ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Хром - двадцать четвертый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Cr от латинского «chromium». Расположен в четвертом периоде, VIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 24.
Хром содержится в земной коре в количестве 0,02% (масс.). В природе он встречается главным образом в виде хромистого железняка FeO×Cr 2 O 3 .
Хром представляет собой твердый блестящий металл (рис. 1), плавящийся при 1890 o С; плотность его 7,19 г/см 3 . При комнатной температуре хром стоек и к воде, и к воздуху. Разбавленные серная и соляная кислоты растворяют хром с выделением водорода. В холодной концентрированной азотной кислоте хром нерастворим и после обработки ею становится пассивным.
Рис. 1. Хром. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса хрома
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии хром существует в виде одноатомных молекул Cr, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 51,9962.
Изотопы хрома
Известно, что в природе хром может находиться в виде четырех стабильных изотопов 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr и 54 Cr. Их массовые числа равны 50, 52, 53 и 54 соответственно. Ядро атома изотопа хрома 50 Cr содержит двадцать четыре протона и двадцать шесть нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные изотопы хрома с массовыми числами от 42-х до 67-ми, среди которых наиболее стабильным является 59 Cr с периодом полураспада равным 42,3 минуты, а также один ядерный изотоп.
Ионы хрома
На внешнем энергетическом уровне атома хрома имеется шесть электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 .
В результате химического взаимодействия хром отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Cr 0 -2e → Cr 2+ ;
Cr 0 -3e → Cr 3+ ;
Cr 0 -6e → Cr 6+ .
Молекула и атом хрома
В свободном состоянии хром существует в виде одноатомных молекул Cr. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу хрома:
Сплавы хрома
Металлический хром используется для хромирования, а также в качестве одного из важнейших компонентов легированных сталей. Введение хрома в сталь повышает её устойчивость против коррозии как в водных средах при обычных температурах, так и в газах при повышенных температурах. Кроме того, хромистые стали обладают повышенной твердостью. Хром входит в состав нержавеющих кислотоупорных, жаропрочных сталей.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Оксид хрома (VI) массой 2 г растворили в воде массой 500 г. Рассчитайте массовую долю хромовой кислоты H 2 CrO 4 в полученном растворе. |
| Решение | Запишем уравнение реакции получения хромовой кислоты из оксида хрома (VI):
CrO 3 + H 2 O = H 2 CrO 4 . Найдем массу раствора: m solution = m(CrO 3) + m (H 2 O) = 2 + 500 = 502 г. n (CrO 3) = m (CrO 3) / M (CrO 3); n (CrO 3) = 2 / 100 = 0,02 моль. Согласно уравнению реакции n(CrO 3) :n(H 2 CrO 4) = 1:1, значит, n(CrO 3) = n(H 2 CrO 4) = 0,02 моль. Тогда масса хромовой кислоты будет равна (молярная масса - 118 г/моль): m (H 2 CrO 4) = n (H 2 CrO 4) × M (H 2 CrO 4); m (H 2 CrO 4) = 0,02 × 118 = 2,36 г. Массовая доля хромовой кислоты в растворе составляет: ω = m solute / m solution × 100%; ω (H 2 CrO 4)=m solute (H 2 CrO 4)/ m solution × 100%; ω (H 2 CrO 4)= 2,36 / 502 × 100% = 0,47 %. |
| Ответ | Массовая доля хромовой кислоты равна 0,47 %. |
Хром
ХРОМ -а; м. [от греч. chrōma - цвет, краска]
1. Химический элемент (Сr), твёрдый металл серо-стального цвета (используется при изготовлении твёрдых сплавов и для покрытия металлических изделий).
2. Мягкая тонкая кожа, выдубленная солями этого металла. Сапоги из хрома.
3. Род жёлтой краски, получаемой из хроматов.
◁ Хро́мовый (см.).
хром(лат. Chromium), химический элемент VI группы периодической системы. Назван от греч. chrōma - цвет, краска (из-за яркой окраски соединений). Голубовато-серебристый металл; плотность 7,19 г/см 3 , t пл 1890°C. На воздухе не окисляется. Главные минералы - хромшпинелиды. Хром - обязательный компонент нержавеющих, кислотоупорных, жаростойких сталей и большого числа других сплавов (нихромы, хромали, стеллит). Применяется для хромирования. Соединения хрома - окислители, неорганические пигменты, дубители.
ХРОМХРОМ (лат. chromium, от греческого хрома - цвет, окраска, для соединений хрома характерна широкая цветовая палитра), Cr (читается «хром»), химический элемент с атомным номером 24, атомная масса 51,9961. Расположен в группе VIB в 4 периоде периодической системы элементов.
Природный хром состоит из смеси четырех стабильных нуклидов: 50 Cr (содержание в смеси 4,35%), 52 Cr (83,79%), 53 Cr (9,50%) и 54 Cr (2,36%). Конфигурация двух внешних электронных слоев 3s
2
р
6
d
5
4s
1
.
Степени окисления от 0 до +6 , наиболее характерны +3 (самая устойчивая) и +6 (валентности III и VI).
