Метал хром магнітні властивості. Дивитись що таке "хром" в інших словниках

Хром(Лат. Cromium), Cr, хімічний елемент VI групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 24, атомна маса 51,996; метал блакитно-сталевого кольору.

Природні стабільні ізотопи: 50 Cr (4,31%), 52 Cr (87,76%), 53 Cr (9,55%) та 54 Cr (2,38%). Зі штучних радіоактивних ізотопів найбільш важливий 51 Cr (період напіврозпаду T ½ = 27,8 діб), який застосовується як ізотопний індикатор.

Історична довідка.Хром відкритий в 1797 Л. Н. Вокленом в мінералі крокоїті - природному хроматі свинцю РbCrО 4 . Назву Хром отримав від грецького слова chroma – колір, фарба (через різноманітність забарвлення своїх сполук). Незалежно від Воклена Хром було відкрито у крокоїті 1798 року німецьким ученим М. Р. Клапротом.

Поширення Хрому у природі.Середній вміст Хрому в земній корі (кларк) 8,3 · 10 -3%. Цей елемент, ймовірно, більш характерний для мантії Землі, так як ультраосновні породи, які, як вважають, найближче за складом мантії Землі, збагачені Хромом (2·10 -4 %). Хром утворює масивні та вкраплені руди в ультраосновних гірських породах; з ними пов'язано утворення найбільших родовищ Хрома. В основних породах вміст Хрому досягає лише 2·10 -2 %, у кислих - 2,5·10 -3 %, в осадових породах (пісковиках) - 3,5·10 -3 %, глинистих сланцях - 9·10 -3 %. Хром – порівняно слабкий водний мігрант; вміст Хрому у морській воді 0,00005 мг/л.

Загалом Хром – метал глибинних зон Землі; кам'яні метеорити (аналоги мантії) теж збагачені Хромом (2,7 · 10 -1%). Відомо понад 20 мінералів Хрому. Промислове значення мають лише хромшпінеліди (до 54% Сr); крім того, Хром міститься в ряді інших мінералів, які нерідко супроводжують хромові руди, але самі не становлять практичного значення (уравіт, волконський, кемерит, фуксит).

Фізичні властивості Хрому.Хром – твердий, важкий, тугоплавкий метал. Чистий Хром пластичний. Кристалізується в об'ємноцентрованих гратах, а = 2,885Å (20 °С); при 1830 °С можливе перетворення на модифікацію з гранецентрованими гратами, а = 3,69Å.

Атомний радіус 1,27 Å; іонні радіуси Cr 2+ 0,83Å, Cr 3+ 0,64Å, Cr 6+ 0,52Å. Щільність 7,19 г/см 3; t пл 1890 ° С; t кіп 2480 °С. Питома теплоємність 0,461 кДж/(кг К) (25°С); термічний коефіцієнт лінійного розширення 8,24 · 10 -6 (при 20 ° С); коефіцієнт теплопровідності 67 вт/(м·К) (20 °С); питомий електроопір 0,414 мком · м (20 ° С); термічний коефіцієнт електроопору в інтервалі 20-600 ° С становить 3,01 · 10 -3 . Хром антиферомагнітний, питома магнітна сприйнятливість 3,6 10 -6 . Твердість високочистого Хрому по Брінеллю 7-9 Мн/м2 (70-90 кгс/см2).

Хімічні властивості Хрому.Зовнішня електронна конфігурація атома хрому 3d 5 4s 1 . У сполуках зазвичай виявляє ступеня окиснення +2, +3, +6, серед них найбільш стійкі Сr 3+; відомі окремі сполуки, у яких Хром має ступеня окиснення +1, +4, +5. Хром хімічно малоактивний. За звичайних умов стійкий до кисню та вологи, але з'єднується з фтором, утворюючи CrF 3 . Вище 600 ° С взаємодіє з парами води, даючи Сr 2 Про 3; азотом - Cr2N, CrN; вуглецем - Сr 23 С6, Сr7С3, Сr3С2; сірої - Cr 2 S 3 . При сплавленні з бором утворює борид СrВ, з кремнієм - силіциди Cr3Si, Cr2Si3, CrSi2. З багатьма металами Хром дає метали. Взаємодія з киснем протікає спочатку досить активно, потім різко уповільнюється завдяки утворенню поверхні металу оксидної плівки. При 1200 С плівка руйнується і окислення знову йде швидко. Хром спалахує в кисні при 2000 ° С з утворенням темно-зеленого оксиду Хрому (III) Сr 2 Про 3 . Крім оксиду (III), відомі інші сполуки з киснем, наприклад CrO, СrО 3 одержувані непрямим шляхом. Хром легко реагує з розведеними розчинами соляної та сірчаної кислот з утворенням хлориду та сульфату Хрому та виділенням водню; царська горілка та азотна кислота пасивують Хром.

Зі збільшенням ступеня окиснення зростають кислотні та окисні властивості Хром Похідні Сr 2+ - дуже сильні відновники. Іон Сr 2+ утворюється на першій стадії розчинення Хрому в кислотах або за відновлення Сr 3+ в кислому розчині цинком. Гідрат закису Сr(ОН) 2 при зневодненні перетворюється на Сr 2 Про 3 . Сполуки Сr 3+ стійкі на повітрі. Можуть бути і відновниками та окислювачами. Сr 3+ можна відновити в кислому розчині цинком до Сr 2+ або окислити в лужному розчині до СrО 4 2-бромом та іншими окислювачами. Гідрооксид Сr(ОН) 3 (вірніше Сr 2 Про 3 ·nН 2 Про) - амфотерне з'єднання, що утворює солі з катіоном Сr 3+ або солі хромистої кислоти НСrО 2 - хроміти (наприклад, КСrО 2 , NaCrO 2). Сполуки Сr 6+ : хромовий ангідрид СrО 3 , хромові кислоти та їх солі, серед яких найбільш важливі хромати та дихромати - сильні окислювачі. Хром утворює велику кількість солей з кисневмісними кислотами. Відомі комплексні сполуки Хрому; особливо численні комплексні сполуки Сr 3+ , у яких Хром має координаційне число 6. Існує значна кількість переоксидних сполук Хрому

Отримання Хрому.Залежно від мети використання одержують Хром різного ступеня чистоти. Сировиною зазвичай є хромшпінеліди, які піддають збагаченню, а потім сплавляють з поташом (або содою) у присутності кисню повітря. Що стосується основного компоненту руд, що містить Сr 3 +, реакція така:

2FeCr 2 Про 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5О 2 = 4К 2 СrО 4 + Fе 2 Про 3 + 4СО 2 .

Утворюється хромат калію До 2 СrО 4 вилуговують гарячою водою і дією H 2 SO 4 перетворюють його на дихромат До 2 Сr 2 Про 7 . Далі дією концентрованого розчину H 2 SО 4 на До 2 Сr 2 Про 7 отримують хромовий ангідрид С 2 Про 3 або нагріванням До 2 Сr 2 Про 7 з сіркою - оксид Хрому (III) С 2 Про 3 .

Найбільш чистий Хром в промислових умовах отримують або електролізом концентрованих водних розчинів СrО 3 або Сr 2 Про 3 , що містять H 2 SO 4 або електролізом сульфату Хрому Cr 2 (SO 4) 3 . При цьому Хром виділяється на катоді з алюмінію або нержавіючої сталі. Повне очищення від домішок досягається обробкою Хром особливо чистим воднем при високій температурі (1500-1700 ° С).

Можливе також одержання чистого Хрому електролізом розплавів CrF 3 або СrCl 3 у суміші з фторидами натрію, калію, кальцію при температурі близько 900 ° С в атмосфері аргону.

У невеликих кількостях Хром отримують відновленням Сr 2 Про 3 алюмінієм або кремнієм. При алюмінотермічному способі попередньо підігріту шихту із Сr 2 Про 3 і порошку або стружок Аl з добавками окислювача завантажують в тигель, де реакцію збуджують підпалюванням суміші Na 2 O 2 і Аl доти, поки тигель заповниться Хромом і шлаком. Силікотермічно Хром виплавляють у дугових печах. Чистота одержуваного Хрому визначається вмістом домішок Сr 2 Про 3 і Аl або Si, що використовуються для відновлення.

У промисловості у великих масштабах виробляються сплави Хрому – ферохром та силікохром.

Застосування Хрому.Використання Хрому засноване на його жароміцності, твердості та стійкості проти корозії. Найбільше Хрому застосовують для виплавки хромистих сталей. Алюміно- та силікотермічний Хром використовують для виплавки ніхрому, німоніка, інших нікелевих сплавів та стелліту.

Значна кількість хрому йде на декоративні корозійно-стійкі покриття. Широке застосування отримав порошковий Хром у виробництві металокерамічних виробів та матеріалів для зварювальних електродів. Хром у вигляді іона Cr 3+ - домішка в рубіні, яка використовується як дорогоцінний камінь та лазерний матеріал. З'єднаннями Хрому протруюють тканини при фарбуванні. Деякі солі Хрому використовуються як складова частина дубильних розчинів у шкіряній промисловості; PbCrO 4, ZnCrO 4, SrCrO 4 - як художні фарби. З суміші хроміту та магнезиту виготовляють хромомагнезитові вогнетривкі вироби.

З'єднання Хром (особливо похідні Cr 6+) токсичні.

Хром в організмі.Хром - один з біогенних елементів, що постійно входить до складу тканин рослин і тварин. Середній вміст Хрому в рослинах - 0,0005% (92-95% Хрому накопичується в корінні), у тварин - від десятитисячних до десятимільйонних часток відсотка. У планктонних організмах коефіцієнт накопичення хрому величезний - 10 000-26 000. Вищі рослини не переносять концентрації хрому вище 3-10 -4 моль/л. У листі він присутній у вигляді низькомолекулярного комплексу, не пов'язаного із субклітинними структурами. У тварин Хром бере участь в обміні ліпідів, білків (входить до складу ферменту трипсину), вуглеводів (структурний компонент глюкозостійкого фактора). Основне джерело надходження Хрому в організм тварин та людини – їжа. Зниження вмісту Хрому в їжі та крові призводить до зменшення швидкості росту, збільшення холестерину в крові та зниження чутливості периферійних тканин до інсуліну.

Отруєння Хромом, та його сполуками зустрічаються за її виробництві; у машинобудуванні (гальванічні покриття); металургії (легуючі добавки, сплави, вогнетриви); при виготовленні шкір, фарб і т. д. Токсичність сполук Хрому залежить від їх хімічні структури: дихромати токсичніші від хроматів, сполуки Cr (VI) токсичніші за сполук Cr(II), Cr(III). Початкові форми захворювання проявляються відчуттям сухості та болем у носі, першінням у горлі, утрудненням дихання, кашлем тощо; вони можуть проходити у разі припинення контакту з Хромом. При тривалому контакті із сполуками Хрому розвиваються ознаки хронічних отруєнь: головний біль, слабкість, диспепсія, втрата у вазі та інших. Порушуються функції шлунка, печінки та підшлункової залози. Можливі бронхіт, бронхіальна астма, дифузний пневмосклероз. При дії Хрому на шкіру можуть розвинутися дерматит, екзема. За деякими даними, сполуки Хрому, переважно Cr(III), мають канцерогенну дію.

