Introduction
Le strontium est un métal alcalin, appartenant au groupe 2 du tableau périodique, caractérisé par son numéro atomique 38 et sa masse atomique de 87,62․
Définition et historique
Le strontium est un élément chimique de symbole Sr, découvert en 1790 par le chimiste écossais Adair Crawford dans les minéraux de strontianite․ Ce métal alcalin terreux doit son nom à la ville écossaise de Strontian٫ où il fut découvert․
Historiquement, le strontium a été isolé pour la première fois en 1808 par Humphry Davy, qui l’a obtenu par électrolyse d’un mélange de strontianite et de potasse․ Au cours du XIXe siècle, le strontium a été étudié par de nombreux chimistes, qui ont mis en évidence ses propriétés chimiques et physiques․
Aujourd’hui, le strontium est extrait principalement des minerais de céléstite et de strontianite, et est utilisé dans divers domaines tels que la pyrotechnie, la production de verre et de céramique, ainsi que dans les recherches scientifiques․
Structure
Le strontium possède une structure cristalline cubique face-centrée, avec une maille cristalline de type FCC, caractérisée par une distance entre les atomes voisins de 0,431 nm․
Numéro atomique et masse atomique
Le strontium est caractérisé par son numéro atomique, noté Z, qui vaut 38․ Ce nombre représente le nombre de protons présents dans le noyau de l’atome de strontium․ La masse atomique du strontium٫ notée Ar٫ est de 87٫62 u (unités de masse atomique)․ Cette valeur moyenne tient compte des différentes isotopes naturels du strontium٫ qui varient légèrement dans leur masse atomique․ Les isotopes les plus courants sont le strontium 84 (0٫56 %)٫ le strontium 86 (9٫86 %)٫ le strontium 87 (7٫02 %) et le strontium 88 (82٫56 %)․ La connaissance précise du numéro atomique et de la masse atomique est essentielle pour comprendre les propriétés chimiques et physiques du strontium․
Configuration électronique
La configuration électronique de l’atome de strontium est représentée par l’expression suivante ⁚ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s²․ Cette configuration montre que les orbitales s et p sont remplies, tandis que les orbitales d ne le sont pas․ Cette configuration électronique explique les propriétés chimiques du strontium, notamment son comportement comme métal alcalin et son appartenance au groupe 2 du tableau périodique․ Le strontium possède deux électrons de valence, situés sur l’orbite 5s, qui participent aux réactions chimiques․ La configuration électronique du strontium est similaire à celle des autres éléments alcalino-terreux, tels que le magnésium et le calcium, mais diffère légèrement en raison de la présence d’électrons supplémentaires dans les orbitales d․
Propriétés
Les propriétés du strontium comprennent une électronegativité faible, une réactivité chimique modérée et des propriétés physiques telles que la ductilité et laconductivité thermique․
Électronegativité et réactivité chimique
L’électronegativité du strontium est faible, ce qui signifie qu’il tend à perdre des électrons pour former des cations․ Cette propriété rend le strontium très réactif, en particulier avec les non-métaux tels que l’oxygène, le soufre et l’azote․
La réactivité chimique du strontium est influencée par sa position dans le groupe 2 du tableau périodique, où il est classé comme un métal alcalino-terreux․ Les éléments de ce groupe ont tendance à réagir violemment avec l’eau et les acides pour former des hydroxydes et des sels․
La réactivité du strontium est également influencée par sa configuration électronique, qui comprend une couche de valence incomplète․ Cela signifie que le strontium est capable de former des liaisons chimiques avec d’autres éléments pour atteindre une configuration électronique stable․
Propriétés physiques
Le strontium est un métal tendre, blanc argenté, qui se présente sous forme de poudre ou de lingots․ Il a une densité de 2,64 g/cm³ et un point de fusion de 769 °C․
Le strontium est également un bon conducteur thermique et électrique, avec une résistivité électrique de 12,5 × 10⁻⁸ Ω·m à 20 °C․ Il est également ferromagnétique à basse température, mais devient paramagnétique au-dessus de 16 K․
Les propriétés physiques du strontium sont influencées par sa structure cristalline, qui est cubique centrée sur le corps․ Cette structure confère au strontium une grande ductilité et une résistance mécanique élevée․
Les propriétés physiques du strontium sont importantes pour ses applications pratiques, notamment en pyrotechnie, où sa réactivité et sa conductivité électrique sont exploitées pour produire des feux d’artifice colorés․
Réactions
Le strontium réagit avec l’oxygène pour former de l’oxyde de strontium, avec le soufre pour former du sulfure de strontium, et avec l’azote pour former du nitrate de strontium․
Oxydation et combustion
L’oxydation du strontium est une réaction exothermique qui libère de l’énergie sous forme de chaleur et de lumière․ Lorsqu’il est exposé à l’air, le strontium réagit avec l’oxygène pour former de l’oxyde de strontium, selon la réaction ⁚
Sr + O2 → 2SrO
Cette réaction est très exothermique, ce qui signifie qu’elle libère une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur․ Lorsque le strontium est brûlé dans l’air, il produit une flamme rouge brillante, due à la présence de Sr+ dans la flamme․
La combustion du strontium est également utilisée dans les feux d’artifice pour produire des couleurs rouges vives․ Les particules de strontium en combustion émettent de la lumière à une longueur d’onde spécifique, créant ainsi une couleur rouge caractéristique․
Réactions avec les éléments alcalino-terreux
Les éléments alcalino-terreux, tels que le calcium et le magnésium, réagissent avec le strontium pour former des composés stables․ Le strontium réagit avec le carbonate de calcium pour former du carbonate de strontium et du calcium ⁚
Sr + CaCO3 → SrCO3 + Ca
De même, le strontium réagit avec le sulfure de magnésium pour former du sulfure de strontium et du magnésium ⁚
Sr + MgS → SrS + Mg
Ces réactions sont importantes pour comprendre les propriétés chimiques du strontium et ses interactions avec d’autres éléments․ Elles sont également utilisées dans diverses applications industrielles et technologiques․
En outre, le strontium réagit également avec d’autres éléments alcalino-terreux, tels que le baryum et le radium, pour former des composés similaires․
Utilisations
Le strontium est utilisé dans divers domaines, notamment la pyrotechnie pour produire des feux d’artifice colorés rouge brillant, ainsi que dans l’industrie des verres et des céramiques․
Pyrotechnie et feu d’artifice
Le strontium est largement utilisé dans la pyrotechnie pour produire des feux d’artifice colorés rouge brillant․ Les composés de strontium, tels que l’oxyde de strontium, le carbonate de strontium, le sulfure de strontium et le nitrate de strontium, sont généralement utilisés comme agents colorants․
Ces composés permettent d’obtenir des couleurs rouge vif et intense lors de la combustion․ Les feux d’artifice contenant du strontium peuvent être utilisés pour créer des effets visuels spectaculaires, tels que des explosions de couleur rouge, des gerbes et des fusées․
L’utilisation du strontium dans la pyrotechnie offre également une grande stabilité et une bonne reproductibilité des effets visuels, ce qui en fait un élément essentiel dans la fabrication des feux d’artifice․
En outre, les composés de strontium sont généralement considérés comme étant plus sûrs que d’autres agents colorants, ce qui rend leur utilisation plus attrayante pour les fabricants de feux d’artifice․
Autres utilisations
En dehors de la pyrotechnie, le strontium a de nombreuses autres applications industrielles et scientifiques․
Dans le domaine de la médecine, les isotopes radioactifs du strontium sont utilisés en médecine nucléaire pour traiter certaines formes de cancer osseux․
Dans l’industrie des matériaux, le strontium est utilisé comme additif pour améliorer les propriétés mécaniques et thermiques des verres et des céramiques․
Dans le domaine de l’énergie, le strontium est utilisé comme matériau de stockage pour les éléments combustibles nucléaires․
Enfin, le strontium est également utilisé dans la fabrication de magnéto-résistances, de capteurs de température et de composants électroniques spéciaux․
Ces différentes applications mettent en avant la grande versatilité du strontium et son importance dans de nombreux domaines scientifiques et industriels․