hat das Strontium das über Jahrzehnte allein gebräuchliche Natrium teilweise bereits verdrängt. Bei rascher Erstarrung in metallischer Dauerform, insbesondere bei Druckguss, ist die Anwendung von Strontium nicht in jedem Fall zwingend, die Ausbildung des erwünschten feinen, „veredelten“ Gefüges wird bereits durch die rasche Erstarrung begünstigt. ⓘ

Strontium wird Ferrosilicium zugesetzt, es reguliert die Struktur des Kohlenstoffs und verhindert beim Gießen ein ungleichmäßiges Erstarren. ⓘ

Weiterhin kann Strontium als Gettermaterial in Elektronenröhren, zum Entfernen von Schwefel und Phosphor aus Stahl sowie zum Härten von Akku-Platten aus Blei genutzt werden. ⓘ

Biologische Bedeutung

Nur wenige Lebewesen nutzen Strontium in biologischen Prozessen. Hierzu zählen Acantharia, einzellige eukaryontische Lebewesen, die zu den Strahlentierchen gehören und ein häufiger Bestandteil des Zooplanktons im Meer sind. Diese nutzen als einzige Protisten Strontiumsulfat als Baumaterial für das Skelett. Dadurch bewirken sie auch Veränderungen des Strontiumgehaltes in einzelnen Meeresschichten, indem sie zunächst Strontium aufnehmen und nach dem Absterben in tiefere Schichten sinken, wo sie sich auflösen. ⓘ

Physiologische und therapeutische Bedeutung

Strontium ist nicht essentiell, es sind nur wenige biologische Wirkungen des Elementes bekannt. So ist es möglich, dass Strontium hemmend gegenüber Karies wirkt. ⓘ

Im Tierversuch bei Schweinen zeigten sich durch eine strontiumreiche und calciumarme Ernährung Symptome wie Koordinationsstörungen, Schwachheit und Lähmungserscheinungen. ⓘ

Strontium hat in seinen Eigenschaften große Ähnlichkeit mit Calcium. Jedoch wird es im Gegensatz zu Calcium nur in geringen Mengen über den Darm aufgenommen. Verantwortlich hierfür ist möglicherweise der größere Ionenradius des Elementes. Der Gehalt an Strontium beträgt durchschnittlich bei einem 70 Kilogramm schweren Mann nur 0,32 g, im Vergleich dazu enthält der Körper etwa 1000 g Calcium. Das aufgenommene Strontium wird – wie Calcium – vor allem in den Knochen gespeichert, was eine Behandlungsoption für die Osteoporose darstellt. Durch Salzbildung mit organischen Säuren wie Ranelicsäure oder Malonsäure wird eine entsprechend hohe Bioverfügbarkeit erreicht. ⓘ

⁸⁹Sr wird als Chlorid (unter dem Handelsnamen „Metastron“) zur Radionuklidtherapie von Knochenmetastasen verwendet. ⓘ

Sicherheitshinweise

Wie andere Erdalkalimetalle ist Strontium brennbar. Es reagiert mit Wasser oder Kohlenstoffdioxid, so dass diese nicht als Löschmittel verwendet werden können. Zum Löschen sollten Metallbrandlöscher (Klasse D) verwendet werden, zudem ist die Verwendung von trockenem Sand, Salz und Löschpulver möglich. Weiterhin bildet sich bei Kontakt mit Wasser Wasserstoff, der explosionsgefährlich ist. Für die Beseitigung kleiner Mengen kann Strontium mit Isopropanol, tert-Butanol oder Octanol umgesetzt werden. ⓘ

Verbindungen

Wie alle Erdalkalimetalle kommt Strontium in stabilen Verbindungen ausschließlich in der Oxidationsstufe +2 vor. Es handelt sich in der Regel um farblose, häufig gut wasserlösliche Salze. ⓘ

Halogenide

Mit den Halogenen Fluor, Chlor, Brom und Iod bildet Strontium jeweils ein Halogenid mit der allgemeinen Formel SrX₂. Es sind typische, farblose und bis auf Strontiumfluorid gut wasserlösliche Salze. Sie können durch Umsetzung von Strontiumcarbonat mit Halogenwasserstoffsäuren wie Flusssäure oder Salzsäure dargestellt werden. Verwendung findet unter anderen Strontiumchlorid als Zwischenprodukt für die Herstellung anderer Strontiumverbindungen sowie in Zahnpasta, wo es gegen schmerzempfindliche Zähne wirken soll. ⓘ