Елемент №24. Один із найтвердіших металів. Має високу хімічну стійкість. Один з найважливіших металів, що використовуються у виробництві легованих сталей. Більшість сполук хрому має яскраве забарвлення, причому найрізноманітніших кольорів. За цю особливість елемент був названий хромом, що у перекладі з грецької означає «фарба».

Як його знайшли

Мінерал, що містить хром, було відкрито біля Єкатеринбурга 1766 р. І.Г. Леманном і названо «сибірським червоним свинцем». Нині цей мінерал називається крокоїтом. Відомий та її склад – РbCrО 4 . А свого часу "сибірський червоний свинець" викликав чимало розбіжностей серед учених. Тридцять років сперечалися про його склад, поки, нарешті, 1797 р. французький хімік Луї Нікола Воклен не виділив із нього метал, який (теж, до речі, після деяких суперечок) назвали хромом.

Воклен обробив крокоїт поташем До 2 CO 3: хромат свинцю перетворився на хромат калію. Потім за допомогою соляної кислоти хромат калію був перетворений на окис хрому та воду (хромова кислота існує тільки в розбавлених розчинах). Нагрівши зелений порошок окису хрому в графітовому тиглі з вугіллям, Воклен отримав новий тугоплавкий метал.

Паризька академія наук у всій формі засвідчила відкриття. Але, швидше за все, Воклен виділив не елементарний хром, яке карбіди. Про це свідчить голкоподібна форма одержаних Вокленом світлосірих кристалів.

Назву «хром» запропонували друзі Воклена, але вона йому не сподобалася – метал не відрізнявся особливим кольором. Однак друзям вдалося умовити хіміка, посилаючись на те, що з яскраво забарвлених сполук хрому можна отримувати гарні фарби. (До речі, саме в роботах Воклена вперше пояснено смарагдове забарвлення деяких природних силікатів берилію та алюмінію; їх, як з'ясував Воклен, фарбували домішки сполук хрому.) Так і утвердилася за новим елементом ця назва.

Між іншим, склад «хром», саме в сенсі «забарвлений», входить до багатьох наукових, технічних і навіть музичних термінів. Широко відомі фотоплівки "ізопанхром", "панхром" та "ортохром". Слово "хромосома" у перекладі з грецької означає "тіло, яке фарбується". Є «хроматична» гама (у музиці) і є гармоніка «кульгавого».

Де він знаходиться

У земній корі хрому досить багато – 0,02%. Основний мінерал, з якого промисловість отримує хром, - це хромова шпинель змінного складу із загальною формулою (Mg, Fe) О · (Сr, Al, Fе) 2 O 3 . Хромова руда носить назву хромітів або хромистого залізняку (бо майже завжди містить і залізо). Поклади хромових руд є у багатьох місцях. Наша країна має величезні запаси хромітів. Одне з найбільших родовищ знаходиться у Казахстані, у районі Актюбінська; воно відкрито 1936 р. Значні запаси хромових руд є і Уралі.

Хроміт йдуть переважно на виплавку ферохрому. Це – один із найважливіших феросплавів*, абсолютно необхідний для масового виробництва легованих сталей.

* Феросплави – сплави заліза коїться з іншими елементами, застосовуваними основним обрядом для легування і розкислення стали. Ферохром містить щонайменше 60% Cr.

Царська Росія майже виробляла феросплавів. На кількох доменних печах південних заводів виплавляли низьковідсоткові (за легуючим металом) феросиліцій та феромарганець. Та ще на річці Сатці, що тече на Південному Уралі, в 1910 р. був побудований крихітний заводик, який виплавляв мізерні кількості феромарганцю та ферохрому.

Молодій Радянській країні у роки розвитку доводилося ввозити феросплави з-за кордону. Така залежність від капіталістичних країн була неприпустимою. Вже 1927...1928 гг. почалося спорудження радянських феросплавних заводів. Наприкінці 1930 р. була побудована перша велика феросплавна піч у Челябінську, а 1931 р. вступив у дію Челябінський завод – первісток феросплавної промисловості СРСР. У 1933 р. було пущено ще два заводи – у Запоріжжі та Зестафоні. Це дозволило припинити ввезення феросплавів. Усього за кілька років у Радянському Союзі було організовано виробництво безлічі видів спеціальних сталей – шарикопідшипникової, жарозривкої, нержавіючої, автотракторної, швидкорізальної... У всі ці сталі входить хром.

На XVII з'їзді партії нарком важкої промисловості Серго Орджонікідзе говорив: «...якби в нас не було якісних сталей, у нас не було б автотракторної промисловості. Вартість витрачається нами зараз якісних сталей визначається понад 400 млн руб. Якби треба було ввозити, це – 400 млн. руб. щороку, ви б, чорт забирай, у кабалу потрапили до капіталістів...»

Завод з урахуванням Актюбинського родовища побудований пізніше, у роки Великої Великої Вітчизняної війни. Першу плавку ферохрому він дав 20 січня 1943 р. У спорудженні заводу брали участь трудящі міста Актюбінська. Будівництво було оголошено народним. Ферохром нового заводу йшов виготовлення металу для танків і гармат, потреб фронту.

Минули роки. Зараз Актюбінський феросплавний завод – найбільше підприємство, яке випускає ферохром усіх марок. На заводі виросли висококваліфіковані національні кадри металургів. Рік у рік завод і хромітові копальні нарощують потужність, забезпечуючи нашу чорну металургію високоякісним ферохромом.

У нашій країні є унікальне родовище природнолегованих залізних руд, багатих на хром і нікель. Воно знаходиться в оренбурзьких степах. На базі цього родовища збудовано та працює Орсько-Халілівський металургійний комбінат. У доменних печах комбінату виплавляють природнолегований чавун, що має високу жаростійкість. Частково його використовують у вигляді лиття, але більшу частину відправляють на переділ у нікелеву сталь; хром при виплавці сталі із чавуну вигоряє.

Великі запаси хромітів мають Куба, Югославія, багато країн Азії та Африки.

Як його отримують

Хроміт застосовується переважно у трьох галузях промисловості: металургії, хімії та виробництві вогнетривів, причому металургія споживає приблизно дві третини всього хроміту.

Сталь, легована хромом, має підвищену міцність, стійкість проти корозії в агресивних і окисних середовищах.

Отримання чистого хрому – дорогий та трудомісткий процес. Тому для легування сталі застосовують головним чином ферохром, який одержують у дугових електропечах безпосередньо з хроміту. Відновником є кокс. Вміст окису хрому в хроміті має бути не нижче 48%, а відношення Cr: Fe не менше 3:1.

Отриманий електропечі ферохром зазвичай містить до 80% хрому і 4...7% вуглецю (решта – залізо).

Але для легування багатьох якісних сталей потрібен ферохром, що містить мало вуглецю (про причини цього – нижче, у розділі «Хром у сплавах»). Тому частину високовуглецевого ферохрому піддають спеціальної обробки, щоб знизити вміст вуглецю в ньому до десятих і сотих часток відсотка.

З хроміту одержують і елементарний, металевий хром. Виробництво технічно чистого хрому (97 ... 99%) засноване на методі алюмінотермії, відкритому ще в 1865 відомим російським хіміком Н.М. Бекетова. Сутність методу – у відновленні оксидів алюмінієм, реакція супроводжується значним виділенням тепла.

Але попередньо треба отримати чистий окис хрому Сr 2 Про 3 . Для цього тонко подрібнений хроміт змішують із содою і додають до цієї суміші вапняк або окис заліза. Вся маса обпалюється, причому утворюється хромат натрію:

2Сr 2 Про 3 + 4Na 2 CO 3 + 3О 2 → 4Na 2 CrO 4 + 4CO 2 .

Потім хромат натрію вилуговують з обпаленої маси водою; луг фільтрують, упарюють та обробляють кислотою. В результаті виходить біхромат натрію Na 2 Cr 2 O 7 . Відновлюючи його сіркою або вуглецем при нагріванні, одержують зелений окис хрому.

Металевий хром можна отримати, якщо чистий окис хрому змішати з порошком алюмінію, нагріти цю суміш у тиглі до 500...600°C і підпалити за допомогою перекису барію, Алюміній забирає у окису хрому кисень. Ця реакція Сr 2 Про 3 + 2Аl → Аl 2 O 3 + 2Сr – основа промислового (алюмінотермічного) способу одержання хрому, хоча, звичайно, заводська технологія значно складніша. Хром, отриманий алюмінієвотермічно, містить алюмінію та заліза десяті частки відсотка, а кремнію, вуглецю та сірки – соті частки відсотка.

Використовують силікотермічний спосіб отримання технічно чистого хрому. У цьому випадку хром з окису відновлюється кремнієм за реакцією 2Сr 2 Про 3 + 3Si → 3SiO 2 + 4Сr.

Ця реакція відбувається у дугових печах. Для зв'язування кремнезему до шихти додають вапняк. Чистота силікотермічного хрому приблизно така ж, як і алюміній, хоча, зрозуміло, вміст у ньому кремнію трохи вище, а алюмінію трохи нижче. Для отримання хрому намагалися застосувати інші відновники – вуглець, водень, магній. Однак ці способи не набули широкого поширення.

Хром високого ступеня чистоти (приблизно 99,8%) одержують електролітично.

Технічно чистий та електролітичний хром йде головним чином на виробництво складних хромових сплавів.

Константи та властивості хрому

Атомна маса хрому 51,996. У менделєєвській таблиці він посідає місце у шостій групі. Його найближчі сусіди та аналоги – молібден та вольфрам. Характерно, що сусіди хрому, як і він сам, широко застосовуються для легування сталей.

Температура плавлення хрому залежить від його чистоти. Багато дослідників намагалися її визначити та отримали значення від 1513 до 1920°C. Такий великий «розкид» пояснюється насамперед кількістю і складом домішок, що містяться в хромі. Зараз вважають, що хром плавиться за нормальної температури близько 1875°C. Температура кипіння становить 2199°C. Щільність хрому менша, ніж заліза; вона дорівнює 7,19.

За хімічними властивостями хром близький до молібдену та вольфраму. Вищий оксид його CrО 3 – кислотний, це – ангідрид хромової кислоти Н 2 CrО 4 . Мінерал крокоїт, з якого ми розпочинали знайомство з елементом №24, – сіль цієї кислоти. Крім хромової, відома дворомова кислота H 2 Cr 2 O 7 в хімії широко застосовуються її солі - біхромати. Найбільш поширений оксид хрому Cr 2 Про 3 – амфотерен. А взагалі в різних умовах хром може виявляти валентність від 2 до 6. Широко використовуються тільки з'єднання три- і шестивалентного хрому.

Хром має всі властивості металу – добре проводить тепло та електричний струм, має характерний металевий блиск. Головна особливість хрому – його стійкість до дії кислот та кисню.

