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.

Что такое хром

(Chromium; от греческого — окраска, цвет), Сr — химический элемент 6-й группы (устаревшая классификация VI В) группы периодической системы элементов.

Атомный номер 24, атомная масса 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.

История

Xром открыл (1797) франц. химик Д. Вокелен в минерале крокоите, выделив его в металлическом состоянии.

Чистый металл 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.

Физические свойства

Плотность (т-ра 20° С) 7,19 г/см³; решетка кубическая объемноцентрированная с периодом а = 2,885 А; t_пл 1875° С; t_кип 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.)].

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.

Полная электронная формула атома хрома в порядке возрастания энергий орбиталей:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵

Сокращенная электронная конфигурация Cr:

[Ar] 3d⁵ 4s¹

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 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.

Оксиды 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:

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:

Cr₂O²₇⁻ + 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:

Сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе;
Растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
Переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
Получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём;
С помощью алюминотермии получают металлический хром;
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

Все 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 Сr, получаемый восстановлением Сr₂O₃ кремнием. 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?

Какая валентность у хрома? Металл, по внешнему виду похожий на сталь. Он один из самых твердых металлов (царапает стекло), на воздухе совершенно не изменяется.

ром проявляет валентности 2+, 3+ и 6+.

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. Один из самых твердых металлов, голубовато-белого цвета. Обладает высокой химической стойкостью.

Один из важнейших металлов, используемых в производстве легированных сталей. Большинство соединений 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, 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?

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

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