Resumen

Estroncio (Sr, número atómico 38) es un metal alcalinotérreo blando, de color grisáceo plateado, que ocupa el Grupo 2 de la tabla periódica. Este elemento divalente exhibe propiedades físicas y químicas intermedias entre el calcio y el bario, mostrando reactividad característica con aire y agua para formar hidróxidos y óxidos. El estroncio natural ocurre predominantemente como el mineral sulfato celestina (SrSO₄) y el carbonato estroncianita (SrCO₃), con una abundancia promedio en la corteza terrestre de 360 ppm. El elemento presenta cuatro isótopos estables (⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr, ⁸⁸Sr), siendo ⁸⁸Sr el más abundante (82.6%). Históricamente, las aplicaciones industriales se centraron en la producción de vidrio para tubos de rayos catódicos, mientras que actualmente se emplea en pirotecnia, imanes de ferrita y aplicaciones ópticas especializadas. El ⁹⁰Sr radiactivo plantea preocupaciones ambientales debido a su semivida de 28.9 años y su tendencia a acumularse en los huesos.

Introducción

El estroncio representa un metal alcalinotérreo significativo dentro del Grupo 2 de la tabla periódica, posicionado entre el calcio (número atómico 20) y el bario (56). Su descubrimiento se remonta a 1790 cuando Adair Crawford y William Cruickshank identificaron propiedades distintas en muestras minerales de Strontian, Escocia. Thomas Charles Hope propuso posteriormente el nombre "strontites" en 1793, y Sir Humphry Davy logró su aislamiento mediante electrólisis en 1808. La configuración electrónica [Kr]5s² establece su carácter divalente y propiedades alcalinotérreas.

La posición del estroncio en la tabla periódica refleja tendencias sistemáticas en radio atómico, energía de ionización y electronegatividad características de los alcalinotérreos. El elemento exhibe enlace metálico mediante electrones 5s deslocalizados manteniendo comportamiento iónico en la formación de compuestos. Su importancia industrial alcanzó su máximo en la producción de tubos de rayos catódicos, consumiendo el 75% de la producción global, aunque sus aplicaciones se han diversificado tras la evolución de las tecnologías de visualización.

Propiedades Físicas y Estructura Atómica

Parámetros Atómicos Fundamentales

El estroncio tiene número atómico 38 y configuración electrónica [Kr]5s², lo que lo clasifica como alcalinotérreo por sus dos electrones s externos. Su radio atómico mide 215 pm, intermedio entre el calcio (197 pm) y el bario (222 pm), reflejando tendencias periódicas en tamaño atómico. El radio iónico de Sr²⁺ es 118 pm, facilitando altos números de coordinación en estructuras cristalinas debido al tamaño del catión.

La primera energía de ionización es de 549.5 kJ/mol, inferior al calcio (589.8 kJ/mol) pero superior al bario (502.9 kJ/mol), coherente con la disminución de energía de ionización en el Grupo 2. La segunda energía de ionización alcanza 1064.2 kJ/mol, necesaria para formar el catión divalente. Su electronegatividad en la escala de Pauling es 0.95, indicando carácter metálico y tendencia a formar enlaces iónicos en compuestos.

Características Físicas Macroscópicas

El estroncio muestra una apariencia metálica blanda y grisáceo plateada con leve tono amarillento al cortarse fresco. El metal cristaliza en estructura cúbica centrada en las caras a temperatura ambiente, transitando por dos formas alotrópicas adicionales a 235°C y 540°C. Su densidad es 2.64 g/cm³, ubicada entre el calcio (1.54 g/cm³) y el bario (3.594 g/cm³) según tendencias periódicas.

El punto de fusión ocurre a 777°C, ligeramente inferior al calcio (842°C), mientras que su punto de ebullición alcanza 1377°C, nuevamente intermedio entre los vecinos del Grupo 2. La entalpía de fusión es 7.43 kJ/mol y la de vaporización 136.9 kJ/mol. Su capacidad calorífica específica mide 0.301 J/g·K a 25°C. Estas propiedades térmicas reflejan la fortaleza del enlace metálico y la influencia de la estructura electrónica en las energías reticulares.

Propiedades Químicas y Reactividad

Estructura Electrónica y Comportamiento de Enlace

La configuración electrónica [Kr]5s² rige el comportamiento químico del estroncio, con dos electrones externos que se ionizan fácilmente formando cationes Sr²⁺. Este estado de oxidación divalente domina todos los compuestos estables, aunque intermedios monovalentes transitorios aparecen en condiciones sintéticas especiales. El gran radio iónico facilita números de coordinación de 6 a 12 en compuestos cristalinos, prefiriéndose coordinaciones más altas en redes iónicas.

La formación de enlaces implica principalmente carácter iónico debido a las diferencias significativas de electronegatividad con no metales. Las longitudes de enlace Sr-O suelen variar entre 2.4-2.6 Å dependiendo del entorno de coordinación y parámetros reticulares. Los efectos de polarización se manifiestan con aniones pequeños y altamente cargados, introduciendo carácter covalente parcial mediante solapamiento orbital y deformación de densidad electrónica.

Propiedades Electroquímicas y Termodinámicas

El potencial estándar del par Sr²⁺/Sr mide -2.89 V, ubicando al estroncio entre los metales altamente reductores y facilitando su oxidación en ambientes acuosos y atmosféricos. Este valor se sitúa entre el calcio (-2.84 V) y el bario (-2.92 V), manteniendo la periodicidad del Grupo 2. El potencial negativo indica inestabilidad termodinámica del estroncio metálico en condiciones oxidantes.

Los valores de electronegatividad incluyen 0.95 (escala de Pauling) y 0.99 (escala de Allred-Rochow), enfatizando el carácter metálico y tendencia donadora de electrones. Las energías sucesivas de ionización siguen el patrón característico de los alcalinotérreos: 549.5 kJ/mol (primera), 1064.2 kJ/mol (segunda), con una tercera energía superior a 4200 kJ/mol debido a la ruptura del núcleo de gas noble. La afinidad electrónica se aproxima a cero, coherente con la tendencia metálica de perder electrones en lugar de ganarlos.

Compuestos Químicos y Formación de Complejos

Compuestos Binarios y Ternarios

El óxido de estroncio (SrO) se forma mediante combinación directa con oxígeno, exhibiendo estructura cristalina tipo sal gema con distancia Sr-O de 2.57 Å. El compuesto muestra fuerte basicidad, reaccionando vigorosamente con agua para producir hidróxido de estroncio. La formación de peróxido (SrO₂) ocurre bajo alta presión de oxígeno, mientras que el superóxido Sr(O₂)₂ es un sólido amarillo metastable con limitada estabilidad térmica.

Los haluros presentan tendencias sistemáticas en energía reticular y solubilidad. El fluoruro de estroncio (SrF₂) cristaliza en estructura fluorita con baja solubilidad en agua (0.017 g/100 mL a 18°C), mientras que el cloruro (SrCl₂), bromuro (SrBr₂) y yoduro (SrI₂) muestran solubilidad creciente y energías reticulares decrecientes. Los números de hidratación varían de 6 para el fluoruro a 2 para el yoduro, reflejando el efecto del tamaño del anión sobre la solvatación.

Entre los compuestos ternarios, la sulfato de estroncio (SrSO₄, celestina) se caracteriza por baja solubilidad (0.0135 g/100 mL) y estructura cristalina ortorrómbica. El carbonato (SrCO₃, estroncianita) adopta estructura aragonita con estabilidad térmica moderada. Estos minerales constituyen las fuentes naturales principales para la extracción y procesamiento del estroncio.

Química de Coordinación y Compuestos Organometálicos

El estroncio forma diversos complejos de coordinación con ligandos polidentados, especialmente éteres coronas y criptandos donde ocurre unión selectiva por tamaño. El complejo con 18-corona-6 muestra mayor estabilidad comparado con análogos de calcio debido al ajuste óptimo entre tamaño del catión y cavidad. Los números de coordinación varían de 8 a 12 en estos ensamblajes macrocíclicos, con la denticidad determinando la geometría estructural.

La química organoestróncica es limitada comparada con compuestos de magnesio debido al mayor carácter iónico y desafíos sintéticos. El dicianopentadienilo de estroncio (Sr(C₅H₅)₂) requiere síntesis en atmósfera inerte mediante reacciones de eliminación de mercurio. Estos compuestos son sensibles al aire y humedad, descomponiéndose fácilmente por hidrólisis y oxidación. Sus aplicaciones se centran en metodologías sintéticas especializadas más que en usos generalizados.

Abundancia Natural y Análisis Isotópico

Distribución Geoquímica y Abundancia

El estroncio ocupa el 15º lugar en abundancia en la corteza terrestre con concentración promedio de 360 ppm, superado solo por el bario entre los alcalinotérreos. Su distribución sigue procesos geoquímicos que favorecen su incorporación en rocas ígneas mediante substitución iónica de calcio y potasio en estructuras de feldespato y mica. En ambientes sedimentarios, se concentra mediante formación de evaporitas y precipitación biogénica.

Las formas minerales principales incluyen celestina (SrSO₄) y estroncianita (SrCO₃), siendo la celestina la fuente comercial predominante. Los depósitos de celestina ocurren en cuencas sedimentarias, frecuentemente asociados con yeso y anhidrita mediante procesos diagénicos. La estroncianita se forma por alteración hidrotermal y es menos frecuente en concentraciones económicamente viables. El agua marina contiene aproximadamente 8 mg/L de estroncio, manteniendo relaciones Sr/Ca alrededor de 0.008-0.009 que reflejan mezcla oceánica y equilibrios de precipitación de carbonatos.

Propiedades Nucleares y Composición Isotópica

El estroncio natural consiste en cuatro isótopos estables: ⁸⁴Sr (0.56%), ⁸⁶Sr (9.86%), ⁸⁷Sr (7.00%) y ⁸⁸Sr (82.58%). Las abundancias varían geográficamente debido a la producción radiogénica de ⁸⁷Sr desde la desintegración de ⁸⁷Rb (semivida 4.88 × 10¹⁰ años), base de la geocronología rubidio-estroncio. Los valores de spin nuclear son cero para isótopos pares y 9/2 para ⁸⁷Sr.

Los isótopos radiactivos incluyen ⁸⁹Sr (semivida 50.6 días) y ⁹⁰Sr (semivida 28.9 años), ambos producidos en procesos de fisión nuclear. El ⁸⁹Sr decae por captura electrónica a ⁸⁹Y, mientras que el ⁹⁰Sr sufre decaimiento β⁻ a ⁹⁰Y. Las secciones eficaces de absorción de neutrones térmicos son relativamente pequeñas, con ⁸⁸Sr mostrando 0.058 barnas. Estas propiedades influyen en aplicaciones isotópicas en medicina y tecnología nuclear.

Producción Industrial y Aplicaciones Tecnológicas

Métodos de Extracción y Purificación

La producción comercial comienza con la minería de celestina, concentrada en España (200,000 toneladas anuales), Irán (200,000 toneladas) y China (80,000 toneladas) según datos de 2024. El procesamiento implica reducción carbotérmica a altas temperaturas, convirtiendo sulfato en sulfuro mediante la reacción: SrSO₄ + 2C → SrS + 2CO₂. La "ceniza negra" resultante contiene sulfuro de estroncio mezclado con materiales no reaccionados y residuos de carbono.

La conversión a carbonato utiliza burbujeo de dióxido de carbono en soluciones filtradas de sulfuro de estroncio, precipitando SrCO₃ con alta pureza. Métodos alternativos emplean lixiviación directa con carbonato de sodio, aunque los rendimientos son menores. La producción de estroncio metálico utiliza reducción con aluminio del óxido a altas temperaturas, seguida de destilación al vacío para separar productos. Los métodos electrolíticos emplean baños de sales fundidas de cloruro de estroncio y potasio.

Aplicaciones Tecnológicas y Perspectivas Futuras

Las aplicaciones históricas se centraron en la fabricación de vidrio para tubos de rayos catódicos, donde óxidos de estroncio y bario bloqueaban emisión de rayos X desde impactos de electrones. Las composiciones típicas contenían 8.5% SrO y 10% BaO, requiriendo ~75% de la producción global en su punto máximo. La evolución tecnológica hacia sistemas de cristal líquido y pantallas de plasma eliminó este mercado principal.

Las aplicaciones actuales incluyen producción de imanes de ferrita, donde el carbonato de estroncio actúa como fundente y modificador de propiedades magnéticas. Las formulaciones pirotécnicas utilizan compuestos de estroncio para coloración roja mediante emisión característica en longitudes de onda 460.7 nm y 687.8 nm. Las tecnologías emergentes exploran relojes atómicos ópticos basados en estroncio, empleando la transición estrecha ⁵S₀ → ³P₀ para cronometraje de alta precisión que podría redefinir el segundo SI. Las aplicaciones ambientales investigan el rol del estroncio en remediación de desechos nucleares mediante procesos de biosorción selectiva.

Desarrollo Histórico y Descubrimiento

El descubrimiento del estroncio surgió del análisis mineral en Strontian, Escocia, donde operaciones mineras de plomo encontraron materiales "espato pesado" inusuales. Adair Crawford y William Cruickshank reconocieron propiedades distintas en 1790, diferenciando estas muestras de minerales de bario conocidos mediante análisis químico sistemático. Crawford concluyó que el mineral escocés representaba "una nueva especie de tierra que no ha sido suficientemente examinada".

Thomas Charles Hope amplió esta investigación en la Universidad de Glasgow, proponiendo el nombre "strontites" en 1793 y estableciendo su singularidad mediante observaciones en la prueba de la llama que mostraban coloración roja intensa. Friedrich Gabriel Sulzer y Johann Friedrich Blumenbach proporcionaron confirmación independiente, nombrando al mineral "estroncianita" y diferenciándolo del witherita mediante métodos analíticos.

Sir Humphry Davy logró el aislamiento metálico en 1808 usando técnicas electrolíticas novedosas, anunciando sus resultados a la Royal Society el 30 de junio de 1808. Su método empleaba mezclas de cloruro de estroncio y óxido mercúrico sometidas a corriente eléctrica, produciendo amalgama de estroncio metálico posteriormente separada por destilación. Davy estandarizó el nombre "estroncio" siguiendo convenciones de nomenclatura de alcalinotérreos, estableciendo la denominación elemental moderna.

El desarrollo industrial comenzó con aplicaciones de hidróxido de estroncio en procesamiento de remolacha azucarera durante el siglo XIX. Augustin-Pierre Dubrunfaut patentó métodos de cristalización en 1849, aunque su implementación a gran escala esperó mejoras en la década de 1870. Las industrias azucareras alemanas consumían 100,000-150,000 toneladas anuales antes de la Primera Guerra Mundial, impulsando operaciones mineras de estroncianita en Münsterland hasta que depósitos de celestina en Gloucestershire proporcionaron fuentes más económicas entre 1884 y 1941.

Conclusión

El estroncio ocupa una posición distintiva entre los alcalinotérreos, mostrando tendencias periódicas sistemáticas mientras desarrolla aplicaciones únicas en tecnología moderna. Sus propiedades intermedias entre calcio y bario establecen comportamientos químicos predecibles, aunque características específicas permiten soluciones tecnológicas particulares. La evolución industrial desde procesamiento azucarero, pasando por fabricación de tubos de rayos catódicos, hasta aplicaciones contemporáneas en relojes ópticos ilustra la adaptabilidad del estroncio a demandas tecnológicas emergentes.

Las direcciones futuras de investigación abarcan remediación de desechos nucleares mediante sequestro biológico selectivo, desarrollo de relojes atómicos ópticos avanzados para metrología de precisión y aplicaciones cerámicas especializadas que exploten sus propiedades térmicas y eléctricas. Las consideraciones ambientales sobre contaminación por ⁹⁰Sr continúan impulsando tecnologías de remediación, mientras que la investigación fundamental explora aplicaciones en química de coordinación para extracción y separación selectiva de metales.