Для тих, хто постійно має справу з хромом, стала притчею ще одна його особливість: при температурі близько 37°C деякі фізичні властивості цього металу різко, стрибкоподібно змінюються. При цій температурі – явно виражений максимум внутрішнього тертя та мінімум модуля пружності. Майже також різко змінюються електроопір, коефіцієнт лінійного розширення, термоелектрорушійна сила.

Пояснити цю аномалію вчені поки що не можуть.

Відомі чотири природні ізотопи хрому. Їхні масові числа 50, 52, 53 і 54. Частка найпоширенішого ізотопу 52 Cr – близько 84%

Хром у сплавах

Ймовірно, було б протиприродним, якби розповідь про застосування хрому та його сполук почалася не зі сталі, а з чогось іншого. Хром – один із найважливіших легуючих елементів, що застосовуються у чорній металургії. Добавка хрому до звичайних сталей (до 5% Сr) покращує їх фізичні властивості та робить метал більш сприйнятливим до термічної обробки. Хромом легують пружинні, ресорні, інструментальні, штампові та шарикопідшипникові сталі. У них (крім шарикопідшипникових сталей) хром присутній разом із марганцем, молібденом, нікелем, ванадієм. А шарикопідшипникові сталі містять лише хром (близько 1,5%) та вуглець (близько 1%). Останній утворює з хромом карбіди виняткової твердості: Cr3С. Cr7С3 і Cr23С6. Вони надають шарикопідшипниковій сталі високу зносостійкість.

Якщо вміст хрому стали підвищити до 10% і більше, сталь стає більш стійкою до окислення і корозії, але тут набирає чинності фактор, який можна назвати вуглецевим обмеженням. Здатність вуглецю зв'язувати великі кількості хрому призводить до збіднення стали цим елементом. Тому металурги опиняються перед дилемою: хочеш отримати корозійну стійкість – зменшуй вміст вуглецю та втрачай на зносостійкості та твердості.

Нержавіюча сталь найпоширенішої марки містить 18% хрому та 8% нікелю. Вміст вуглецю в ній дуже невеликий – до 0,1%. Нержавіючі сталі добре протистоять корозії та окисленню, зберігають міцність при високих температурах. З листів такої сталі зроблено скульптурну групу В.І. Мухіною «Робітник та колгоспниця», яка встановлена у Москві біля Північного входу на Виставку досягнень народного господарства. Нержавіючі сталі широко використовуються в хімічній та нафтовій промисловості.

Високохромисті сталі (що містять 25...30% Cr) мають особливу стійкість до окислення при високій температурі. Їх застосовують виготовлення деталей нагрівальних печей.

Тепер кілька слів про сплави на основі хрому. Це сплави, що містять понад 50% хрому. Вони мають дуже високу жароміцність. Однак у них є дуже великий недолік, що зводить нанівець всі переваги: ці сплави дуже чутливі до поверхневих дефектів: досить з'явитися подряпини, мікротріщини, і виріб швидко зруйнується під навантаженням. У більшості сплавів подібні недоліки усуваються термомеханічною обробкою, але сплави на основі хрому такій обробці не піддаються. Крім того, вони надто крихкі при кімнатній температурі, що також обмежує можливості їх застосування.

Більш цінними є сплави хрому з нікелем (у них часто вводяться як легуючі добавки та інші елементи). Найпоширеніші сплави цієї групи - ніхроми містять до 20% хрому (інше нікель) і застосовуються для виготовлення нагрівальних елементів. У ніхромів – великий для металів електроопір, при пропусканні струму вони сильно нагріваються.

Добавка до хромонікелевих сплавів молібдену і кобальту дозволяє отримати матеріали, що мають високу жароміцність, здатність виносити великі навантаження при 650...900°C. З цих сплавів роблять, наприклад, лопатки газових турбін.

Жароміцність, мають також хромокобальтові сплави, що містять 25...30% хрому. Промисловість використовує хром та як матеріал для антикорозійних та декоративних покриттів.

...і в інших з'єднаннях

Головна хромова руда - хроміт використовується і у виробництві вогнетривів. Магнезитохромітові цеглини хімічно пасивні та термостійкі, вони витримують багаторазові різкі зміни температур. Тому їх використовують у конструкціях склепінь мартенівських печей. Стійкість магнезитохромітових склепінь у 2...3 рази більша, ніж динасових*.

* Динас - кисла вогнетривка цегла, що містить не менше 93% кремнезему. Вогнетривкість динасу 1680...1730°C. У 1952 р. 14-му томі Великої Радянської Енциклопедії (2-ге видання) динас названий незамінним матеріалом для склепінь мартенівських печей. Це твердження слід вважати застарілим, хоча динас і зараз широко застосовується як вогнетрив.

Хімікі отримують з хроміту в основному біхромати калію і натрію К 2 Cr 2 O 7 і Na 2 Cr 2 O 7 .

Бпхромати та хромові галун KCr(SO 4); використовуються для дублення шкіри. Звідси і йде назва "хромові" чоботи. Шкіра. дублена хромовими сполуками, має гарний блиск, міцна і зручна у використанні.

З хромату свинцю РbCrО 4 . виготовляють різні барвники. Розчином біхромату натрію очищають і цькують поверхню сталевого дроту перед цинкуванням, а також освітлюють латунь. Хроміт та інші сполуки хрому широко застосовуються як барвники керамічної глазурі та скла.

Нарешті, з біхромату натрію одержують хромову кислоту, яка використовується як електроліт при хромуванні металевих деталей.

Що ж далі?

Хром і в майбутньому збереже своє значення як легуюча добавка до сталі та як матеріал для металопокриттів; не втратять цінності та сполуки хрому, що використовуються в хімічній та вогнетривкій промисловості.

Набагато складніше справа зі сплавами на основі хрому. Велика крихкість і виняткова складність механічної обробки поки що не дозволяють широко застосовувати ці сплави, хоча по жароміцності та зносостійкості вони можуть потягатися з будь-якими матеріалами. Останніми роками намітився новий напрямок у виробництві хромовмісних сплавів – легування їх азотом. Цей шкідливий у металургії газ утворює з хромом міцні сполуки – нітриди. Азотування хромистих сталей підвищує їхню зносостійкість, дозволяє зменшити вміст дефіцитного нікелю в «нержавійках». Можливо, цей метод дозволить подолати і «необроблюваність» сплавів на основі хрому? Чи прийдуть тут на допомогу інші, поки не відомі методи? Так чи інакше, треба думати, що у майбутньому ці сплави займуть гідне місце серед необхідних техніки матеріалів.

Три чи шість?

Оскільки хром добре чинить опір окисленню на повітрі та дії кислот, його часто наносять на поверхню інших матеріалів, щоб захистити їх від корозії. Метод нанесення давно відомий – це електролітичне осадження. Проте спочатку розробки процесу електролітичного хромування виникли несподівані труднощі.

Відомо, що звичайні гальванічні покриття наносять за допомогою електролітів, в яких іон елемента, що наноситься, має позитивний заряд. З хромом так не виходило: покриття виявлялися пористими, легко відшаровувалися.

Майже три чверті століття працювали вчені над проблемою хромування і лише у 20-х роках ХХ століття виявили, що електроліт хромованої ванни повинен містити не тривалентний хром, а хромову кислоту, тобто. шестивалентний хром. При промисловому хромуванні у ванну додають солі сірчаної та плавикової кислот; вільні кислотні радикали каталізують процес гальванічного осадження хрому.

Вчені не дійшли поки єдиної думки про механізм осадження шестивалентного хрому на катоді гальванічної ванни. Є припущення, що шестивалентний хром переходить спочатку в тривалентний, а потім відновлюється до металу. Однак більшість фахівців сходяться на тому, що хром у катода відновлюється одразу із шестивалентного стану. Деякі вчені вважають, що в цьому процесі бере участь атомарний водень, деякі – що шестивалентний хром отримує шість електронів.

Декоративні та тверді

Хромові покриття бувають двох видів: декоративні та тверді. Найчастіше доводиться стикатися з декоративними: на годиннику, дверних ручках та інших предметах. Тут шар хрому наноситься на підшар іншого металу, найчастіше нікелю чи міді. Сталь захищена від корозії цим підшаром, а тонкий (0,0002...0,0005 мм.) шар хрому надає виробу парадного вигляду.

Тверді покриття збудовані інакше. Хром наносять на сталь значно товстішим шаром (до 0,1 мм), але без підшарів. Такі покриття підвищують твердість та зносостійкість сталі, а також зменшують коефіцієнт тертя.

Хромування без електроліту

Є й інший спосіб нанесення хромових покриттів – дифузійний. Цей процес не в гальванічних ваннах, а печах.

Сталеву деталь поміщають у порошок хрому та нагрівають у відновлювальній атмосфері. За 4 години при температурі 1300°C поверхні деталі утворюється збагачений хромом шар товщиною 0,08 мм. Твердість та корозійна стійкість цього шару значно більша, ніж твердість сталі в масі деталі. Але цей, начебто, простий метод доводилося неодноразово вдосконалювати. На поверхні стали утворювалися карбіди хрому, які перешкоджали дифузії хрому в сталь. Крім того, порошок хрому при температурі близько тисячі градусів спікається. Щоб цього не сталося, до нього домішують порошок нейтрального вогнетриву. Спроби замінити порошок хрому сумішшю окису хрому з вугіллям не дали позитивних результатів.

Більш життєвим виявилася пропозиція застосовувати як носій хрому його летючі галоїдні солі, наприклад CrCl 2 . Гарячий газ омиває хромований виріб, при цьому йде реакція:

СrСl 2 + Fe ↔ FeСl 2 + Сr.

Використання летких галоїдних солей дозволило знизити температуру хромування.

Хлорид (або іодид) хрому отримують зазвичай у самій установці для хромування, пропускаючи пари відповідної галоїдоводневої кислоти через порошкоподібний хром або ферохром. Газоподібний хлорид, що утворився, омиває хромований виріб.

Процес триває довго – кілька годин. Нанесений таким чином шар набагато міцніше з'єднаний з основним матеріалом, ніж гальванічно нанесений.

Все почалося з миття посуду.

У будь-якій аналітичній лабораторії стоїть велика сулія з темною рідиною. Це "хромова суміш" - суміш насиченого розчину біхромату калію з концентрованою сірчаною кислотою. Навіщо вона потрібна?

На пальцях людини завжди є жирові забруднення, що легко переходять на скло. Саме ці відкладення покликана змивати хромову суміш. Вона окислює жир та видаляє його залишки. Але з цією речовиною поводитися треба обережно. Декілька крапель хромової суміші, що потрапили на костюм, здатні перетворити його на подобу решета: у суміші дві речовини, і обидва «розбійники» - сильна кислота і сильний окислювач.

Хром та деревина

Навіть у наш вік скла, алюмінію, бетону та пластиків не можна не визнати деревину відмінним будівельним матеріалом. Головне її гідність у простоті обробки, а головні недоліки – у пожежонебезпечності, схильності до руйнування грибками, бактеріями, комахами. Деревину можна зробити більш стійкою, просочивши її спеціальними розчинами, до складу яких обов'язково входять хромати та біхромати плюс хлорид цинку, сульфат міді, арсенат натрію та деякі інші речовини. Просочення у багато разів підвищує стійкість деревини до дії грибків, комах, полум'я.