Радиус нейтрального атома 0,127 нм, радиус ионов (координационное число 6): Cr 2+ 0,073 нм, Cr 3+ 0,0615 нм, Cr 4+ 0,055 нм, Cr 5+ 0,049 нм и Cr 6+ 0,044 нм. Энергии последовательной ионизации 6,766, 16,49, 30,96, 49,1, 69,3 и 90,6 эВ. Сродство к электрону 1,6 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см.
ПОЛИНГ Лайнус)
1,66.
История открытия
В 1766 в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO 4 . Современное название - крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен (см.
ВОКЛЕН Луи Никола)
выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома).
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 0,035 % по массе. В морской воде содержание хрома 2·10 -5 мг/л. В свободном виде хром практически не встречается. Входит в состав более 40 различных минералов (хромит FeCr 2 O 4 , волконскоит, уваровит, вокеленит и др.). Некоторые метеориты содержат сульфидные соединения хрома.
Получение
Промышленным сырьем при производстве хрома и сплавов на его основе служит хромит. Восстановительной плвкой хромита с коксом (восстановителем), железной рудой и другими компонентами получают феррохром с содержанием хрома до 80% (по массе).
Для получения чистого металлического хрома хромит с содой и известняком обжигают в печах:
2Cr 2 O 3 + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 4Na 2 CrO 4 + 4CO 2
Образующийся хромат натрия Na 2 CrO 4 выщелачивают водой, раствор фильтруют, упаривают и обрабатывают кислотой. При этом хромат Na 2 CrO 4 переходит в дихромат Na 2 Cr 2 O 7:
2Na 2 CrO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 Cr 2 O 7 + Na 2 SO 4 + H 2 O
Полученный дихромат восстанавливают серой:
Na 2 Cr 2 O 7 + 3S = Na 2 S + Cr 2 O 3 + 2SO 2
,
Образующийся чистый оксид хрома(III) Cr 2 O 3 подвергают алюминотермии:
Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr.
Также используют кремний:
2Cr 2 O 3 + 3Si = 3SiO 2 + 4Cr
Для получения хрома высокой чистоты, технический хром электрохимически очищают от примесей.
Физические и химические свойства
В свободном виде - голубовато-белый металл с кубической объемно-центрированной решеткой, а
= 0,28845 нм. При температуре 39°C переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля). Температура плавления 1890°C, температура кипения 2680°C. Плотность 7,19 кг/дм 3 .
Устойчив на воздухе. При 300°C сгорает с образованием зеленого оксида хрома (III) Cr 2 O 3 , обладающего амфотерными свойствами. Сплавляя Cr 2 O 3 со щелочами получают хромиты:
Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
Непрокаленный оксид хрома (III) легко растворяется в щелочных растворах и в кислотах:
Cr 2 O 3 + 6НСl = 2CrСl 3 + 3Н 2 О
При термическом разложении карбонила хрома Cr(OH) 6 получают красный основной оксид хрома(II) CrO. Коричневый или желтый гидроксид Cr(OН) 2 со слабоосновными свойствами осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).
При осторожном разложении оксида хрома(VI) CrO 3 в гидротермальных условиях получают диоксид хрома(IV) CrO 2 , который является ферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.
При взаимодействии концентрированной серной кислоты с растворами дихроматов образуются красные или фиолетово-красные кристаллы оксида хрома(VI) CrO 3 . Типично кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовая H 2 CrO 4 , дихромовая H 2 Cr 2 O 7 и другие.
Известны галогениды, соответствующие разным степеням окисления хрома. Синтезированы дигалогениды хрома CrF 2 , CrCl 2 , CrBr 2 и СrI 2 и тригалогениды CrF 3 , CrCl 3 , CrBr 3 и СrI 3 . Однако, в отличие от аналогичных соединений алюминия и железа, трихлорид CrCl 3 и трибромид CrBr 3 хрома нелетучи.
Среди тетрагалогенидов хрома устойчив CrF 4 , тетрахлорид хрома CrCl 4 существует только в парах. Известен гексафторид хрома CrF 6 .
Получены и охарактеризованы оксигалогениды хрома CrO 2 F 2 и CrO 2 Cl 2 .
Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr 2 B, CrB, Cr 3 B 4 , CrB 2 , CrB 4 и Cr 5 B 3), с углеродом (карбиды Cr 23 C 6 , Cr 7 C 3 и Cr 3 C 2), c кремнием (силициды Cr 3 Si, Cr 5 Si 3 и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr 2 N).
В растворах наиболее устойчивы соединения хрома(III). В этой степени окисления хрому соответствуют как катионная форма, так и анионные формы, например, существующий в щелочной среде анион 3- .
При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):
2Na 3 + 3H 2 O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2NaOH + 8H 2 O
Cr (VI) отвечает ряд существующих только в водных растворах кислот: хромовая H 2 CrO 4 , дихромовая H 2 Cr 2 O 7 , трихромовая H 3 Cr 3 O 10 и другие, которые образуют соли - хроматы, дихроматы, трихроматы и т. д.
