- Хром
-
Для термина «Chrome» см. другие значения.Запрос «Cr» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
24 Ванадий ← Хром → Марганец Внешний вид простого вещества Свойства атома Имя, символ, номер Хром / Chromium (Cr), 24
Атомная масса
(молярная масса)Электронная конфигурация [Ar] 3d5 4s1
Радиус атома 130 пм
Химические свойства Ковалентный радиус 118 пм
Радиус иона (+6e)52 (+3e)63 пм
Электроотрицательность 1,66 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -0.74
Степени окисления 6, 3, 2, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) 7,19 г/см³
Температура плавления 2130 K
Температура кипения 2945 K
Теплота плавления 21 кДж/моль
Теплота испарения 342 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 23,3[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки кубическая
объёмноцентрированаяПараметры решётки 2,885 Å
Температура Дебая 460 K
Прочие характеристики Теплопроводность (300 K) 93,9 Вт/(м·К)
24 ХромCr51,9963d54s1 Хром — элемент побочной подгруппы шестой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.
Содержание
История
В 1766 году в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO4. Современное название — крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома).
Происхождение названия
Название элемент получил от греч. χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений.
Нахождение в природе
Хром является довольно распространённым элементом (0,02 масс. долей, %). Основные соединения хрома — хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO4.
Месторождения
Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1 место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении[2], Бразилии, на Филиппинах[3].
Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское).
Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2 место в мире)[3].
Геохимия и минералогия
Среднее содержание хрома в различных изверженных породах резко непостоянно. В ультраосновных породах (перидотитах) оно достигает 2 кг/т, в основных породах (базальтах и др.) — 200 г/т, а в гранитах десятки г/т. Кларк хрома в земной коре 83 г/т. Он является типичным литофильным элементом и почти весь заключен в минералах типа хромшпинелидов. Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем составляют одно геохимическое семейство.
Различают три основных минерала хрома: магнохромит (Mn, Fe)Cr2O4, хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 и алюмохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. По внешнему виду они неразличимы и их неточно называют «хромиты». Состав их изменчив:
- Cr2O3 18—62 %,
- FeO 1—18 %,
- MgO 5—16 %,
- Al2O3 0,2 — 0,4 (до 33 %),
- Fe2O3 2 — 30 %,
- примеси TiO2 до 2 %,
- ZnO до 5 %,
- MnO до 1 %; присутствуют также Co, Ni и др.
Собственно хромит, то есть FeCr2O4 сравнительно редок. Помимо различных хромитов, хром входит в состав ряда других минералов — хромовой слюды (фуксита), хромового хлорита, хромвезувиана, хромдиопсида, хромтурмалина, хромового граната (уваровита) и др., которые нередко сопровождают руды, но сами промышленного значения не имеют. В экзогенных условиях хром, как и железо, мигрирует в виде взвесей и может накапливаться в глинах. Наиболее подвижной формой являются хроматы.
Получение
Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):
Феррохром применяют для производства легированных сталей.
Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:
1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:
2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:
5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:
6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:
- восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
- разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
- разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Физические 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).
Хром имеет твердость по шкале Мооса 5.[4] Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке.
Химические свойства
Характерные степени окисления
Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6. (см. табл.) Практически все соединения хрома окрашены[5].
Степень окисления Оксид Гидроксид Характер Преобладающие формы в растворах Примечания +2 CrO (чёрный) Не существует Основный Cr2+ (соли голубого цвета) Очень сильный восстановитель +3 Cr2O3(зелёный) Cr(OH)3 Амфотерный Cr3+ (зеленые или лиловые соли)
[Cr(OH)4]- (зелёный)+4 CrO2 не существует Несолеобразующий - Встречается редко, малохарактерна +6 CrO3(красный) H2CrO4
H2Cr2O7Кислотный CrO42- (хроматы, желтые)
Cr2O72- (дихроматы, оранжевые)Переход зависит от рН среды. Сильнейший окислитель, гигроскопичен, очень ядовит. Простое вещество
Устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами.
Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB2, CrB4 и Cr5B3), с углеродом (карбиды Cr23C6, Cr7C3 и Cr3C2), c кремнием (силициды Cr3Si, Cr5Si3 и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr2N).
Соединения Cr(+2)
Степени окисления +2 соответствует основный оксид CrO (чёрный). Соли Cr2+ (растворы голубого цвета) получаются при восстановлении солей Cr3+ или дихроматов цинком в кислой среде («водородом в момент выделения»):
Все эти соли Cr2+ — сильные восстановители вплоть до того, что при стоянии вытесняют водород из воды[6]. Кислородом воздуха, особенно в кислой среде, Cr2+ окисляется, в результате чего голубой раствор быстро зеленеет.
Коричневый или желтый гидроксид Cr(OH)2 осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).
Синтезированы дигалогениды хрома CrF2, CrCl2, CrBr2 и CrI2
Соединения Cr(+3)
Степени окисления +3 соответствует амфотерный оксид Cr2O3 и гидроксид Cr(OH)3 (оба — зелёного цвета). Это — наиболее устойчивая степень окисления хрома. Соединения хрома в этой степени окисления имеют цвет от грязно-лилового (ион [Cr(H2O)6]3+ до зелёного (в координационной сфере присутствуют анионы).
Cr3+ склонен к образованию двойных сульфатов вида MICr(SO4)2·12H2O (квасцов)
Гидроксид хрома (III) получают, действуя аммиаком на растворы солей хрома (III):
Можно использовать растворы щелочей, но в их избытке образуется растворимый гидроксокомплекс:
Сплавляя Cr2O3 со щелочами получают хромиты:
Непрокаленный оксид хрома(III) растворяется в щелочных растворах и в кислотах:
При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):
То же самое происходит при сплавлении оксида хрома (III) со щелочью и окислителями, или со щелочью на воздухе (рассплав при этом приобретает жёлтую окраску):
Соединения хрома (+4)
При осторожном разложении оксида хрома(VI) CrO3 в гидротермальных условиях получают оксид хрома(IV) CrO2, который является ферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.
Среди тетрагалогенидов хрома устойчив CrF4, тетрахлорид хрома CrCl4 существует только в парах.
Соединения хрома (+6)
Степени окисления +6 соответствует кислотный оксид хрома (VI) CrO3 и целый ряд кислот, между которыми существует равновесие. Простейшие из них — хромовая H2CrO4 и двухромовая H2Cr2O7. Они образуют два ряда солей: желтые хроматы и оранжевые дихроматы соответственно.
Оксид хрома (VI) CrO3 образуется при взаимодействии концентрированной серной кислоты с растворами дихроматов. Типичный кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовую H2CrO4, хромат K2CrO4:
До высокой степени полимеризации, как это происходит у вольфрама и молибдена, не доходит, так как полихромовая кислота распадается на оксид хрома(VI) и воду:
Растворимость хроматов примерно соответствует растворимости сульфатов. В частности, желтый хромат бария BaCrO4 выпадает при добавлении солей бария как к растворам хроматов, так и к растворам дихроматов:
Образование кроваво-красного малорастворимого хромата серебра используют для обнаружения серебра в сплавах при помощи пробирной кислоты.
Известны пентафторид хрома CrF5 и малоустойчивый гексафторид хрома CrF6. Также получены летучие оксигалогениды хрома CrO2F2 и CrO2Cl2 (хромилхлорид).
Соединения хрома(VI) — сильные окислители, например:
Добавление к дихроматам перекиси водорода, серной кислоты и органического растворителя (эфира) приводит к образованию синего пероксида хрома CrO5L (L — молекула растворителя), который экстрагируется в органический слой; данная реакция используется как аналитическая.
Применение
Хром — важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.
Биологическая роль и 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 хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.
В чистом виде хром довольно токсичен, металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. 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/м³.
Интересные факты
- Пиколинат хрома входит в состав средств для похудения.
- Основанный на реальных событиях фильм «Эрин Брокович» режиссёра Стивена Содерберга рассказывает о крупном судебном процессе, связанном с загрязнением окружающей среды шестивалентным хромом, в результате которого у многих людей развились серьёзные заболевания.[7]
См. также
- Категория:Соединения хрома
- Хромтау
Примечания
- ↑ Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 308.
- ↑ статья «Минеральные ресурсы». Энциклопедия «Кругосвет». Архивировано из первоисточника 21 августа 2011.
- ↑ 1 2 ХРОМ | Онлайн Энциклопедия Кругосвет
- ↑ Поваренных А. С. Твердость минералов. — АН УССР, 1963. — С. 197-208. — 304 с.
- ↑ Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 2. М., Мир, 1966. С. 142-180
- ↑ Некрасов Б. В. Курс общей химии. М:, ГНХТИ, 1952, С. 334
- ↑ Официальный сайт Эрин Брокович, страница, посвящённая фильму
Ссылки
Хром на Викискладе? - Хром на Webelements
- Хром в Популярной библиотеке химических элементов
- Хром в месторождениях
- Свойства хрома
- Хромовая зелень, применение в живописи
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo Щелочные металлы Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы Электрохимический ряд активности металлов Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au
Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.Бихромат аммония ((NH4)2Cr2O7) • Борид хрома (CrB) • Бромид хрома(II) (CrBr2) • Бромид хрома(III) (CrBr3) • Гексагидроксохромат (III) натрия (Na3[Сr(OH)6]) • Гексакарбонил хрома (Cr(CO)6) • Гидроксид хрома (III) (Cr(OH)3) • Гидроксид хрома(II) (Cr(OH)2) • Двухромовая кислота (H2Cr2O7) • Диоксид-дихлорид хрома (CrO2Cl2) • Дихромат калия (K2Cr2O7) • Дихромат лития (Li2Cr2O7) • Дихромат натрия (Na2Cr2O7) • Дихромат рубидия (Rb2Cr2O7) • Дихромат цезия (Cs2Cr2O7) • Зелень Гинье (Cr2O3•nH2O) • Иодид хрома(II) (CrI2) • Иодид хрома(III) (CrI3) • Карбид хрома(II) (Cr3C2) • Нитрат хрома (Cr(NO3)3) • Нитрид хрома (CrN) • Оксид хрома(II) (CrO) • Оксид хрома(III) (Cr2O3) • Оксид хрома(IV) (CrO2) • Оксид хрома(VI) (CrO3) • Оксифторид хрома(III) (CrOF) • Ортофосфат хрома(III) (CrPO4) • Пероксид хрома(VI) (CrO5) • Сульфат хрома(II) (CrSO4) • Сульфат хрома(III) (Cr2(SO4)3) • Сульфид хрома(II) (CrS) • Сульфид хрома(III) (Cr2S3) • Сульфат хрома(III)-калия (KCr(SO4)2) Фосфат хрома (CrPO4) • Фосфид хрома (CrP) • Фторид хрома(II) (CrF2) • Фторид хрома(III) (CrF3) • Фторид хрома(IV) (CrF4) • Фторид хрома(V) (CrF5) • Фтористый хромил (CrO2F2) • Хлорид гексаамминхрома(III) ([Сr(NH3)6]Cl3) • Хлорид хрома(II) (CrCl2) • Хлорид хрома(III) (CrCl3) • Хлорид хрома(IV) (CrCl4) • Хлористый хромил (CrO2Cl2) • Хромат аммония ((NH4)2CrO4) • Хромат калия (K2CrO4) • Хромат лития (Li2CrO4) • Хромат натрия (Na2CrO4) • Хромат рубидия (Rb2CrO4) • Хромат серебра (Ag2CrO4) • Хромат цезия (Cs2CrO4) • Хромит железа(II) (Fe(CrO2)2) • Хромит калия (KCrO2) • Хромовая кислота (H2CrO4) •
Категории:- Химические элементы
- Соединения хрома
- Металлы
- Хром
Wikimedia Foundation. 2010.