Дивлячись на малюнок

Ілюстрації в друкованих виданнях робляться з кліше - металевих пластинок, на яких цей малюнок (вірніше, його дзеркальне відображення) вигравіруваний хімічним способом або вручну. До винаходу фотографії кліше гравірували лише вручну; це трудомістка робота, яка потребує великої майстерності.

Але ще в 1839 р. відбулося відкриття, що здавалося, що не мало жодного відношення до поліграфії. Було встановлено, що папір, просочений біхроматом натрію або калію, після освітлення яскравим світлом стає коричневим. Потім з'ясувалося, що біхроматні покриття на папері після засвічування не розчиняються у воді, а, будучи змоченими, набувають синюватого відтінку. Цією властивістю користувалися поліграфісти. Потрібний малюнок фотографували на платівку з колоїдним покриттям, що містить біхромат. Засвічені місця під час промивання не розчинялися, а незасвічені розчинялися, і на пластині залишався малюнок, з якого можна було друкувати.

Нині у поліграфії використовують інші світлочутливі матеріали, застосування біхроматних гелів скорочується. Але не слід забувати, що «першопрохідникам» фотомеханічного методу в поліграфії допоміг хром.

Відкриття хрому відноситься до періоду бурхливого розвитку хіміко-аналітичних досліджень солей та мінералів. У Росії хіміки виявляли особливий інтерес до аналізу мінералів, знайдених у Сибіру та майже невідомих у Західній Європі. Одним із таких мінералів була сибірська червона свинцева руда (крокоїт), описана ще Ломоносовим. Мінерал досліджувався, але нічого, крім оксидів свинцю, заліза та алюмінію, в ньому не було знайдено. Однак у 1797 році Вокелен, прокип'ятив тонко подрібнений зразок мінералу з поташом і осадивши карбонат свинцю, отримав розчин, пофарбований в оранжево червоний колір. З цього розчину він викристалізував рубіново-червону сіль, з якої виділили оксид і вільний метал, відмінний від усіх відомих металів. Вокелен назвав його Хром ( Chrome ) від грецького слова- фарбування, колір; правда тут йшлося про властивість не металу, яке яскраво пофарбованих солей.

Знаходження у природі.

Найважливішою рудою хрому, що має практичне значення, є хроміт, приблизний склад якого відповідає формулі FeCrO4.

Він зустрічається у Малій Азії, на Уралі, у Північній Америці, на півдні Африки. Технічне значення має також названий мінерал крокоїт – PbCrO 4 . У природі зустрічаються також оксид хрому (3) та деякі інші його сполуки. У земній корі вміст хрому у перерахунку на метал становить 0,03%. Хром виявлено на Сонці, зірках, метеоритах.

Фізичні властивості.

Хром – білий, твердий та тендітний метал, виключно хімічно стійкий до дії кислот та лугів. На повітрі він окислюється, має поверхні тонку прозору плівку оксиду. Хром має щільність 7,1 г/см 3 його температура плавлення становить +1875 0 С.

Отримання.

При сильному нагріванні хромистого залізняку з вугіллям відбувається відновлення хрому та заліза:

FeO * Cr 2 O 3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO

В результаті цієї реакції утворюється сплав хрому із залізом, що відрізняється високою міцністю. Для отримання чистого хрому його відновлюють з оксиду хрому(3) алюмінієм:

Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr

У цьому процесі зазвичай використовують два оксиди - Cr 2 O 3 і CrO 3

Хімічні властивості.

Завдяки тонкій захисній плівці оксиду, що покриває поверхню хрому, він дуже стійкий до дії агресивних кислот та лугів. Хром не реагує з концентрованими азотною та сірчаною кислотами, а також з фосфорною кислотою. З лугами хром вступає у взаємодію при t = 600-700 про C. Однак хром взаємодіє з розведеними сірчаною та соляною кислотами, витісняючи водень:

2Cr + 3H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl 3 + 3H 2

За високої температури хром горить у кисні, утворюючи оксид(III).

Розпечений хром реагує з парами води:

2Cr + 3H 2 O = Cr 2 O 3 + 3H 2

Хром при високій температурі реагує також з галогенами, галоген - воднями, сіркою, азотом, фосфором, вугіллям, кремнієм, бором, наприклад:

Cr + 2HF = CrF 2 + H 2
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr 2 S 3
Cr + Si = CrSi

Вищевказані фізичні та хімічні властивості хрому знайшли своє застосування у різних галузях науки та техніки. Так, наприклад, хром та його сплави використовуються для отримання високоміцних, корозійностійких покриттів у машинобудуванні. Сплави у вигляді ферохрому використовуються як металорізальні інструменти. Хромовані метали знайшли застосування в медичній техніці, при виготовленні хімічного технологічного обладнання.

Положення хрому в періодичній системі хімічних елементів:

Хром очолює побічну підгрупу VI групи періодичної системи елементів. Його електронна формула така:

24 Cr IS 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 5 4S 1

У заповненні орбіталей електронами у атома хрому порушується закономірність, згідно з якою спочатку мала б заповнитися 4S - орбіталь до стану 4S 2 . Однак, внаслідок того, що 3d - орбіталь займає в атомі хрому вигідніше енергетичне положення, відбувається її заповнення значення 4d 5 . Таке явище спостерігається в інших атомів елементів побічних підгруп. Хром може виявляти ступеня окиснення від +1 до +6. Найбільш стійкими є сполуки хрому зі ступенями окиснення +2, +3, +6.

З'єднання двовалентного хрому.

Оксид хрому (II) CrO – пірофорний чорний порошок (пірофорність – здатність у тонкороздробленому стані спалахнуть на повітрі). CrO розчиняється в розведеній соляній кислоті:

CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O

На повітрі при нагріванні понад 100 0 С CrO перетворюється на Cr 2 O 3 .

Солі двовалентного хрому утворюються під час розчинення металевого хрому в кислотах. Ці реакції відбуваються у атмосфері малоактивного газу (наприклад H 2), т.к. у присутності повітря легко відбувається окислення Cr(II) до Cr(III).

Гідроксид хрому одержують у вигляді жовтого осаду при дії розчину лугу на хлорид хрому (II):

CrCl 2 + 2NaOH = Cr(OH) 2 + 2NaCl

Cr(OH) 2 має основні властивості, є відновником. Гідратований іон Cr2+ пофарбований у блідо-блакитний колір. Водний розчин CrCl 2 має синє забарвлення. На повітрі у водних розчинах сполуки Cr(II) переходять у сполуки Cr(III). Особливо це яскраво виявляється у гідроксиду Cr(II):

4Cr(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Cr(OH) 3

З'єднання тривалентного хрому.

Оксид хрому (III) Cr2O3 – тугоплавкий порошок зеленого кольору. За твердістю близький до корунду. У лабораторії його можна отримати нагріванням дихромату амонію:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2

Cr 2 O 3 – амфотерний оксид, при сплавленні з лугами утворює хроміти: Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

Гідроксид хрому також є амфотерною сполукою:

Cr(OH) 3 + HCl = CrCl 3 + 3H 2 O
Cr(OH) 3 + NaOH = NaCrO 2 + 2H 2 O

Безводний CrCl 3 має вигляд листочків темно-фіолетового кольору, зовсім нерозчинний у холодній воді, при кип'ятінні він розчиняється дуже повільно. Безводний сульфат хрому (III) Cr 2 (SO 4) 3 рожевого кольору також погано розчинний у воді. У присутності відновників утворює фіолетовий сульфат хрому Cr 2 (SO 4) 3 *18H 2 O. Відомі також зелені гідрати сульфату хрому, що містять меншу кількість води. Хромові галун KCr(SO 4) 2 *12H 2 O викристалізовуються з розчинів, що містять фіолетовий сульфат хрому і сульфат калію. Розчин хромових галунів при нагріванні стає зеленим завдяки утворенню сульфатів.

Реакції з хромом та його сполуками

Майже всі сполуки хрому та його розчини інтенсивно пофарбовані. Маючи безбарвний розчин або білий осад, ми можемо з великою ймовірністю зробити висновок про відсутність хрому.

Сильно нагріємо в полум'ї пальника на фарфоровій чашці таку кількість біхромату калію, що поміститься на кінчику ножа. Сіль не виділить кристалізаційної води, а розплавиться при температурі близько 400 0 З утворення темної рідини. Погріємо її ще кілька хвилин на сильному полум'ї. Після охолодження на черепку утворюється зелений осад. Частина його розчинний у воді (вона набуває жовтого кольору), а іншу частину залишимо на черепці. Сіль при нагріванні розклалася, у результаті утворився розчинний жовтий хромат калію K 2 CrO 4 і зелений Cr 2 O 3 .
Розчинний 3г порошкоподібного біхромату калію в 50мл води. До однієї частини додамо трохи карбонату калію. Він розчиниться з виділенням CO2, а забарвлення розчину стане світло - жовтим. З біхромату калію утворюється хромат. Якщо тепер додати до порцій 50% розчин сірчаної кислоти, то знову з'явиться червоно - жовте забарвлення біхромату.
Наллємо у пробірку 5мл. розчину біхромату калію, прокип'ятим із 3мл концентрованої соляної кислоти під тягою. З розчину виділяється жовто-зелений отруйний газоподібний хлор, оскільки хромат окислить HCl до Cl 2 і H 2 O. Сам хромат перетвориться на зелений хлорид тривалентного хрому. Його можна виділити випарюванням розчину, а потім, сплавивши з содою та селітрою, перевести в хромат.
При додаванні розчину нітрату свинцю випадає жовтий свинцевий хромат; при взаємодії з розчином нітрату срібла утворюється червоно-коричневий осад хромату срібла.
Додамо пероксид водню до розчину біхромату калію та підкислимо розчин сірчаною кислотою. Розчин набуває глибокого синого кольору завдяки утворенню пероксиду хрому. Пероксид при збовтуванні з деякою кількістю ефіру перейде в органічний розчинник і забарвить його у блакитний колір. Ця реакція специфічна для хрому і дуже чутлива. З її допомогою можна виявити хром у металах та сплавах. Насамперед необхідно розчинити метал. При тривалому кип'ятінні з 30%-ною сірчаною кислотою (можна додати і соляну кислоту) хром і багато стали частково розчиняються. Отриманий розчин містить сульфат хрому (ІІІ). Щоб можна було провести реакцію виявлення, спочатку нейтралізуємо його їдким натром. В осад випадає сіро-зелений гідроксид хрому (III), який розчиниться надлишком NaOH і утворює зелений хроміт натрію. Профільтруємо розчин і додамо 30% пероксид водню. При нагріванні розчин забарвиться у жовтий колір, оскільки хроміт окислиться до хромату. Підкислення призведе до появи блакитного забарвлення розчину. Забарвлене з'єднання можна екстрагувати, струшуючи з ефіром.

Аналітичні реакцію іони хрому.