В зависимости от кислотности среды анионы этих кислот легко превращаются друг в друга. Например, при подкислении желтого раствора хромата калия K 2 CrO 4 образуется оранжевый дихромат калия K 2 Cr 2 O 7:
2K 2 CrO 4 + 2НСl = K 2 Cr 2 O 7 + 2КСl + Н 2 О
Но если к оранжевому раствору K 2 Cr 2 O 7 прилить раствор щелочи, как окраска вновь переходит в желтую т. к. снова образуется хромат калия K 2 CrO 4:
K 2 Cr 2 O 7 + 2КОН = 2K 2 CrO 4 + Н 2 О
При добавлении к желтому раствору, содержащему хромат-ионы, раствора соли бария выпадает желтый осадок хромата бария BаCrO 4:
Bа 2+ + CrO 4 2- = BаCrO 4
Соединения хрома(III)- сильные окислители, например:
K 2 Cr 2 O 7 + 14 НСl = 2CrCl 3 + 2KCl + 3Cl 2 + 7H 2 O
Применение
Использование хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости к коррозии. Применяют для получения сплавов: нержавеющей стали, нихрома и др. Большое количество хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Соединения хрома - огнеупорные материалы. Оксид хрома (III) - пигмент зеленой краски, также входит в состав абразивных материалов (паст ГОИ). Изменение окраски при восстановлении соединений хрома(VI) применяют для проведения экспресс-анализа на содержание алкоголя в выдыхаемом воздухе.
Катион Cr 3+ входит в состав хромкалиевых KCr(SO 4) 2 ·12H 2 O квасцов, использующихся при выделке кожи.
Физиологическое действие
Хром - один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хромма в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.
Металлический хром практически нетоксичен, но металлическая пыль хрома раздражает ткани легких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты. Соединения хрома(VI) приводят к разным заболеваниям человека, в том числе и онкологическим. ПДК хрома(VI) в атмосферном воздухе 0,0015 мг/м 3 .
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :Смотреть что такое "хром" в других словарях:
хром - хром, а … Русский орфографический словарь
хром - хром/ … Морфемно-орфографический словарь
- (от греч. chroma цвет, краска). Металл сероватого цвета, добываемый из хромовой руды. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ХРОМ металл сероватого цвета; в чистом виде х. не употребляется; соединения же с … Словарь иностранных слов русского языка
ХРОМ - см. ХРОМ (Сг). Соединения хрома встречаются в сточных водах многих промышленных предприятий, производящих хромовые соли, ацетилен, дубильные вещества, анилин, линолеум, бумагу, краски, пестициды, пластмассы и др. В воде встречаются трехвалентные… … Болезни рыб: Справочник
ХРОМ, а, муж. 1. Химический элемент, твёрдый светло серый блестящий металл. 2. Род жёлтой краски (спец.). | прил. хромистый, ая, ое (к 1 знач.) и хромовый, ая, ое. Хромистая сталь. Хромовая руда. II. ХРОМ, а, муж. Сорт мягкой тонкой кожи. | прил … Толковый словарь Ожегова
хром - а, м. chrome m. <новолат. chromium <лат. chroma <гр. краска. 1. Химический элемент твердый серебристый металл, употребляемый при изготовлении твердых сплаво и для покрытия металлических изделий. БАС 1. Металл, открытый Вокеленом,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ХРОМ - ХРОМ, Chromium (от греч. chroma краска), I симв. Сг, хим. элемент с ат. весом 52,01 (изо! топы 50, 52, 53, 54); порядковое число 24, за! нимает место в четной подгруппе VІ группы j таблицы Менделеева. Соединения X. часто i встречаются в природе … Большая медицинская энциклопедия
- (лат. Chromium) Cr, химический элемент VI группы Периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,9961. Название от греч. chroma цвет, краска (из за яркой окраски Соединения). Голубовато серебристый металл; плотность 7,19… … Большой Энциклопедический словарь
ХРОМ 1, а, м. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ХРОМ 2, а, м. Сорт мягкой тонкой кожи. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Хром – тугоплавкий, очень твердый металл, обладающий необыкновенной стойкостью к коррозии. Эти уникальные качества и обеспечили ему столь высокую востребованность в промышленности и строительстве.
Потребитель чаще всего знаком не с изделиями из хрома, а с предметами, покрытыми тонким слоем металла. Ослепительный зеркальный блеск такого покрытия привлекателен сам по себе, однако имеет и чисто практическое значение. Хром устойчив к коррозии и способен защитить сплавы и металлы от ржавчины.
И сегодня мы ответим на вопросы о том, хром — это металл или неметалл, и если металл, то какой: черный или цветной, тяжелый или легкий. Также мы расскажем в каком виде хром встречается в природе, и каковы отличия хрома от и других подобных металлов.
Для начала поговорим о том, как выглядит хром, каковы металлы его содержащие, и в чем особенность такого вещества. Хром — это типичный металл серебристо-голубоватого цвета, тяжелый, по плотности превосходит , к тому же относится к категории тугоплавких – температура его плавления и кипения очень велики.
Элемент хром размещается в побочной подгруппе 6 группы в 4 периоде. Близок по свойствам к молибдену и вольфраму, хотя имеет и заметные отличия. Последние чаще всего проявляют лишь высшую степень окисления, в то время как хром проявляет валентность и два, и три, и шесть. Это означает, что элемент образует множество разнообразных соединений.
