Хром

Хром это химический элемент простое вещество, имеет формулу Cr, микроэлемент, основной функцией которого является регуляция углеводного обмена.

Один из самых используемых металлов в промышленности, основное применение в качестве добавок к другим металлам, а также для покрытия металлических изделий от воздействия агрессивной среды.

Хром химический элементЧто такое хром

(Chromium; от греческого — окраска, цвет), Сr — химический элемент VI группы периодической системы элементов; ат. н. 24, ат. м. 51,996. Металл серебристого цвета. В соединениях проявляет степени окисления +2, + 3 и +6. Состоит из стабильных изотопов 50Сr (4,49%), 52Сr (83,78%), 53Cr (9,43%) и 54Сr (2,30%).

Из шести радиоактивных изотопов важнейшим является 51Сr с периодом полураспада 27,8 дня. Xром открыл (1797) франц. химик Д. Вокелен в минерале крокоите, выделив его в металлическом состоянии. Чистый X. впервые получил (1854) нем. химик Р. Бунзен электролизом хлористого хрома.

В пром. масштабе хром начали получать (1866 — 70) в виде феррохрома, восстанавливая хромовую ру-ДУ углеродом.

Содержание хрома в земной коре 3,5 х 10-2%. Из минералов наибольшее значение имеет хромит (хромистый железняк) FeO х СrО3. Плотность X. (т-ра 20° С) 7,19 г/см3; решетка кубическая объемноцентрированная с периодом а = 2,885 А; tпл 1875° С; tкип 2430° С.

Теплота испарения 76,6 ккал/моль; коэфф. линейного расширения (т-ра 20° С) 6,2 х 10-6 град-1; коэфф. теплопроводности (т-ра 20° С) 0,16 кал/см х сек х град; атомная теплоемкость 5,55 кал/моль х град (т-ра 20° С).

Удельное электрическое сопротивление    (т-ра 20° С) 12,8 мком х см; модуль норм, упругости 29 500 кгс/мм2. Давление паров X. (ат): 1 х 10-6 [т-ра 1350 К (тв.)], 1 х 10-5 (т-ра 1465 К),1 х 10-4 (т-ра 1600 К),1 х 10-3 (т-ра 1755 К), 1 х 10-2 (т-ра 1960 К) и 1,0 [т-ра 2495 К (ж.)].

Физические свойства

Некоторые физические свойства хрома аномальны. При т-ре 37° С происходят скачкообразные изменения модуля упругости, внутреннего трения, удельного электр. сопротивления, термоэдс и коэфф. линейного расширения.

Природная смесь содержит стабильные изотопы хрома: 50Cr( 4,31% ); 52Cr( 83,76% ), 53Cr( 9,55% ) ;54Cr( 2,38% ).

Из радиоактивных изотопов применяют 51Cr ( период полураспада 27,8 дня ) . В литосфере содержание хрома 6 · 10⁻³ масс.% ( больше , чем меди , цинка и некоторых других металлов ) .

Своё название он получил от греческого ( хрома ) — краска , так как все соединения хрома окрашены . Важнейшие руды его — хромистый железняк Fe( CrO2 )2 или FeO · Cr2O3 , а также крокоит PbCrO4 .

При обычной т-ре химически стоек. Почти не окисляется на воздухе даже при наличии влаги. С кислородом взаимодействует при высокой т-ре, образуя окисел Сr2О3 зеленого цвета.

Кроме того, хром образует с кислородом хромовый ангидрид СrO3 — соединение темно-красного цвета, хорошо растворимое в воде.

При обычной т-ре соединяется с фтором, выше т-ры 600° С взаимодействует с галогенами, серой, азотом, кремнием, бором и углеродом.

Химические свойства хрома

Xром растворяется в соляной и серной к-тах. Азотная к-та и «царская водка» при т-ре 15—20° С не растворяют хром. Xром образует многочисленные комплексные соединения с неорганическими и органическими лигандами, в к-рых его координационное число шесть.

Соединения шестивалентного хрома токсичны. Они — сильные окислители. Соединения двухвалентного хрома являются сильными восстановителями.

Основным источником получения хрома, его сплавов и соединений является хромовая руда, содержащая от 33 до 55% Cr2O3.

Хром тугоплавкий , ковкий , тягучий металл серо — стального цвета . При обычной температуре хром устойчив к действию кислорода и влаги воздуха , поверхность покрывается оксидной плёнкой , препятствующей коррозии.

Как восстановитель хром вытесняет водород из разбавленной соляной и серной кислот . Азотная кислота пассивирует хром , в ней он не растворяется.

Получение хрома

Для получения хрома высокой чистоты катодный металл рафинируют в среде очищенного водорода при т-ре 1500—1600° С. Содержание примесей в очищенном металле 10—2—10-5%.

При рафинировании йодидным методом из хрома достаточно полно удаляют кислород и азот, количество других примесей уменьшается в два-три раза.

Для получения чистого хрома применяют электрохимическое выделение металла из водных растворов сернокислого хрома или хромовой к-ты. Электролиз проводят с нерастворимыми анодами. Катодный X. содержит 10-2 — 10-3% примесей.