До 3-4 крапель розчину хлориду хрому CrCl 3 додайте 2М розчин NaOH до розчинення осаду, що спочатку випав. Зверніть увагу на колір хроміту натрію, що утворився. Нагрійте отриманий розчин на водяній бані. Що при цьому відбувається?
До 2-3 крапель розчину CrCl 3 додайте рівний об'єм 8М розчину NaOH і 3-4 краплі 3% розчину H 2 O 2 . Нагрійте реакційну суміш на водяній бані. Що при цьому відбувається? Який осад утворюється, якщо отриманий нейтралізувати забарвлений розчин, додати до нього CH 3 COOH, а потім Pb(NO 3) 2 ?
Налийте в пробірку 4-5 крапель розчинів сульфату хрому Cr 2 (SO 4) 3 , IMH 2 SO 4 і KMnO 4 . Нагрійте реакційну суміш протягом кількох хвилин на водяній бані. Зверніть увагу на зміну фарбування розчину. Чим воно викликане?
До 3-4 крапель підкисленого азотною кислотою розчину K 2 Cr 2 O 7 додайте 2-3 краплі розчину H 2 O 2 і перемішайте. Синє фарбування розчину, що з'являється, обумовлено виникненням надхромової кислоти H 2 CrO 6:

Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O 2 + 2H + = 2H 2 CrO 6 + 3H 2 O

Зверніть увагу на швидке розкладання H 2 CrO 6:

2H 2 CrO 6 + 8H+ = 2Cr 3+ + 3O 2 + 6H 2 O
синій колір зелений колір

Надхромова кислота значно стійкіша в органічних розчинниках.

До 3-4 крапель підкисленого азотною кислотою розчину K 2 Cr 2 O 7 додайте 5 крапель ізоамілового спирту, 2-3 краплі розчину H 2 O 2 і збовтайте реакційну суміш. Шар органічного розчинника, що спливає на верх, пофарбований в яскраво-синій колір. Забарвлення зникає дуже повільно. Порівняйте стійкість H 2 CrO 6 в органічній та водних фазах.
При взаємодії CrO 4 2 і іонами Ba 2+ випадає жовтий осад хромату барію BaCrO 4 .
Нітрат срібла утворює з іонами CrO 4 2 осад хромату срібла цегляно-червоного кольору.
Візьміть три пробірки. В одну з них помістіть 5-6 крапель розчину K 2 Cr 2 O 7 , в другу - такий самий об'єм розчину K 2 CrO 4 , а в третю - по три краплі обох розчинів. Потім додайте в кожну пробірку три краплі розчину іодиду калію. Поясніть отриманий результат. Підкисліть розчин у другій пробірці. Що при цьому відбувається? Чому?

Цікаві досліди із сполуками хрому

Суміш CuSO 4 і K 2 Cr 2 O 7 при додаванні лугу стає зеленою, а в присутності кислоти стає жовтою. Нагріваючи 2 мг гліцерину з невеликою кількістю (NH 4) 2 Cr 2 O 7 з подальшим додаванням спирту, після фільтрування виходить яскраво-зелений розчин, який при додаванні кислоти стає жовтим, а в нейтральному або лужному середовищі стає зеленим.
Помістити в центр консервної банки з термітом "рубінову суміш" - ретельно розтертий і поміщений в алюмінієву фольгу Al 2 O 3 (4,75 г) з добавкою Cr 2 O 3 (0,25 г). Щоб банку довше не остигала, необхідно закопати під верхній обріз у пісок, а після підпалювання терміту та початку реакції, накрити її залізним листом і засипати піском. Банку викопати за добу. Через війну утворюється червоно – рубіновий порошок.
10г біхромату калію розтирають з 5г нітрату натрію або калію та 10г цукру. Суміш зволожують і змішують із колодієм. Якщо порошок спресувати у скляній трубці, а потім виштовхнути паличку та підпалити її з торця, то почне виповзати «змія», спочатку чорна, а після охолодження – зелена. Паличка діаметром 4 мм горить зі швидкістю близько 2мм за секунду і подовжується в 10 разів.
Якщо змішати розчини сульфату міді та дихромату калію і додати трохи розчину аміаку, то випаде аморфний коричневий осад складу 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, який розчиняється в соляній кислоті з утворенням жовтого розчину, а надлишку аміаку виходить зелений розчин. Якщо далі до цього розчину додати спирт, випаде зелений осад, який після фільтрації стає синім, а після висушування - синьо-фіолетовим з червоними блискітками, добре видимими при сильному освітленні.
оксид хрому, що залишився після дослідів «вулкан» або «фараонові змії», можна регенерувати. Для цього треба сплавити 8г Cr 2 O 3 і 2г Na 2 CO 3 і 2,5г KNO 3 і обробити охолоджений сплав окропом. Виходить розчинний хромат, який можна перетворити і на інші сполуки Cr(II) і Cr(VI), у тому числі і вихідний дихромат амонію.

Приклади окисно-відновних переходів за участю хрому та його сполук

1. Cr 2 O 7 2- -- Cr 2 O 3 -- CrO 2 - -- CrO 4 2- -- Cr 2 O 7 2-

a) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O б) Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
в) 2NaCrO 2 + 3Br 2 + 8NaOH = 6NaBr +2Na 2 CrO 4 + 4H 2 O
г) 2Na 2 CrO 4 + 2HCl = Na 2 Cr 2 O 7 + 2NaCl + H 2 O

2. Cr(OH) 2 -- Cr(OH) 3 -- CrCl 3 -- Cr 2 O 7 2- -- CrO 4 2-

а) 2Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr(OH) 3
б) Cr(OH) 3 + 3HCl = CrCl 3 + 3H 2 O
в) 2CrCl 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 O = K 2 Cr 2 O 7 + 2Mn(OH) 2 + 6HCl
г) K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH = 2K 2 CrO 4 + H 2 O

3. CrO -- Cr(OH) 2 -- Cr(OH) 3 -- Cr(NO 3) 3 -- Cr 2 O 3 -- CrO - 2
Cr 2+

а) CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O
б) CrO + H 2 O = Cr(OH) 2
в) Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr(OH) 3
г) Cr(OH) 3 + 3HNO 3 = Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O
д) 4Сr(NO 3) 3 = 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
е) Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

Елемент хром у ролі художника

Хіміки часто зверталися до проблеми створення штучних пігментів для живопису. У XVIII-XIX ст була розроблена технологія отримання багатьох мальовничих матеріалів. Луї Нікола Воклен в 1797 р., який виявив у сибірській червоній руді раніше невідомий елемент хром, приготував нову, чудово стійку фарбу - хромову зелень. Хромофором є водний оксид хрому (III). Під назвою «смарагдова зелена» її почали випускати 1837 року. Пізніше Л.Вокелен запропонував кілька нових фарб: баритову, цинкову та хромові жовті. Згодом вони були витіснені стійкішими жовтими, помаранчевими пігментами на основі кадмію.

Зелена хромова - міцна і світлостійка фарба, що не піддається впливу атмосферних газів. Розтерта на олії хромова зелень володіє великою силою, що криє, і здатна до швидкого висихання, тому з XIX ст. її широко застосовують у живописі. Величезне значення вона має у розписі порцеляни. Справа в тому, що фарфорові вироби можуть декоруватися як підглазурним, так і надглазурним розписом. У першому випадку фарби наносять на поверхню лише злегка обпаленого виробу, який потім покривають шаром глазурі. Далі слідує основний, високотемпературний випал: для спікання фарфорової маси і оплавлення глазурі вироби нагрівають до 1350 – 1450 0 С. Таку високу температуру без хімічних змін витримують дуже небагато фарб, а за старих часів взагалі було тільки дві – кобальтова і хромова. Чорний оксид кобальту, нанесений на поверхню фарфорового виробу, при випалюванні сплавляється з глазур'ю, хімічно взаємодіючи з нею. В результаті утворюються яскраво-сині силікати кобальту. Такий декарований кобальтом синій порцеляновий посуд усі добре знають. Оксид хрому (III) не взаємодіє хімічно з компонентами глазурі і просто залягає між порцеляновими черепками та прозорою глазур'ю «глухим» шаром.

Крім хромової зелені художники застосовують фарби, отримані з волконського. Цей мінерал із групи монтморилонітів (глинистий мінерал підкласу складних силікатів Na(Mo,Al), Si 4 O 10 (OH) 2 був виявлений в 1830 р. російським мінералогом Кеммерером і названий на честь М. Н Волконської - дочки героя битви при Бородіно генерала .Н.Раєвського, дружини декабриста С.Г.Волконського.Волконскоіт являє собою глину, що містить до 24% оксиду хрому, а також оксиди алюмінею і заліза (III). обумовлює його різноманітне забарвлення – від кольору зимової потемнілої ялиці до яскраво-зеленого кольору болотяної жаби.

Пабло Пікассо звертався до геологів нашої країни з проханням вивчити запаси волконського, що дає фарбу неповторно свіжого тону. В даний час розроблено спосіб отримання штучного волконського. Цікаво відзначити, що за даними сучасних досліджень, російські іконописці використовували фарби з цього матеріалу ще в середні віки, задовго до його «офіційного» відкриття. Відомою популярністю користувалася у художників і зелень Гіньє (створена в 1837 р.), хромоформ якої є гідрат окису хрому Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, де частина води хімічно пов'язана, а частина адсорбована. Цей пігмент надає фарбі смарагдового відтінку.

сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Хром (Cr) - елемент з атомним номером 24 та атомною масою 51,996 побічної підгрупи шостої групи четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Хром - твердий метал блакитно-білого кольору. Має високу хімічну стійкість. При кімнатній температурі Cr стійкий до води та повітря. Цей елемент є одним із найважливіших металів, що використовуються у промисловому легуванні сталей. З'єднання хрому мають яскраве забарвлення різних кольорів, за що, власне, він і отримав свою назву. Адже у перекладі з грецької «хром» означає «фарба».

Відомо 24 ізотопу хрому з 42Cr по 66Cr. Стабільні природні ізотопи 50Cr (4,31%), 52Cr (87,76%), 53Cr (9,55%) та 54Cr (2,38%). З шести штучних радіоактивних ізотопів найбільш важливим є 51Cr з періодом напіврозпаду 27,8 діб. Він застосовується як ізотопний індикатор.

На відміну від металів давнини (золото, срібло, мідь, залізо, олово та свинець) хром має свого «першовідкривача». У 1766 році на околицях Єкатеринбурга було знайдено мінерал, який отримав назву «сибірський червоний свинець» - PbCrO4. У 1797 році Л. Н. Вокленом у мінералі крокоїті - природному хроматі свинцю, був виявлений елемент № 24. Приблизно в той же час (1798) незалежно від Воклена хром був відкритий німецькими вченими М. Г. Клапротом і Ловіцем у зразку важкого чорного мінералу (це був кульгавий FeCr2O4), знайденого на Уралі. Пізніше в 1799 році Ф. Тассерт виявив новий метал у тому ж мінералі, знайденому на південному сході Франції. Вважається, що саме Тасерту вперше вдалося отримати відносно чистий металевий хром.

Металевий хром використовують для хромування, а також як один з найважливіших компонентів легованих сталей (зокрема нержавіючих). Крім того, хром знайшов застосування в ряді інших сплавів (кислотоупорних і жароміцних сталях). Адже введення цього металу в сталь підвищує її стійкість до корозії як у водних середовищах при звичайних температурах, так і в газах при підвищених температурах. Хромистим сталям властива підвищена твердість. Хром застосовують у термохромуванні - процес, при якому захисна дія Cr обумовлена утворенням на поверхні сталі тонкої, але міцної оксидної плівки, що перешкоджає взаємодії металу з навколишнім середовищем.

Широке застосування знайшли і з'єднання хрому, так хроміти успішно використовуються в вогнетривкій промисловості: магнезитохромітової цегли футерують мартенівські печі та інше металургійне обладнання.

Хром - один із біогенних елементів, які постійно входять до складу тканин рослин та тварин. Рослини містять хром у листі, де він присутній у вигляді низькомолекулярного комплексу, не пов'язаного із субклітинними структурами. До цього часу вчені не змогли довести необхідність цього елемента для рослин. Однак у тварин Cr бере участь в обміні ліпідів, білків (входить до складу ферменту трипсину), вуглеводів (структурний компонент глюкозостійкого фактора). Відомо, що у біохімічних процесах бере участь виключно тривалентний хром. Як і більшість інших важливих біогенних елементів, хром проникає в організм тварини або людини за допомогою їжі. Зниження цього мікроелемента в організмі призводить до уповільнення зростання, різкого збільшення рівня холестерину в крові та зниження чутливості периферійних тканин до інсуліну.

У той самий час у чистому вигляді хром дуже токсичний — металева пил Cr дратує тканини легень, сполуки хрому (III) викликають дерматити. Сполуки хрому (VI) призводять до різних захворювань людини, зокрема і онкологічним.

Біологічні властивості

Хром - важливий біогенний елемент, який неодмінно входить до складу тканин рослин, тварин і людини. Середній вміст цього елемента в рослинах - 0,0005%, причому практично весь він накопичується в корінні (92-95%), решта міститься в листі. Вищі рослини не переносять концентрації цього металу вище 310-4 моль/л. У тварин вміст хрому становить від десятитисячних до десятимільйонних часток відсотка. Натомість у планктоні коефіцієнт накопичення хрому вражаючий — 10 000-26 000. У дорослому людському організмі вміст Cr коливається від 6 до 12 мг. Причому досить точно фізіологічна потреба у хромі для людини не встановлена. Вона багато в чому залежить від раціону – при вживанні їжі з високим вмістом цукру потреба організму в хромі зростає. Вважають, що людині потрібно на добу приблизно 20-300 мкг цього елемента. Як і інші біогенні елементи, хром здатний накопичуватися в тканинах організму, особливо у волоссі. Саме в них вміст хрому вказує на рівень забезпеченості організму цим металом. На жаль, із віком «запаси» хрому в тканинах виснажуються, винятком є легкі.

Хром бере участь в обміні ліпідів, білків (присутній у складі ферменту трипсину), вуглеводів (є структурним компонентом глюкозостійкого фактора). Цей фактор забезпечує взаємодію клітинних рецепторів з інсуліном, зменшуючи тим самим потребу в ньому організму. Фактора толерантності до глюкози (GTF) посилює дію інсуліну у всіх метаболічних процесах за його участю. Крім того, хром бере участь у регуляції обміну холестерину та є активатором деяких ферментів.

Основне джерело надходження хрому в організм тварин та людини – їжа. Вчені встановили, що у рослинній їжі концентрація хрому значно нижча, ніж у тваринної. Найбільш багаті на хром пивні дріжджі, м'ясо, печінку, бобові і цільне необроблене зерно. Зниження вмісту цього металу в їжі та крові призводить до зменшення швидкості росту, збільшення холестерину в крові, зниження чутливості периферійних тканин до інсуліну (діабетоподібний стан). Крім того, зростає ризик розвитку атеросклерозу та порушення вищої нервової діяльності.

Однак вже при концентраціях у частині міліграма на кубічний метр в атмосфері всі сполуки хрому мають токсичну дію на організм. Отруєння хромом та його сполуками часті за її виробництві, в машинобудуванні, металургії, у текстильної промисловості. Ступінь отруйності хрому залежить від хімічної структури його сполук - дихромати токсичніші від хроматів, сполуки Cr+6 токсичніші за сполук Cr+2 і Cr+3. Ознаки отруєння виявляються відчуттям сухості та болем у носовій порожнині, гострим першінням у горлі, утрудненням дихання, кашлем та подібними ознаками. При невеликому надлишку пар або пилу хрому ознаки отруєння проходять невдовзі після припинення роботи в цеху. При тривалому постійному контакті із сполуками хрому з'являються ознаки хронічного отруєння – слабкість, постійний головний біль, втрата ваги, диспепсія. Починаються порушення у роботі шлунково-кишкового тракту, підшлункової залози, печінки. Розвиваються бронхіт, бронхіальна астма, пневмосклероз. З'являються шкірні захворювання – дерматити, екземи. З іншого боку, сполуки хрому - небезпечні канцерогени, здатні накопичуватися у тканинах організму, викликаючи ракові захворювання.

Профілактикою отруєнь є періодичні медичні огляди персоналу, що працює з хромом та його сполуками; встановлення вентиляції, засобів пилоподавлення та пиловловлення; використання робітниками засобів індивідуального захисту (респіратори, рукавички).

Корінь "хром" у своєму понятті "колір", "фарба" входить до складу багатьох слів, що використовуються в найрізноманітніших галузях: науці, техніці і навіть музиці. Так багато назв фотоплівок містять цей корінь: «ортохром», «панхром», «ізопанхром» та інші. Слово «хромосома» і двох грецьких слів: «хромо» і «сома». Дослівно це можна перекласти, як «забарвлене тіло» або «забарвлене тіло». Структурний елемент хромосоми, що формується в інтерфазі ядра клітини внаслідок подвоєння хромосом, називається хроматида. «Хроматин» - речовина хромасом, що знаходиться в ядрах рослинних і тваринних клітин, що інтенсивно забарвлюється ядерними барвниками. «Хроматофори» - пігментні клітини у тварин та людини. У музиці використовують поняття «хроматична гамма». «Кромка» - один із видів російської гармонії. В оптиці існують поняття «хроматична абберація» та «хроматична поляризація». «Хроматографія» – фізико-хімічний метод поділу та аналізу сумішей. «Хромоскоп» - прилад для отримання кольорового зображення шляхом оптичного суміщення двох або трьох кольоровиділених фотографічних зображень, що освітлюються через спеціально підібрані пофарбовані світлофільтри.

Найбільш отруйним є оксид хрому (VI) CrO3, він відноситься до I класу небезпеки. Смертельна доза для людини (перорально) 0,6 г. Етиловий спирт при зіткненні зі свіжоприготовленим CrO3 спалахує!

Найпоширеніша марка нержавіючої сталі містить 18% Cr, 8% Ni, близько 0,1% C. Вона чудово протистоїть корозії та окисленню, зберігають міцність при високих температурах. Саме з такої сталі виготовлені аркуші, що використовуються у будівництві скульптурної групи В.І. Мухіною «Робітник та колгоспниця».

Ферохром, що використовується в металургійній промисловості при виробництві хромистих сталей, наприкінці IXX століття був дуже низькою якістю. Це з низьким вмістом у ньому хрому — всього 7-8 %. Тоді він іменувався «тасманським чавуном» через те, що вихідна залізо-хромова руда ввозилася з Тасманії.

Раніше згадувалося, що хромові галун використовують при дубленні шкір. Завдяки цьому з'явилося поняття "хромові" чоботи. Шкіра, дублена сполуками хрому набуває блиску, лиску і міцності.

У багатьох лабораторіях використовують "хромову суміш" - суміш насиченого розчину біхромату калію з концентрованою сірчаною кислотою. Вона використовується в знежиренні поверхонь скляного та сталевого лабораторного посуду. Вона окислює жир та видаляє його залишки. Тільки поводитися з цією сумішшю необхідно з обережністю, адже це суміш сильної кислоти та сильного окислювача!

В наш час деревина, як і раніше, використовується як будівельний матеріал, адже вона недорога і проста в обробці. Але в неї багато і негативних властивостей - схильність до пожеж, грибкових захворювань, що руйнує її. Щоб уникнути всіх цих неприємностей, дерево просочують спеціальними складами, що містять хромати і біхромати плюс хлорид цинку, сульфат міді, арсенат натрію і деякі інші речовини. Завдяки таким складам деревина збільшує свою стійкість до грибків та бактерій, а також до відкритого вогню.

Особливу нішу хром зайняв у поліграфії. У 1839 році було встановлено, що папір, просочений біхроматом натрію, після освітлення яскравим світлом стає коричневим. Потім з'ясувалося, що біхроматні покриття на папері після засвічування не розчиняються у воді, а, будучи змоченими, набувають синюватого відтінку. Цією властивістю користувалися поліграфісти. Потрібний малюнок фотографували на платівку з колоїдним покриттям, що містить біхромат. Засвічені місця під час промивання не розчинялися, а не засвічені розчинялися, і на пластині залишався малюнок, з якого можна було друкувати.

Історія

Історія відкриття елемента № 24 почалася в 1761 році, коли в Березовському руднику (східне підніжжя Уральських гір) поблизу Єкатеринбурга було знайдено незвичайний червоний мінерал, який при розтиранні в пилюку давав жовте забарвлення. Знахідка належала професору Петербурзького університету Йоганну Готтлоб Леману. Через п'ять років учений доставив зразки до міста Санкт-Петербурга, де провів над ними низку дослідів. Зокрема, він обробив незвичайні кристали соляною кислотою, отримавши при цьому білий осад, в якому виявився свинець. Виходячи з одержаних результатів, Леман назвав мінерал сибірським червоним свинцем. Такою є історія виявлення крокоїту (від грецького «krokos» — шафран) - природного хромату свинцю PbCrO4.

Зацікавлений цією знахідкою Петер Симон Паллас - німецький дослідник і мандрівник організував і очолив експедицію Петербурзької Академії наук у серці Росії. У 1770 році експедиція досягла Уралу і відвідала Березовську копальню, де були взяті зразки досліджуваного мінералу. Ось як це описує сам мандрівник: Цей дивовижний червоний свинцевий мінерал не зустрічається більше в жодному родовищі. При розтиранні на порошок стає жовтим, і може бути використаний у художній мініатюрі». Німецька заповзятливість подолала всі труднощі видобутку та доставки крокоїту до Європи. Незважаючи на те, що ці операції займали щонайменше два роки, незабаром екіпажі знатних панів Парижа та Лондона їздили розфарбовані дрібно стовченим крокоїтом. Колекції мінералогічних музеїв багатьох університетів Стародавнього світу збагатилися найкращими зразками цього мінералу з російських надр. Однак склад загадкового мінералу європейські вчені розгадати не могли.

Тривало це протягом тридцяти років, поки зразок сибірського червоного свинцю не потрапив до рук професору хімії Паризької мінералогічної школи Нікола Луї Воклену 1796 року. Провівши аналіз крокоїту, учений не виявив у ньому нічого, крім оксидів заліза, свинцю та алюмінію. Надалі Воклен обробив крокоїт розчином поташу (К2СО3) і за осадженням білого осаду карбонату свинцю виділив жовтий розчин невідомої солі. Провівши низку дослідів з обробки мінералу солями різних металів, професор за допомогою соляної кислоти виділив розчин «кислоти червоного свинцю» - окис хрому та воду (хромова кислота існує тільки в розбавлених розчинах). Випаривши цей розчин, він отримав рубіново-червоні кристали (хромовий ангідрид). Подальше нагрівання кристалів у графітовому тиглі в присутності вугілля дало безліч зрослих сірих голчастих кристалів - новий досі невідомий метал. Черговий ряд дослідів показав високу тугоплавкість отриманого елемента та його стійкість до кислот. Паризька академія наук негайно засвідчила відкриття, вчений на настійну вимогу друзів дав ім'я новому елементу - хром (від грецького «колір», «забарвлення») через різноманітність відтінків утворених ним сполук. У подальших своїх роботах Воклен впевнено заявив, що смарагдове забарвлення деяких дорогоцінного каміння, а також природних силікатів берилію та алюмінію пояснюється домішкою в них сполук хрому. Прикладом може бути смарагд, який є пофарбованим в зелений колір берил, в якому алюміній частково заміщений хромом.

Зрозуміло, що Воклен отримав не чистий метал, швидше за все його карбіди, що підтверджується голчастою формою світло-сірих кристалів. Чистий металевий хром пізніше було отримано Ф. Тассертом, приблизно 1800 року.

Також, незалежно від Воклена, хром виявили Клапрот та Ловіц у 1798 році.

Знаходження у природі

У земних надрах хром — досить поширений елемент, як і раніше, що у вільному вигляді не зустрічається. Його кларк (середній вміст у земній корі) становить 8,3.10-3% або 83 г/т. Однак його розподіл за породами нерівномірний. Цей елемент в основному характерний для мантії Землі, річ у тому, що ультраосновні породи (перидотити), які, ймовірно, близькі за складом до мантії нашої планети, найбільш багаті на хром: 2 10-1 % або 2 кг/т. У таких породах Cr утворює масивні та вкраплені руди, з ними пов'язане утворення найбільших родовищ даного елемента. Високо вміст хрому та основних породах (базальтах та інших.) 2 10-2 % чи 200 г/т. Набагато менше Cr у кислих породах: 2,5 10-3 %, осадових (пісковики) – 3,5 10-3 %, глинисті сланці також містять хром – 9 10-3 %.

Можна зробити висновок, що хром є типовим літофільним елементом і майже весь укладений у мінералах глибокого залягання в надрах Землі.

Розрізняють три основних мінерали хрому: магнохроміт (Mn, Fe)Cr2O4, хромпікотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 та алюмохроміт (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. Ці мінерали мають єдину назву - хромова шпинель та загальну формулу (Mg, Fe)О (Сr, Al, Fе)2O3. На вигляд вони невиразні і їх неточно називають «хроміти». Склад їх мінливий. Зміст найважливіших компонентів коливається (вагові %): Cr2O3 від 105 до 620; Al2O3 від 4 до 34,0; Fe2O3 від 1,0 до 18,0; FeO від 7,0 до 24,0; MgO від 10,5 до 33,0; SiO2 від 0,4 до 27,0; домішки TiO2 до 2; V2O5 до 0,2; ZnO до 5; MnO до 1. У деяких хромових рудах міститься 0,1-0,2 г\т елементів групи платини і до 0,2 г\т золота.

Крім різних хромітів, хром входить до складу ряду інших мінералів - хромвезувіана, хромового хлориту, хромтурмаліну, хромової слюди (фукситу), хромового гранату (уравіту) та ін, які нерідко супроводжують руди, але самі промислового значення не мають. Хром – відносно слабкий водний мігрант. В екзогенних умовах хром, як і залізо, мігрує у вигляді суспензій і може осаджуватися в глинах. Найбільш рухливою формою є хромати.

Практичне значення має, мабуть, тільки кульгає FeCr2O4, що відноситься до шпинелей - ізоморфних мінералів кубічної системи із загальною формулою МО Ме2О3, де М - іон двовалентного металу, а Ме - іон тривалентного металу. Крім шпінелідів, хром зустрічається в багатьох значно менш поширених мінералах, наприклад, меланохроїті 3PbO 2Cr2O3, вокелените 2(Pb,Cu)CrO4(Pb,Cu)3(PO4)2, тарапакаїті K2CrO4, дицеїті CaIO3Cr.

Хроміт зазвичай зустрічаються у вигляді зернистих мас чорного кольору, рідше - у вигляді октаедричних кристалів, мають металевий блиск, залягають у вигляді суцільних масивів.

На кінець XX століття запаси хрому (виявлені) у майже півсотні країн світу, що мають поклади цього металу, становили 1674 млн. т. Лідируючу позицію займає Південно-Африканська Республіка – 1050 млн. т, де основний внесок вносить Бушвелдський комплекс (близько 1000 млн. т) ). Друге місце за хромовими ресурсами належить Казахстану, де в Актюбінській області (Кемпірсайський масив) видобувають руду дуже високої якості. Інші країни мають запаси цього елемента. Туреччина (у Гулемані), Філіппіни на острові Лусон, Фінляндія (Кемі), Індія (Сукінда) та ін.

Наша країна має свої родовища хрому, що розробляються – на Уралі (Донське, Саранівське, Халілівське, Алапаєвське та багато інших). Причому початку XIX століття саме уральські родовища були основними джерелами хромових руд. Лише у 1827 американець Ісаак Тисон виявив велике родовище хромової руди на кордоні Меріленду та Пенсільванії, перехопивши монополію видобутку на багато років. У 1848 р. поклади хроміту високої якості були знайдені в Туреччині, неподалік Бурси, причому незабаром (після виснаження Пенсільванського родовища) саме ця країна перехопила роль монополіста. Це тривало до 1906 року, поки не було виявлено багатих покладів хромітів у ПАР та Індії.

Застосування

Загальний обсяг споживання чистого металевого хрому сьогодні становить приблизно 15 мільйонів тонн. На виробництво електролітичного хрому — найчистішого — припадає 5 мільйонів тонн, що становить третину від загального споживання.

Хром широко використовується для легування сталей та сплавів, надаючи їм корозіостійкість та жаростійкість. На виготовлення таких «суперсплавів» витрачається понад 40 % одержуваного чистого металу. Найбільш відомі сплави опору - ніхроми з вмістом Cr 15-20%, жароміцні сплави - 13-60% Cr, нержавіючі - 18% Cr і шарикопідшипникові сталі 1% Cr. Добавка хрому до звичайних сталей покращує їх фізичні властивості та робить метал більш сприйнятливим до термічної обробки.

Металевий хром використовується для хромування нанесення на поверхню сталевих сплавів тонкого шару хрому з метою підвищення корозійної стійкості цих сплавів. Хромоване покриття відмінно протистоїть впливу вологого атмосферного повітря, солоного морського повітря, води, азотної та більшості органічних кислот. Такі покриття бувають двох призначень: захисні та декоративні. Товщина захисних покриттів становить близько 0,1 мм, вони наносяться безпосередньо на виріб і надають йому підвищеної зносостійкості. Декоративні покриття мають естетичне значення, наносяться на шар іншого металу (міді або нікелю), який виконує захисну функцію. Товщина такого покриття лише 0,0002–0,0005 мм.

З'єднання хрому також активно використовуються у різних областях.

Основна хромова руда – хроміт FeCr2O4 використовується у виробництві вогнетривів. Магнезитохромітові цеглини хімічно пасивні та термостійкі, вони витримують різкі багаторазові зміни температур, тому їх використовують у конструкціях склепінь мартенівських печей та робочому просторі інших металургійних пристроїв та споруд.

Твердість кристалів оксиду хрому (III) - Cr2O3 можна порівняти з твердістю корунду, що забезпечило його застосування у складах шліфувальних та притиральних паст, що використовуються в машинобудуванні, ювелірній, оптичній та годинниковій промисловості. Його також застосовують як каталізатор гідрування та дегідрування деяких органічних сполук. Cr2O3 використовується в живописі у вигляді зеленого пігменту та для фарбування скла.

Хромат калію - K2CrO4 застосовується при дубленні шкір, як протрава у текстильній промисловості, у виробництві барвників, при відбілюванні воску.

Дихромат калію (хромпік) - K2Cr2O7 також використовується при дубленні шкір, протравлення при фарбуванні тканин, є інгібітором корозії металів та сплавів. Використовується при виготовленні сірників та в лабораторних цілях.

Хлорид хрому (II) CrCl2 - дуже сильний відновник, що легко окислюється навіть киснем повітря, що використовується в газовому аналізі для кількісного поглинання О2. Крім того, обмежено використовується при отриманні хрому електролізом розплавів солей та хроматометрії.

Хромокалієві галун K2SO4.Cr2(SO4)3 24H2O використовуються в основному в текстильній промисловості - при дубленні шкіри.

Безводний хлорид CrCl3 хрому застосовується для нанесення покриттів хрому на поверхню сталей хімічним осадженням з газової фази, є складовою деяких каталізаторів. Гідрати CrCl3 – протрава при фарбуванні тканин.

З хромату свинцю РbCrО4 виготовляють різні барвники.

Розчином біхромату натрію очищають і цькують поверхню сталевого дроту перед цинкуванням, а також освітлюють латунь. З біхромату натрію отримують хромову кислоту, яка використовується як електроліт при хромуванні металевих деталей.

Виробництво

У природі хром зустрічається в основному у вигляді хромистого залізняку FeO∙Cr2O3, при його відновленні вугіллям виходить сплав хрому із залізом — ферохром, який безпосередньо використовується у металургійній промисловості при виробництві хромистих сталей. Зміст хрому у складі сягає 80 % (за масою).

Відновлення оксиду хрому (III) вугіллям призначене для отримання високовуглецевого хрому, необхідного для спеціальних сплавів. Процес проводиться в електродуговій печі.

Для отримання чистого хрому попередньо одержують оксид хрому (III), а потім відновлюють його алюмінотермічним способом. При цьому попередньо суміш із порошкового або у вигляді стружки алюмінію (Al) і шихту оксиду хрому (Cr2O3) прогрівають до температури 500-600° С. Потім, збуджують відновлення сумішшю перекису барію з порошком алюмінію, або запалом частини шихти з подальшим додаванням частини, що залишилася. . У цьому процесі важливо, щоб теплової енергії, що утворилася, вистачило на плавлення хрому і його відділення від шлаку.

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + 2Al2O3

Хром містить такий спосіб домішок: заліза 0,25-0,40%, сірки 0,02%, вуглецю 0,015-0,02%. Вміст чистої речовини становить 99,1-99,4%. Такий хром тендітний і легко перемелюється в порошок.

Реальність такого методу була доведена та продемонстрована ще у 1859 році Фрідріхом Велером. У промислових масштабах алюмотермічне відновлення хрому стало можливим тільки після того, як став доступним метод отримання дешевого алюмінію. Гольдшмідт першим розробив безпечний спосіб регулювання сильно екзотермічного (отже вибухонебезпечного) процесу відновлення.

При необхідності одержання високочистого хрому у промисловості використовують електролітичні методи. Електроліз піддають суміші хромового ангідриду, хромоамонійних галунів або сульфату хрому з розведеною сірчаною кислотою. Осідає в процесі електролізу на алюмінієвих або нержавіючих катодах хром містить розчинені гази як домішки. Чистоти 99,90-99,995% вдається досягти за допомогою високотемпературного (1500-1700 ° С) очищення в потоці водню та вакуумної дегазації. Передові методики рафінування електролітичного хрому видаляють сірку, азот, кисень та водень із «сирого» продукту.

Крім того, можливе отримання металевого Cr електролізом розплавів СrCl3 або CrF3 у суміші з фторидами калію, кальцію, натрію при температурі 900° C у середовищі аргону.

Можливість електролітичного способу одержання чистого хрому довів Бунзен в 1854, піддаючи електролізу водний розчин хлориду хрому.

У промисловості використовується силікотермічний спосіб отримання чистого хрому. При цьому хром з окису відновлюється кремнієм:

2Cr2O3 + 3Si + 3CaO = 4Cr + 3CaSiO3

Силікотермічно хром виплавляють у дугових печах. Добавка негашеного вапна дозволяє перевести тугоплавкий діоксид кремнію в легкоплавкий шлак силікат кальцію. Чистота силікотермічного хрому приблизно така ж, як і алюміній, проте, природно, вміст в ньому кремнію трохи вище, а алюмінію трохи нижче.

Ще Cr можна отримувати відновленням Cr2O3 воднем при 1500° С, відновленням безводного CrCl3 воднем, лужними або лужноземельними металами, магнієм та цинком.

Для отримання хрому намагалися застосувати інші відновники - вуглець, водень, магній. Однак ці способи не набули широкого поширення.

У процесі Ван Аркеля – Кучмана – Де Бура застосовується розкладання йодиду хрому (III) на нагрітому до 1100° З дроті із осадженням у ньому чистого металу.

Фізичні властивості

Хром - твердий, дуже важкий, тугоплавкий, ковкий метал сіро сталевого кольору. Чистий хром досить пластичний, кристалізується в об'ємно-центрованих гратах, а = 2,885Å (при температурі 20° С). При температурі близько 1830° З велика ймовірність перетворення модифікацію з гранецентрированными гратами, а = 3,69Å. Атомний радіус 1,27 Å; іонні радіуси Cr2+ 0,83Å, Cr3+ 0,64Å, Cr6+ 0,52Å.

Температура плавлення хрому залежить від його чистоти. Тому визначення цього показника для чистого хрому дуже складне завдання - навіть невеликий вміст домішок азоту чи кисню можуть істотно змінити значення температури плавлення. Багато дослідників протягом не одного десятиліття займалися цим питанням і отримували далекі один від одного результати: від 1513 до 1920 ° C. Раніше було прийнято вважати, що цей метал плавиться при температурі 1890 ° C, але сучасні дослідження вказують температуру в 1907 ° С, хром кипить при температурі понад 2500 ° C - дані також відрізняються: від 2199 ° C до 2671 ° С. Щільність хрому менше, ніж у заліза; вона становить 7,19 г см3 (при температурі 200° C).

Хрому властиві всі основні характеристики металів - він добре проводить теплоту, його опір електричному струму дуже мало, як більшість металів, хром має характерний блиск. Крім того, цей елемент має одну дуже цікаву особливість: справа в тому, що при температурі 37 ° C його поведінка не піддається пояснення - відбувається різка зміна багатьох фізичних властивостей, ця зміна має стрибкоподібний характер. Хром, як людина при температурі 37° C починає вередувати: внутрішнє тертя хрому досягає максимуму, модуль пружності падає до мінімальних значень. Скаче значення електропровідності, постійно змінюється термоелектрорушійна сила, коефіцієнт лінійного розширення. Цей феномен вчені поки що пояснити не можуть.

Питома теплоємність хрому 0,461 кДж/(кг.К) чи 0,11 кал/(г °З) (при температурі 25°С); коефіцієнт теплопровідності 67 Вт/(м К) або 0,16 кал/(см сек °С) (при температурі 20 °С). Термічний коефіцієнт лінійного розширення 824 10-6 (при 20 ° С). Хром при температурі 20 ° С має питомий електроопір 0,414 мком м, яке термічний коефіцієнт електроопору в інтервалі 20-600 ° С становить 3,01 10-3.

Відомо, що хром дуже чутливий до домішок – найменші частки інших елементів (кисень, азот, вуглець) здатні зробити хром дуже тендітним. Отримати ж хром без цих домішок дуже важко. З цієї причини цей метал у конструкційних цілях не використовується. Зате в металургії він активно застосовується, як легуючий матеріал, тому що його добавка в сплав робить сталь твердою та зносостійкою, адже хром найтвердіший з усіх металів - він подібно до алмазу ріже скло! Твердість високочистого хрому за Брінеллем 7-9 Мн/м2 (70-90 кгс/см2). Хромом легують пружинні, ресорні, інструментальні, штампові та шарикопідшипникові сталі. У них (крім шарикопідшипникових сталей) хром присутній разом із марганцем, молібденом, нікелем, ванадієм. Добавка хрому до звичайних сталей (до 5 % Сr) покращує їх фізичні властивості та робить метал більш сприйнятливим до термічної обробки.

Хром антиферомагнітний, питома магнітна сприйнятливість 3,6 10-6. Питомий електричний опір 12710-8 Ом. Температурний коефіцієнт лінійного розширення хрому 6210-6. Теплота пароутворення цього металу становить 344,4 кДж/моль.

Хром стійкий до корозії на повітрі та у воді.

Хімічні властивості

Хімічно хром досить інертний, це пояснюється наявністю на поверхні міцної тонкої плівки оксиду. На повітрі Cr не окислюється, навіть у присутності вологи. Під час нагрівання окислення протікає виключно на поверхні металу. При 1200 ° C плівка руйнується, і окислення протікає набагато швидше. При 2000° C хром згоряє з утворенням зеленого оксиду хрому (III) Cr2O3, що має амфотерні властивості. Сплавляючи Cr2O3 з лугами, одержують хроміти:

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O

Непрожарений оксид хрому (III) легко розчиняється в лужних розчинах та кислотах:

Cr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3Н2О

У сполуках хром в основному виявляє ступеня окиснення Cr+2, Cr+3, Cr+6. Найбільш стійкими є Cr+3 та Cr+6. Також існують деякі сполуки, де хром має ступеня окислення Cr+1, Cr+4, Cr+5. З'єднання хрому дуже різноманітні за кольором: білі, сині, зелені, червоні, фіолетові, чорні та багато інших.

Хром легко реагує з розведеними розчинами соляної та сірчаної кислот з утворенням хлориду та сульфату хрому та виділенням водню:

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2

Царська горілка та азотна кислота пасивують хром. Причому пасивований азотною кислотою хром не розчиняється в розведених сірчаної і соляної кислотах навіть при тривалому кип'ятінні в їх розчинах, але в якийсь момент розчинення все-таки відбувається, що супроводжується бурхливим спінюванням від водню, що виділився. Цей процес пояснюється тим, що хром із пасивного стану переходить в активний, в якому метал не захищений захисною плівкою. Причому, якщо процесі розчинення знову додати азотної кислоти, то реакція припиниться, оскільки хром знову пасивується.

За звичайних умов хром взаємодіє з фтором, утворюючи CrF3. При температурах вище 600° C відбувається взаємодія з водяною парою, результатом такої взаємодії є оксид хрому (III) Сr2О3:

4Cr + 3O2 = 2Cr2O3

Cr2O3 являє собою зелені мікрокристали з щільністю 5220 кг/м3 і високою температурою плавлення (2437° С). Оксид хрому (III) виявляє амфотерні властивості, але дуже інертний, його важко розчинити у водних кислотах та лугах. Оксид хрому (III) досить токсичний. Потрапляючи на шкіру, він здатний викликати екзему та інші захворювання шкіри. Тому при роботі з оксидом хрому (III) обов'язково необхідно використовувати засоби індивідуального захисту.

Крім окису, відомі інші сполуки з киснем: CrO, CrO3, які отримують непрямим шляхом. Найбільшу небезпеку становить аерозоль оксиду, що вдихається, що викликає тяжкі захворювання верхніх дихальних шляхів і легень.

Хром утворює велику кількість солей з кисневмісними компонентами.

Часто можна зустріти таке поняття як «хромована поверхня», а нержавіюча сталь знайома майже кожному жителю планети. Що у них спільного? Правильна відповідь - хром. Давайте дізнаємося, що таке хром і де його застосовують, які його властивості та роль у житті людини.

Хром - твердий метал, який має блакитно-сірий колір. Знаходиться у 6-й групі 4-го періоду таблиці Менделєєва. Має атомний номер 24 та позначення Cr.

Фізичні властивості хрому

Температура плавлення хрому становить 2130 градусів за шкалою Кельвіна, а температура кипіння – 2945 Кельвінів. Метал має кубічну кристалічну решітку та твердість 5 за шкалою Мооса. Хром є одним з найбільш твердих металів (у чистому вигляді) і поступається за показниками лише Урану, берилію, іридію та вольфраму. Очищений хром легко піддається механічній обробці.

Хімічні властивості хрому

Хром має кілька ступенів окиснення, які значно впливають на його властивості та колір.

Ступінь окислення +2 – має блакитний колір, є дуже гарним відновником.
Ступінь окислення +3 – амфотерний оксид зеленого або лілового кольору.
Ступінь окислення +4 - дуже рідкісне з'єднання, не утворює солей і має звичайний колір - сріблястий.
Ступінь окислення +6 – дуже сильний окислювач, гігроскопічний і дуже отруйний. Хромати даного оксиду мають жовтий колір, а дихромати – оранжевий.

У вигляді простої речовини стійкий на повітрі. Не вступає в реакцію із сірчаною та азотистою кислотами. При температурі понад 2000 градусів Цельсія згоряє та утворює зелений оксид хрому.

Існують сполуки хрому з бором, вуглецем, азотом та кремнієм.

Застосування хрому

Хром застосовується під час створення нержавіючих сплавів. Усім нам відома нержавіюча сталь створюється із застосуванням хрому.
Хром використовується як гальванічне покриття. Напевно, ви бачили хромовані металеві поверхні. Їх можна дізнатися з гарного дзеркального блиску. Хромовані вироби менше схильні до атмосферної корозії (не іржавіють).
Різні сплави хрому застосовуються створення сопел авіаційних і ракетних двигунів, і навіть виробництва сопел плазмотронів.
Зі сплаву хрому і нікелю створюють нагрівальні елементи.
Зі сполук хрому роблять різні барвники, а також сполуки для дублення шкіри.

Якщо вас цікавлять значення інших термінів, відвідайте розділ