Именно соединения и дали название самому элементу – от греческого краска, цвет. Дело в том, что его соли и оксиды окрашены в самые разнообразные яркие цвета.
Данное видео расскажет о том, что такое хром:
Особенности и отличия по сравнению с другими металлами
При изучении металла наибольший интерес вызывали 2 свойства вещества: твердость и тугоплавкость. Хром относится к наиболее твердым металлам – занимает пятое место и уступает урану, иридию, вольфраму и бериллию. Однако качество это оказалось невостребованным, поскольку у металла были обнаружены более важные для промышленности свойства.
Хром плавится при 1907 С. Вольфраму или молибдену по этому показателю он уступает, но все равно относится к тугоплавким веществам. Правда, на температуру его плавления сильно влияют примеси.
- Как многие из металлов, устойчивых к коррозии, хром образует на воздухе тонкую и очень плотную оксидную пленку. Последняя прикрывает доступ кислорода, азота и влаги к веществу, что и делает его неуязвимым. Особенность в том, что это качество он передает своему сплаву с : в присутствии элемента увеличивается потенциал а-фазы железа и в итоге сталь на воздухе тоже покрывается плотной оксидной пленкой. Это и есть секрет стойкости нержавеющей .
- Являясь тугоплавким веществом, металл повышает и температуру плавления сплава. Жаропрочные и жаростойкие стали обязательно включают долю хрома, причем порой очень большую – до 60%. Еще более сильный эффект оказывает добавка и , и хрома.
- Хром образует сплавы и со своими собратьями по группе – молибденом и вольфрамом. Их используют для покрытия деталей, где требуется особенно высокая износостойкость в условиях высокой температуры.
Достоинства и недостатки хрома описаны ниже.
Хром как металл (фото)
Достоинства
Как и всякое другое вещество, металл обладает своими достоинствами и недостатками, а их совокупность определяет его использование.
- Безусловный плюс вещества – коррозийная стойкость и возможность передавать это свойство своим сплавам. Хромовые нержавеющие стали имеют огромное значение, поскольку разом решили целый ряд проблем при строительстве судов, подводных лодок, каркасов зданий и так далее.
- Устойчивость к коррозии обеспечивают другим способом – покрывают предмет тонким слоем металла. Популярность этого метода очень велика, на сегодня существует не меньше десятка способов хромирования в разных условиях и для получения разного результата.
- Хромовый слой создает яркий зеркальный блеск, так что к хромированию прибегают не только для целей защиты сплава от коррозии, но и для получения эстетичного внешнего вида. Причем современные методы хромирования позволяют создать покрытие на любом материале – не только на металле, но и на пластике, и на керамике.
- Получение жаропрочной стали при добавке хрома тоже стоит отнести к достоинствам вещества. Есть множество областей, где металлические детали должны работать при высоких температурах, а железо само по себе такой стойкостью к нагрузкам при температуре не обладает.
- Из всех тугоплавких веществ он наиболее устойчив к кислотам и основаниям.
- Плюсом вещества можно считать и его распространенность – 0,02% в земной коре, и относительно простой способ добычи и получения. Конечно, он требует энергозатрат, но не сравнить со сложной , например.
Недостатки
К недостаткам стоит отнести качества, не позволяющие в полной мере использовать все свойства хрома.
- В первую очередь, это сильная зависимость физических, а не только химических свойств от примесей. Даже температуру плавления металла было сложно установить, так как при наличии ничтожной доли азота или углерода показатель заметно менялся.
- Несмотря на более высокую электропроводность по сравнению с , хром гораздо меньше используется в электротехнике и стоимость его довольно высока. Изготовить из него что-либо намного труднее: высокая температура плавления и твердость заметно ограничивают применение.
- Чистый хром является ковким металлом, содержащий примеси становится очень твердым. Чтобы получить хотя бы относительно пластичный металл, его приходится подвергать дополнительной обработке, что, конечно, увеличивает расходы на изготовление.
Структура металла
Кристалл хрома имеет объемно-центрированную кубическую решетку, а=0,28845 нм. Выше температуры в 1830 С можно получить модификацию с гранецентрированной кубической решеткой.
При температуре в +38 С фиксируется фазовый переход второго рода с увеличением объема. При этом кристаллическая решетка вещества не изменяется, а вот его магнитные свойства становятся совершенно другими. До этой температуры – точки Нееля, хром проявляет свойства антиферромагнетика, то есть, является веществом, которое намагнитить практически невозможно. Выше точки Нееля металл становится типичным парамагнетиком, то есть, проявляет магнитные свойства в присутствии магнитного поля.
Свойства и характеристики
В нормальных условиях металл довольно инертен – и благодаря оксидной пленке и просто по природе своей. Однако при повышении температуры вступает в реакцию и с простыми веществами, и с кислотами, и с основаниями. Его соединения очень разнообразны и применяются очень широко. Физические характеристики металла, как упоминалось, сильно зависят от количества примесей. На практике дело имеют с хромом с чистотой до 99,5%. таковы:
- температура плавления – 1907 С. Эта величина служит границей между тугоплавкими и обычными веществами;
- температура кипения – 2671 С;
- твердость по шкале Мооса – 5;
- электропроводность – 9 · 106 1/(Ом м). По этому показателю хром уступает только серебру, и золоту;
- удельное сопротивление –127 (Ом мм2)/м;
- теплопроводность вещества составляет 93,7 Вт/(м K);
- удельная теплоемкость –45 Дж/(г K).