Хромистый железняк восстанавливают углём в электрических печах :

FeO · Cr2O3 + 4CO = Fe + 2Cr + 4CO2

в результате получается феррохром — сплав железа с хромом ( 60 — 65% хрома ) .

Чистый получают из оксида хрома ( III ) металлотермическим ( алюминотермическим ) методом :

Cr2O3 + 2Al =2Cr + Al2O3

Кроме того его получают электролизом растворов или сплавов его солей .

Соли хрома

При высоких температурах хром взаимодействует с галогенами , образуя пента — тетрафториды ( CrF5 , CrF4 ) , а также трибромид CrBr3 и трийодид CrI3 хрома.

Известны также нитриды ( CrN , Cr2N ) , силициды ( Cr3Si ) , карбиды ( Cr4C , Cr7C3 ) и сульфиды хрома .
У хрома пять оксидов : CrO , Cr2O3 , CrO2 , Cr2O5 , CrO3 но оксиды со степенью окисления +4 и +5 неустойчивы .

Оксид хрома ( II ) CrO проявляет основные свойства ; оксид хрома ( III ) Cr2O3 — аморфный оксид ; оксид хрома ( VI ) CrO3 обладает кислотными свойствами . Соединения , в которых степень окисления хрома + 2 , легко окисляются и применения почти не имеют .

Оксид хрома ( III ) Cr2O3 получают разложением дихромата аммония :

( NH4 )2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O

Cr2O3 — тугоплавкое вещество зелёного цвета , его используют для изготовления красок , добавляют к стеклу и фарфору , оксид хрома ( III ) растворяется в кислотах и щелочах .

Получение оксида хрома

Оксид хрома(III) можно получить согласно уровню техники различными способами.

В качестве исходных соединений шестивалентного хрома используют хромовую кислоту, хроматы аммония или хроматы щелочных металлов.

Реакцию можно проводить с добавлением или без добавления восстанавливающего средства. В качестве восстанавливающих средств используются органические или не органические восстанавливающие средства, такие как опилки, меласса, целлюлозные отработанные растворы, ацетилен, метан, сера и ее соединения, фосфор, углерод, водород и тому подобные.

Но в ходе реакции образуются побочные продукты.

Термическое разложение чистого бихромата аммония, напротив, само не приводит ни к какому заметному образованию побочного продукта, так как оно протекает в идеальном случае по уравнению реакции:

(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2 + 4H2O

и при температуре около 200°С.

Гидроксид хрома ( III ) Cr( OH )3 осаждается при действии щелочей на соли хрома ( III ) :

CrCl3 + 3NaOH = Cr( OH )↓ + 3NaCl

Серо — зелёный осадок амфотерного гидроксида хрома в кислотах :

Cr( OH )3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O

В избытке щелочей :

Cr( OH )3 + 3NaOH = Na3[Cr( OH )6 ]

В последнем случае образуется смесь гексагидроксо — ( III ) — хромита натрия с другими гидроксохромитами .

Из солей хрома  ( III ) наиболее распространены хромовые квасцы KCr( SO4 )2 · 12H2O , применяемые в кожевенном производстве , в текстильной промышленности .

В водных растворах солей хрома ( III ) присутствует комплексный катион [ Cr( H2O)6]³⁺   , содержащий шесть молекул воды в качестве лигандов и обусловливающий фиолетовую окраску.

При нагревании растворов часть координационно связанной воды обменивается на хлорид — ионы и фиолетовая окраска раствора меняется на зелёную , а затем на тёмно — зелёную :

[Cr( H2O )6 ] Cl3 ⇄ [ CrCl( H2O )5] Cl2 · 2H2O ⇄ [CrCl2( H2O )4]Cl · 2H2O
фиолетовый                 зелёный                             темно — зелёный

Оксид хрома VI

Оксид хрома ( VI ) CrO3 — это тёмно — красное кристаллическое вещество . При растворении его в воде получается нестойкая хромовая кислота :

CrO3 + H2O ⇄  H2CrO4

существует только в водных растворах . В свободном виде известны более прочные соли — хроматы ( K2CrO4 , Na2CrO4 и др. ) , которые как в кристаллическом , так и в растворённом состоянии имеют ярко жёлтую окраску , обусловленную хромат — ионами CrO²4⁻  .

Оксиду хрома ( VI )

Оксиду хрома ( VI ) соответствует двухромовая кислота , которую можно представить себе как продукт соединения двух молей трёхокиси с одним молем воды :

2CrO3 + H2O = H2Cr2O7

Двухромовая кислота также неустойчива и существует только водных растворах . Гораздо более прочны её соли , которые именуют дихроматами.

Дихроматы калия и натрия

Дихроматы калия K2Cr2O7  и натрия Na2Cr2O7 называют иначе хромпиками ; дихроматы ( в кристаллическом и растворённом состояниях ) имеют оранжевую окраску , вызываемую дихромат — ионом Cr2O.

В водных растворах хромат — и дихромат — ионы образуют равновесную систему :

Cr27⁻  + H2O ⇄ 2CrO²4⁻  + 2H⁺

поэтому в кислой среде хроматы превращаются в дихроматы :

2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

и оранжевый раствор становится жёлтым.