Salze von Sauerstoffsäuren

Industriell wichtig sind vor allem die Strontiumsalze von Sauerstoffsäuren wie Strontiumcarbonat, Strontiumnitrat, Strontiumsulfat oder Strontiumchromat. Strontiumcarbonat ist die wichtigste Handelsform von Strontiumverbindungen, der Großteil des abgebauten Coelestins wird zu Strontiumcarbonat umgesetzt. Verwendet wird es vor allem zur Herstellung von röntgenabsorbierendem Glas für Kathodenstrahlröhren, aber auch für die Herstellung von Strontiumferrit für Permanentmagnete oder Elektrokeramiken. Strontiumnitrat wird vorwiegend in der Pyrotechnik für die Strontium-typische rote Flammenfärbung eingesetzt, das gelbe Strontiumchromat dient als Grundierung gegen Korrosion von Aluminium im Flugzeug- oder Schiffbau. ⓘ

Weitere Strontiumverbindungen

Strontium(I)-Verbindungen

Strontium(I)-Verbindungen wurden als instabile Zwischenstufen in heißen Flammen nachgewiesen. Dabei ist Strontium(I)hydroxid, SrOH, ähnlich wie Strontium(I)chlorid, SrCl, ein starker Emitter im roten Spektralbereich und fungiert als alleiniger Farbgeber in lichtstarken und tiefgesättigten roten pyrotechnischen Leuchtsätzen. ⓘ

Organische Strontiumverbindungen

Organische Strontiumverbindungen sind nur in geringem Maße bekannt und untersucht, da sie sehr reaktiv sind und auch mit vielen Lösungsmitteln wie Ethern reagieren können. In unpolaren Lösungsmitteln sind sie dagegen unlöslich. Dargestellt wurde unter anderem ein Metallocen mit Pentamethylcyclopentadienyl-Anionen (Cp*), das in der Gasphase im Gegensatz zu anderen Metallocenen wie Ferrocen gewinkelt ist. ⓘ

Eine Übersicht über Strontiumverbindungen gibt die :Kategorie:Strontiumverbindung. ⓘ

Anwendungen

Kathodenstrahlröhren (CRT), die aus strontium- und bariumoxidhaltigem Glas hergestellt werden. Für diese Anwendung wurde früher der größte Teil der weltweiten Strontiumproduktion verbraucht. ⓘ

Strontium, das 75 % der Produktion ausmacht, wurde vor allem in Glas für Farbfernseh-Kathodenstrahlröhren verwendet, wo es die Emission von Röntgenstrahlen verhindert. Diese Verwendung von Strontium ist rückläufig, da die Kathodenstrahlröhren durch andere Anzeigemethoden ersetzt werden. Dieser Rückgang hat einen erheblichen Einfluss auf den Abbau und die Veredelung von Strontium. Alle Teile der Kathodenstrahlröhre müssen Röntgenstrahlen absorbieren. Im Hals und im Trichter der Röhre wird zu diesem Zweck Bleiglas verwendet, das jedoch aufgrund der Wechselwirkung der Röntgenstrahlen mit dem Glas bräunlich wird. Deshalb wird die Frontplatte aus einer anderen Glasmischung mit Strontium und Barium hergestellt, um die Röntgenstrahlen zu absorbieren. Die für eine Recyclingstudie im Jahr 2005 ermittelten Durchschnittswerte für das Glasgemisch liegen bei 8,5 % Strontiumoxid und 10 % Bariumoxid. ⓘ

Da Strontium dem Kalzium so ähnlich ist, wird es in den Knochen eingebaut. Alle vier stabilen Isotope sind in etwa denselben Anteilen enthalten, wie sie in der Natur vorkommen. Die tatsächliche Verteilung der Isotope ist jedoch von einem geografischen Ort zum anderen sehr unterschiedlich. Daher kann die Analyse der Knochen eines Individuums helfen, die Region zu bestimmen, aus der es stammt. Dieser Ansatz hilft bei der Identifizierung alter Migrationsmuster und der Herkunft vermischter menschlicher Überreste in Gräbern auf Schlachtfeldern. ⓘ

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnisse werden üblicherweise verwendet, um die wahrscheinlichen Herkunftsgebiete von Sedimenten in natürlichen Systemen zu bestimmen, insbesondere in marinen und fluvialen Umgebungen. Dasch (1969) wies nach, dass Oberflächensedimente des Atlantiks ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnisse aufweisen, die als Massenmittelwerte der ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnisse von geologischen Terrains benachbarter Landmassen angesehen werden können. Ein gutes Beispiel für ein fluvial-marines System, in dem Sr-Isotopenprovenienzstudien erfolgreich eingesetzt wurden, ist das Nil-Mittelmeer-System. Aufgrund des unterschiedlichen Alters der Gesteine, die den größten Teil des Blauen und des Weißen Nils ausmachen, können die Einzugsgebiete der sich ändernden Herkunft der Sedimente, die das Nildelta und das östliche Mittelmeer erreichen, durch Strontium-Isotopenstudien ermittelt werden. Solche Veränderungen sind im späten Quartär klimatisch gesteuert. ⓘ

In jüngerer Zeit wurden ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnisse auch zur Bestimmung der Herkunft alter archäologischer Materialien wie Holz und Mais im Chaco Canyon, New Mexico, verwendet. Das ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Verhältnis in Zähnen kann auch dazu verwendet werden, Tierwanderungen nachzuvollziehen. ⓘ

Strontiumaluminat wird häufig für im Dunkeln leuchtende Spielzeuge verwendet, da es chemisch und biologisch inert ist. ⓘ

Strontiumsalze werden Feuerwerkskörpern zugesetzt, um rote Farben zu erzeugen. ⓘ

Strontiumcarbonat und andere Strontiumsalze werden Feuerwerkskörpern zugesetzt, um eine tiefrote Farbe zu erzeugen. Durch denselben Effekt werden Strontiumkationen im Flammentest identifiziert. Feuerwerkskörper verbrauchen etwa 5 % der Weltproduktion. Strontiumcarbonat wird bei der Herstellung von Hartferritmagneten verwendet. ⓘ

Strontiumchlorid wird manchmal in Zahnpasta für empfindliche Zähne verwendet. Eine beliebte Marke enthält 10 % Strontiumchloridhexahydrat nach Gewicht. Kleine Mengen werden bei der Raffination von Zink verwendet, um geringe Mengen an Bleiverunreinigungen zu entfernen. Das Metall selbst wird in begrenztem Umfang als Getter verwendet, um unerwünschte Gase im Vakuum durch Reaktion mit ihnen zu entfernen, obwohl auch Barium für diesen Zweck verwendet werden kann. ⓘ

Der ultraschmale optische Übergang zwischen dem elektronischen Grundzustand [Kr]5s₂ ¹S₀ und dem metastabilen angeregten Zustand [Kr]5s5p ³P₀ von ⁸⁷Sr ist einer der Hauptkandidaten für die künftige Neudefinition der Sekunde als optischer Übergang im Gegensatz zu der derzeitigen Definition, die von einem Mikrowellenübergang zwischen verschiedenen Hyperfein-Grundzuständen von ¹³³Cs abgeleitet ist. Aktuelle optische Atomuhren, die mit diesem Übergang arbeiten, übertreffen bereits die Präzision und Genauigkeit der derzeitigen Definition der Sekunde. ⓘ

Biologische Rolle

Acantharea, eine relativ große Gruppe mariner radiolarer Protozoen, produzieren komplizierte Mineralskelette, die aus Strontiumsulfat bestehen. In biologischen Systemen wird Kalzium in geringem Umfang durch Strontium ersetzt. Im menschlichen Körper wird der größte Teil des aufgenommenen Strontiums in den Knochen abgelagert. Das Verhältnis von Strontium zu Kalzium in den menschlichen Knochen liegt zwischen 1:1000 und 1:2000 und damit in etwa im gleichen Bereich wie im Blutserum. ⓘ

Wirkung auf den menschlichen Körper

Der menschliche Körper nimmt Strontium auf, als wäre es sein leichteres Pendant Calcium. Da sich die Elemente chemisch sehr ähnlich sind, stellen stabile Strontiumisotope keine nennenswerte Gesundheitsgefahr dar. Der durchschnittliche Mensch nimmt etwa zwei Milligramm Strontium pro Tag auf. Bei Erwachsenen lagert sich das aufgenommene Strontium in der Regel nur an der Oberfläche der Knochen an, aber bei Kindern kann Strontium das Kalzium im Mineral der wachsenden Knochen ersetzen und so zu Problemen beim Knochenwachstum führen. ⓘ

Die biologische Halbwertszeit von Strontium beim Menschen wird unterschiedlich angegeben: 14 bis 600 Tage, 1.000 Tage, 18 Jahre, 30 Jahre und als Obergrenze 49 Jahre. Die unterschiedlichen Angaben zur biologischen Halbwertszeit erklären sich durch den komplexen Stoffwechsel von Strontium im Körper. Durch Mittelwertbildung aller Ausscheidungswege wird die biologische Halbwertszeit jedoch auf insgesamt etwa 18 Jahre geschätzt. Die Ausscheidungsrate von Strontium wird durch Alter und Geschlecht stark beeinflusst, was auf Unterschiede im Knochenstoffwechsel zurückzuführen ist. ⓘ

Das Medikament Strontiumranelat fördert das Knochenwachstum, erhöht die Knochendichte und verringert die Häufigkeit von Wirbel-, peripheren und Hüftfrakturen. Allerdings erhöht Strontiumranelat auch das Risiko von venösen Thromboembolien, Lungenembolien und schweren Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich Herzinfarkt. Seine Verwendung ist daher inzwischen eingeschränkt. Seine positive Wirkung ist ebenfalls fraglich, da die erhöhte Knochendichte zum Teil auf die erhöhte Dichte von Strontium gegenüber dem Kalzium, das es ersetzt, zurückzuführen ist. Außerdem reichert sich Strontium im Körper an. Trotz der Beschränkungen für Strontiumranelat ist Strontium immer noch in einigen Nahrungsergänzungsmitteln enthalten. Es gibt nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse über die Risiken von Strontiumchlorid bei oraler Einnahme. Personen mit einer persönlichen oder familiären Vorgeschichte von Blutgerinnungsstörungen wird geraten, Strontium zu meiden. ⓘ

Strontium hemmt nachweislich sensorische Reizungen, wenn es topisch auf die Haut aufgetragen wird. Es hat sich gezeigt, dass Strontium bei topischer Anwendung die Regenerationsrate der epidermalen Permeabilitätsbarriere (Hautbarriere) beschleunigt. ⓘ

Nuklearer Abfall

Strontium-90 ist ein radioaktives Spaltprodukt, das in Kernreaktoren für die Kernenergienutzung erzeugt wird. Es ist ein Hauptbestandteil von hochradioaktivem Atommüll und abgebrannten Kernbrennstoffen. Seine Halbwertszeit von 29 Jahren ist so kurz, dass seine Zerfallswärme zum Betrieb arktischer Leuchttürme genutzt wurde, aber so lang, dass es Hunderte von Jahren dauern kann, bis es auf ein sicheres Niveau abgeklungen ist. Die Exposition durch kontaminiertes Wasser und Lebensmittel kann das Risiko von Leukämie, Knochenkrebs und primärem Hyperparathyreoidismus erhöhen. ⓘ

Sanierung

Algen haben in Studien eine Selektivität für Strontium gezeigt, während die meisten Pflanzen, die zur Bioremediation eingesetzt werden, keine Selektivität zwischen Kalzium und Strontium zeigen, da sie oft mit Kalzium gesättigt sind, das in größeren Mengen und auch in Atommüll vorhanden ist. ⓘ

Forscher haben die Bioakkumulation von Strontium durch Scenedesmus spinosus (Algen) in simulierten Abwässern untersucht. Der Studie zufolge verfügt S. spinosus über eine hochselektive Biosorptionskapazität für Strontium, was darauf hindeutet, dass sie für die Nutzung von nuklearen Abwässern geeignet sein könnte. ⓘ

Eine Studie über die Teichalge Closterium moniliferum, die nicht-radioaktives Strontium verwendet, ergab, dass eine Veränderung des Verhältnisses von Barium zu Strontium im Wasser die Strontiumselektivität verbessert. ⓘ

Gefahren
GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
Signalwort	Gefahr
Gefahrenhinweise	H261, H315
Sicherheitshinweise	P223, P231+P232, P370+P378, P422
NFPA 704 (Feuerdiamant)	2 0 2 W