Теплофизические характеристики вещества несколько аномальны. В точке Нееля, где изменяется объем металла, коэффициент его теплового расширения резко увеличивается и продолжает расти с увлечением температуры. Также аномально ведет себя и теплопроводность – падает в точке Нееля и уменьшается при нагреве.
Элемент относится к числу необходимых: в человеческом организме ионы хрома являются участниками углеводного обмена и процесса регулировки выделения инсулина. Суточная доза составляет 50–200 мкг.
Хром нетоксичен, хотя в виде металлического порошка может вызвать раздражение слизистой. Трехвалентные его соединения тоже относительно безопасны и даже применяются в пищевой и спортивной промышленности. А вот шестивалентные для человека являются ядом, вызывают тяжелые поражения дыхательных путей и ЖКТ.
О производстве и цене на металл хром за кг сегодня мы поговорим далее.
В этом видеоролике будет показано, является ли покрытие хромовым:
Производство
В большом количестве разных минералов – часто сопровождает и . Однако его содержание недостаточное, чтобы иметь промышленное значение. Перспективными являются лишь породы, включающие не менее 40% элемента, поэтому пригодных для добычи минералов немного, в основном это хромовый железняк или хромит.
Добывают минерал шахтным и карьерным методом в зависимости от глубины залегания. А так как руда изначально содержит большую долю металла, то практически никогда не обогащается, что, соответственно, упрощает и удешевляет процесс производства.
Для легирования стали используется около 70% добытого металла. Причем применяют его зачастую не в чистом виде, а в виде феррохрома. Последний можно получить прямо в шахтной электропечи или доменной – так получают углеродистый феррохром. Если требуется соединение с низким содержанием углерода, прибегают к алюминотермическому методу.
- Этим способом получают и чистый хром, и феррохром. Для этого в плавильную шахту загружают шихту, включающую хромистый железняк, оксид хрома, натриевую селитру и . Первую порцию – запальная смесь, поджигают, а остальную часть шихты загружают в расплав. В конце добавляют флюс – известь, чтоб облегчить извлечение хрома. Плавка занимает около 20 минут. После некоторого охлаждения шахту наклоняют, выпускают шлак, снова возвращают в исходное положение и вновь наклоняют, теперь уже в изложницу выводится и хром, и шлак. После охлаждения полученный блок разделяют.
- Применяют и другой метод – металлотермической плавки. Проводится она в электропечи в поворачивающейся шахте. Шихту здесь разделяют на 3 части, каждая отличается составом. Этот метод позволяет извлечь большее количество хрома, но, главное – сокращает расход .
- Если же требуется получить химически чистый металл, прибегают к лабораторному методу: высаживают кристаллы путем электролиза растворов хроматов.
Стоимость металла хром за 1 кг заметно колеблется, поскольку зависит от объема выпускаемого металлопроката – главного потребителя элемента. В январе 2017 года 1 тонна металла оценивалась в 7655 $.
Применение
Категории
Итак, . Основной потребитель хрома – черная металлургия. Связано это со способностью металла передавать такие свои свойства, как стойкость к коррозии и твердость своим сплавам. Причем влияние он оказывает при добавлении в очень небольших количествах.
Все сплавы хрома и железа разделяют на 2 категории:
- низколегированные – с долей хрома до 1,6%. В этом случае хром добавляет стали прочности и твердости. Если у обычной стали предел прочности составит 400–580 МПа, то та же марка стали с добавкой 1% вещества продемонстрирует предел равный 1000 МПа;
- высоколегированные – содержат более 12% хрома. Здесь металл обеспечивает сплаву такую же стойкость к коррозии, какой обладает сам. Все нержавеющие стали называют хромовыми, поскольку именно этот элемент обеспечивает это качество.
Низколегированные стали относятся к конструкционным: из них изготавливают многочисленные детали машин – валы, зубчатые колеса, толкатели и так далее. Сфера использования нержавеющей стали огромна: металлические части турбин, корпуса корабля и подводных лодок, камеры сгорания, крепеж любого рода, трубы, швеллеры, уголки, листовая сталь и так далее.
Кроме того, хром увеличивает стойкость сплава к температуре: при содержании вещества от 30 до 66%, изделия из жаропрочной стали может выполнять свои функции при нагреве до 1200 С. Это материал для клапанов поршневых двигателей, для крепежа, для деталей турбин и прочего.
Если 70% хрома уходит на нужды металлургии, то остальные почти 30% используются для хромирования. Суть процесса сводится к нанесению на поверхность предмета из металла тонкого слоя хрома. Используются для этого самые разные методы, многие доступны домашним мастерам.
Хромирование
Хромирование можно разделить на 2 категории:
- функциональное – его целью является предупредить коррозию изделия. Толщина слоя здесь больше, так что процесс хромирования занимает больше времени – порой до 24 часов. Кроме того, что хромовый слой предупредит ржавление, он заметно увеличивает износостойкость детали;
- декоративное – хром создает зеркально-блестящую поверхность. Автолюбители и мотогонщики редко когда отказываются от возможности украсить свою машину хромированными деталями. Слой декоративности покрытия намного тоньше – до 0,0005 мм.
Хромирование активно используется в современном строительстве и при изготовлении мебели. Фурнитура с зеркальным покрытием, аксессуары ванной и кухни, кухонная утварь, детали мебели – изделия с хромовым покрытием на редкость популярны. А так как благодаря современным методом хромирования, покрытие можно создать буквально на любом предмете, появились и несколько нетипичные методы применения. Так, например, хромированную сантехнику к тривиальным решениям отнести нельзя.
Хром – металл с очень необычными свойствами, причем его качества востребованы в промышленности. В большинстве своем интерес представляют его сплавы и соединения, что лишь повышает значение металла для народного хозяйства.
Про снятие хрома с металла расскажет видео ниже:
Хром (Cr), химический элемент VI группы периодической системы Менделеева. Относится к переходным металлом с атомным номером 24 и атомной массой 51,996. В переводе с греческого, название металла означает «цвет». Такому названию металл обязан разнообразной цветовой гамме, которая присуща его различным соединениям.
Физические характеристики хрома
Металл обладает достаточной твердостью и хрупкостью одновременно. По шкале Мооса твердость хрома оценивается в 5,5. Этот показатель означает, что хром имеет максимальную твердость из всех известных на сегодня металлов, после урана, иридия, вольфрама и бериллия. Для простого вещества хрома характерен голубовато-белый окрас.
Металл не относится к редким элементам. Его концентрация в земной коре достигает 0,02% масс. долей. В чистом виде хром не встречается никогда. Он содержится в минералах и рудах, которые являются главным источником добычи металла. Хромит (хромистый железняк, FeO*Cr 2 O 3) считается основным соединением хрома. Еще одним достаточно распространенным, однако менее важным минералом, является крокоит PbCrO 4 .
Металл легко поддается плавке при температуре 1907 0 С (2180 0 К или 3465 0 F). При температуре в 2672 0 С - закипает. Атомная масса металла составляет 51,996 г/моль.
Хром является уникальным металлом благодаря своим магнитным свойствам. В условиях комнатной температуры ему присуще антиферромагнитное упорядочение, в то время, как другие металлы обладают им в условиях исключительно пониженных температур. Однако, если хром нагреть выше 37 0 С, физические свойства хрома изменяются. Так, существенно меняется электросопротивление и коэффициент линейного расширения, модуль упругости достигает минимального значения, а внутреннее трение значительно увеличивается. Такое явление связано с прохождением точки Нееля, при которой антиферромагнитные свойства материала способны изменяться на парамагнитные. Это означает, что первый уровень пройден, и вещество резко увеличилось в объеме.
Строение хрома представляет собой объемно-центрированную решетку, благодаря которой металл характеризуется температурой хрупко-вязкого периода. Однако, в случае с данным металлом, огромное значение имеет степень чистоты, поэтому, величина находится в пределах -50 0 С - +350 0 С. Как показывает практика, раскристаллизированный металл не имеет никакой пластичности, но мягкий отжиг и формовка делают его ковким.
Химические свойства хрома
Атом имеет следующую внешнюю конфигурацию: 3d 5 4s 1 . Как правило, в соединениях хром имеет следующие степени окисления: +2, +3, +6, среди которых наибольшую устойчивость проявляет Сr 3+ .Кроме этого существуют и другие соединения, в которых хром проявляет совершенно иную степень окисления, а именно: +1, +4, +5.
Металл не отличается особой химической активностью. Во время нахождения хрома в обычных условиях, металл проявляет устойчивость к влаге и кислороду. Однако, данная характеристика не относится к соединению хрома и фтора - CrF 3 , которое при воздействии температур, превышающих 600 0 С, взаимодействует с парами воды, образуя в результате реакции Сr 2 О 3 , а также азотом, углеродом и серой.
Во время нагревания металлического хрома, он взаимодействует с галогенами, серой, кремнием, бором, углеродом, а также некоторыми другими элементами, в результате чего получаются следующие химические реакции хрома:
Cr + 2F 2 = CrF 4 (с примесью CrF 5)
2Cr + 3Cl 2 = 2CrCl 3
2Cr + 3S = Cr 2 S 3
Хроматы можно получить, если нагреть хром с расплавленной содой на воздухе, нитратами или хлоратами щелочных металлов:
2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2 .
Хром не обладает токсичностью, чего нельзя сказать о некоторых его соединениях. Как известно, пыль данного металла, при попадании в организм, может раздражать легкие, через кожу она не усваивается. Но, поскольку в чистом виде он не встречается, то его попадание в человеческий организм является невозможным.
Трехвалентный хром попадает в окружающую среду во время добычи и переработки хромовой руды. В человеческий организм попадание хрома вероятно в виде пищевой добавки, используемой в программах по похудению. Хром с валентностью, равной +3, является активным участником синтеза глюкозы. Ученые установили, что излишнее употребление хрома особого вреда человеческому организму не наносит, поскольку не происходит его всасывание, однако, он способен накапливаться в организме.
Соединения, в котором участвует шестивалентный металл, являются крайне токсичными. Вероятность их попадания в человеческий организм появляется во время производства хроматов, хромирования предметов, во время проведения некоторых сварочных работ. Попадание такого хрома в организм чревато серьезными последствиями, так как соединения, в которых присутствует шестивалентный элемент, представляют собой сильные окислители. Поэтому, могут вызвать кровотечение в желудке и кишечнике, иногда с прободением кишечника. При попадании таких соединений на кожу возникают сильные химические реакции в виде ожогов, воспалений, возникновения язв.
В зависимости от качества хрома, которое необходимо получить на выходе, существует несколько способов производства металла: электролизом концентрированных водных растворов оксида хрома, электролизом сульфатов, а также восстановлением оксидом кремния. Однако, последний способ не очень популярен, так как при нем на выходе получается хром с огромным количеством примесей. Кроме того, он также является экономически невыгодным.
| Степень окисления | Оксид | Гидроксид | Характер | Преобладающие формы в растворах | Примечания |
| +2 | CrO (чёрный) | Cr(OH)2 (желтый) | Основный | Cr2+ (соли голубого цвета) | Очень сильный восстановитель |
| Cr2O3 (зелёный) | Cr(OH)3 (серо-зеленый) | Амфотерный |
Cr3+ (зеленые или лиловые соли) |
||
| +4 | CrO2 | не существует | Несолеобразующий | - |
Встречается редко, малохарактерна |
| +6 | CrO3 (красный) |
H2CrO4 |
Кислотный |
CrO42- (хроматы, желтые) |
Переход зависит от рН среды. Сильнейший окислитель, гигроскопичен, очень ядовит. |
Хром (лат. Cromium), Cr, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996; металл голубовато-стального цвета.
Природные стабильные изотопы: 50 Cr (4,31%), 52 Cr (87,76%), 53 Cr (9,55%) и 54 Cr (2,38%). Из искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен 51 Cr (период полураспада T ½ = 27,8 суток), который применяется как изотопный индикатор.
Историческая справка. Хром открыт в 1797 году Л. Н. Вокленом в минерале крокоите - природном хромате свинца РbCrО 4 . Название Хром получил от греческого слова chroma - цвет, краска (из-за разнообразия окраски своих соединений). Независимо от Воклена Хром был открыт в крокоите в 1798 году немецким ученым М. Г. Клапротом.
Распространение Хрома в природе. Среднее содержание Хрома в земной коре (кларк) 8,3·10 -3 % . Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли, так как ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Хромом (2·10 -4 %). Хром образует массивные и вкрапленные руды в ультраосновных горных породах; с ними связано образование крупнейших месторождений Хрома. В основных породах содержание Хрома достигает лишь 2·10 -2 %, в кислых - 2,5·10 -3 %, в осадочных породах (песчаниках) - 3,5·10 -3 %, глинистых сланцах - 9·10 -3 % . Хром - сравнительно слабый водный мигрант; содержание Хрома в морской воде 0,00005 мг/л.
В целом Хром - металл глубинных зон Земли; каменные метеориты (аналоги мантии) тоже обогащены Хромом (2,7·10 -1 %). Известно свыше 20 минералов Хрома. Промышленное значение имеют только хромшпинелиды (до 54% Сr); кроме того, Хром содержится в ряде других минералов, которые нередко сопровождают хромовые руды, но сами не представляют практическое ценности (уваровит, волконскоит, кемерит, фуксит).
Физические свойства Хрома. Хром - твердый, тяжелый, тугоплавкий металл. Чистый Хром пластичен. Кристаллизуется в объемноцентрированной решетке, а = 2,885Å (20 °С); при 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решеткой, а = 3,69Å.
Атомный радиус 1,27 Å; ионные радиусы Cr 2+ 0,83Å, Cr 3+ 0,64Å, Cr 6+ 0,52 Å. Плотность 7,19 г/см 3 ; t пл 1890 °С; t кип 2480 °С. Удельная теплоемкость 0,461 кдж/(кг·К) (25°С); термический коэффициент линейного расширения 8,24·10 -6 (при 20 °С); коэффициент теплопроводности 67 вт/(м·К) (20 °С); удельное электросопротивление 0,414 мком·м(20 °С); термический коэффициент электросопротивления в интервале 20-600 °С составляет 3,01·10 -3 . Хром антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6·10 -6 . Твердость высокочистого Хрома по Бринеллю 7-9 Мн/м 2 (70-90 кгс/см 2).
Химические свойства Хрома. Внешняя электронная конфигурация атома Хрома 3d 5 4s 1 . В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Сr 3+ ; известны отдельные соединения, в которых Хром имеет степени окисления +1, +4, +5. Хром химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя CrF 3 . Выше 600 °С взаимодействует с парами воды, давая Сr 2 О 3 ; азотом - Cr 2 N, CrN; углеродом - Сr 23 С 6 , Сr 7 С 3 , Сr 3 С 2 ; серой - Cr 2 S 3 . При сплавлении с бором образует борид СrВ, с кремнием - силициды Cr 3 Si, Cr 2 Si 3 , CrSi 2 . Со многими металлами Хром дает сплавы. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла оксидной пленки. При 1200 °С пленка разрушается и окисление снова идет быстро. Хром загорается в кислороде при 2000 °С с образованием темно-зеленого оксида Хрома (III) Сr 2 О 3 . Помимо оксида (III), известны других соединения с кислородом, например CrO, СrО 3 , получаемые косвенным путем. Хром легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата Хрома и выделением водорода; царская водка и азотная кислота пассивируют Хром.
С увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства Хром Производные Сr 2+ - очень сильные восстановители. Ион Сr 2+ образуется на первой стадии растворения Хрома в кислотах или при восстановлении Сr 3+ в кислом растворе цинком. Гидрат закиси Сr(ОН) 2 при обезвоживании переходит в Сr 2 О 3 . Соединения Сr 3+ устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. Сr 3+ можно восстановить в кислом растворе цинком до Сr 2+ или окислить в щелочном растворе до СrО 4 2- бромом и других окислителями. Гидрооксид Сr(ОН) 3 (вернее Сr 2 О 3 ·nН 2 О) - амфотерное соединение, образующее соли с катионом Сr 3+ или соли хромистой кислоты НСrО 2 - хромиты (например, КСrО 2 , NaCrO 2). Соединения Сr 6+ : хромовый ангидрид СrО 3 , хромовые кислоты и их соли, среди которых наиболее важны хроматы и дихроматы - сильные окислители. Хром образует большое число солей с кислородсодержащими кислотами. Известны комплексные соединения Хрома; особенно многочисленны комплексные соединения Сr 3+ , в которых Хром имеет координационное число 6. Существует значительное число переоксидных соединений Хрома
Получение Хрома. В зависимости от цели использования получают Хром различной степени чистоты. Сырьем обычно служат хромшпинелиды, которые подвергают обогащению, а затем сплавляют с поташом (или содой) в присутствии кислорода воздуха. Применительно к основному компоненту руд, содержащему Сr 3 +, реакция следующая:
2FeCr 2 О 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5О 2 = 4К 2 СrО 4 + Fе 2 О 3 + 4СО 2 .
Образующийся хромат калия К 2 СrО 4 выщелачивают горячей водой и действием H 2 SO 4 превращают его в дихромат К 2 Сr 2 О 7 . Далее действием концентрированного раствора H 2 SО 4 на К 2 Сr 2 О 7 получают хромовый ангидрид С 2 О 3 или нагреванием К 2 Сr 2 О 7 с серой - оксид Хрома (III) С 2 О 3 .
Наиболее чистый Хром в промышленного условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов СrО 3 или Сr 2 О 3 , содержащих H 2 SO 4 , либо электролизом сульфата Хрома Cr 2 (SO 4) 3 . При этом Хром выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Хрома особо чистым водородом при высокой температуре (1500-1700 °С).
Возможно также получение чистого Хрома электролизом расплавов CrF 3 или СrCl 3 в смеси с фторидами натрия, калия, кальция при температуре около 900 °С в атмосфере аргона.
В небольших количествах Хром получают восстановлением Сr 2 О 3 алюминием или кремнием. При алюминотермическом способе предварительно подогретую шихту из Сr 2 О 3 и порошка или стружек Аl с добавками окислителя загружают в тигель, где реакцию возбуждают поджиганием смеси Na 2 O 2 и Аl до тех пор, пока тигель заполнится Хромом и шлаком. Силикотермически Хром выплавляют в дуговых печах. Чистота получаемого Хрома определяется содержанием примесей в Сr 2 О 3 и в Аl или Si, используемых для восстановления.
В промышленности в больших масштабах производятся сплавы Хрома - феррохром и силикохром.
Применение Хрома. Использование Хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости против коррозии. Больше всего Хрома применяют для выплавки хромистых сталей. Алюмино- и силикотермический Хром используют для выплавки нихрома, нимоника, других никелевых сплавов и стеллита.
Значительное количество Хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый Хром в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Хром в виде иона Cr 3+ - примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями Хрома протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Хрома используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO 4 , ZnCrO 4 , SrCrO 4 - как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия.
Соединения Хром (особенно производные Cr 6 +) токсичны.
Хром в организме. Хром - один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. Среднее содержание Хрома в растениях - 0,0005% (92-95% Хрома накапливается в корнях), у животных - от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. В планктонных организмах коэффициент накопления Хрома огромен - 10 000-26 000. Высшие растения не переносят концентрации Хрома выше 3-10 -4 моль/л. В листьях он присутствует в виде низкомолекулярного комплекса, не связанного с субклеточными структурами. У животных Хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов (структурный компонент глюкозоустойчивого фактора). Основной источник поступления Хрома в организм животных и человека - пища. Снижение содержания Хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови и снижению чувствительности периферийных тканей к инсулину.
Отравления Хромом, и его соединениями встречаются при их производстве; в машиностроении (гальванические покрытия); металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры); при изготовлении кож, красок и т. д. Токсичность соединений Хрома зависит от их химические структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr(II), Cr(III). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем и т. д.; они могут проходить при прекращении контакта с Хромом. При длительном контакте с соединениями Хрома развиваются признаки хронические отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и других. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии Хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения Хрома, преимущественно Cr(III), обладают канцерогенным действием.
Loading...