Добыча хрома

Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1 место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении, Бразилии, на Филиппинах.

Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское). Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2 место в мире).

Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа).

Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом). Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:

  1. Сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе;
  2. Растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
  3. Переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
  4. Получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём;
  5. С помощью алюминотермии получают металлический хром;
  6. С помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты.

Хроматы окислители

Все хроматы и дихроматы — сильные окислители , особенно если реакция протекает в кислой среде.

Так дихромат калия ( в присутствии серной кислоты ) окисляет сероводородную кислоту до свободной серы и сам восстанавливается до сульфата хрома ( III ) , придавая раствору зелёную окраску :

K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 = 3S + Cr2( SO4 )3 + K2SO4 + 7H2O

Поэтому раствор дихромата калия в концентрированной серной кислоте ( хромовая смесь ) применяют как окислитель для очистки химической посуды от загрязнения .

Хроматы бария BaCrO4 и свинца PbCrO4 — минеральные краски.

Применение хрома

Получение хромаВсе хроматы и дихроматы токсичны для человека и животных . Ранее его применяли как инсектицид .

Хром незаменим при выплавке высокопрочных , жаростойких , кислотоупорных и нержавеющих сталей .

Добавление к стали 1 -2 % хрома значительно увеличивает их твёрдость и прочность нержавеющие стали содержат около 12% хрома.

Хром применяют для нанесения антикоррозионных и декоративных покрытий, для восстановления изношенных деталей машин.

Электрохимический черный хром обладает коэфф. поглощения света ~ 97% и высокой коррозионной стойкостью. Применяется в оптических приборах, а также для выплавки легированных сталей и нержавеющих сталей.

В сталях, стойких против коррозии при высокой т-ре, содержится до 30—40% Сr. Окись хрома используют в производстве зеленых пигментов.

В текстильной пром-сти соединения хрома используют для окраски шерсти. Соединения шестивалентного хрома применяют в органическом синтезе, в произ-ве красителей, синтетических волокон, как сильный окислитель, для отбеливания и т. д. В процессе дубления кожи применяют основные сульфаты хрома.

Xром получил применение в пром-сти в виде феррохрома и в виде чистого металла. Широко используется технически чистый безуглеродистый алюмотермический хром, содержащий 98—99% основного металла и примеси алюминия, железа, кремния, серы и азота.

Находит применение силикотермический X., получаемый восстановлением Сr2O3 кремнием. X. входит в состав многих жаропрочным сплавов.

Для нужд реактивной техники вырабатываются сплавы на основе никеля и кобальта , которые содержат большие количества хрома и выдерживают высокие температуры.

Хромирование защищает стальные и железные изделия от коррозии , придаёт их поверхности большую твёрдость.

Часто задаваемые вопросы и ответы?

[sc_fs_faq html=»true» headline=»h2″ img=»» question=»Часто задаваемые вопросы и ответы?» img_alt=»» css_class=»»] Какая валентность у хрома? Хром — металл, по внешнему виду похожий на сталь. Он один из самых твердых металлов (царапает стекло), на воздухе совершенно не изменяется. Хром проявляет валентности 2+, 3+ и 6 +. [/sc_fs_faq]

Как в таблице Менделеева хром?

Хром — 24 элемент таблицы Менделеева. Хром – (Chromium) Cr, химический элемент 6(VIb) группы Периодической системы.

Атомный номер 24, атомная масса 51,996. Известно 24 изотопа хрома с 42Cr по 66Cr.

Какой металл хром?

Хром – это металл, элемент таблицы Менделеева №24. Международное обозначение и формула – Chromium, Cr.

Серебристо-голубоватое блестящее вещество – одно из самых твердых (5,5 по Моосу) и тугоплавких металлов, но хрупко.

Какого цвета хром?

Простое вещество Хром — Один из самых твердых металлов, голубовато-белого цвета. Обладает высокой химической стойкостью.

Один из важнейших металлов, используемых в производстве легированных сталей. Большинство соединений хрома имеет яркую окраску, причем самых.

Интересные факты о хроме?

Хрому свойственны все основные характеристики металлов — он хорошо проводит теплоту, его сопротивление электрическому току очень мало, как и большинство металлов, хром имеет характерный блеск.

Кроме того, этот элемент имеет одну очень интересную особенность: дело в том, что при температуре 37° C его поведение не поддается объяснению — происходит резкое изменение многих физических свойств.

Что такое хром для металлов?

Хром обладает всеми характерными для металлов свойствами — хорошо проводит тепло, электрический ток, имеет присущий большинству металлов блеск.

Является антиферромагнетиком и парамагнетиком, то есть, при температуре 39 °C переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля).

Что представляет собой натуральный хром?

Природный хром состоит из четырёх стабильных изотопов ( 50 Cr ( изотопная распространённость 4,345 %), 52 Cr (83.789 %), 53 Cr (9.501 %), 54 Cr (2.365 %)).

Среди искусственных изотопов самый долгоживущий 51 Cr ( период полураспада 27 суток). Период полураспада остальных не превышает одних суток.

Статья на тему хром

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment