Откриването на хрома датира от период на бързо развитие на химични и аналитични изследвания на соли и минерали. В Русия химиците проявиха особен интерес към анализа на минерали, открити в Сибир и почти непознати в него Западна Европа. Един от тези минерали е сибирската червена оловна руда (крокоит), описана от Ломоносов. Минералът е изследван, но в него не са открити нищо освен оксиди на олово, желязо и алуминий. Въпреки това, през 1797 г. Vaukelin, сварявайки фино смляна проба от минерала с поташ и утаяване на оловен карбонат, получава разтвор, оцветен в оранжево-червено. От този разтвор той кристализира рубиненочервена сол, от която се изолират оксидът и свободният метал, различни от всички известни метали. Воклен му се обади хром ( Chrome ) от гръцката дума- оцветяване, цвят; Вярно, тук се има предвид не свойство на метала, а неговите ярко оцветени соли.
Да бъдеш сред природата.
Най-важната хромна руда с практическо значение е хромитът, чийто приблизителен състав съответства на формулата FeCrO 4.
Среща се в Мала Азия, Урал, Северна Америка, в Южна Африка. От техническо значение е и споменатият по-горе минерал крокоит – PbCrO 4. Хромният оксид (3) и някои от другите му съединения също се срещат в природата. IN земната кораСъдържанието на хром по отношение на метала е 0,03%. Хромът е открит в Слънцето, звездите и метеорити.
Физични свойства.
Хромът е бял, твърд и чуплив метал, изключително химически устойчив на киселини и основи. На въздух се окислява и има тънък прозрачен филм от оксид на повърхността. Хромът има плътност 7,1 g/cm3, температурата му на топене е +1875 0 C.
Касова бележка.
Когато хромовата желязна руда се нагрява силно с въглища, хромът и желязото се редуцират:
FeO * Cr 2 O 3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO
В резултат на тази реакция се образува хром-желязна сплав, която се характеризира с висока якост. За да се получи чист хром, той се редуцира от хромен (3) оксид с алуминий:
Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr
В този процес обикновено се използват два оксида - Cr 2 O 3 и CrO 3
Химични свойства.
Благодарение на тънкия защитен филм от оксид, покриващ повърхността на хрома, той е силно устойчив на агресивни киселини и основи. Хромът не реагира с концентрирана азотна и сярна киселина, както и с фосфорна киселина. Хромът реагира с алкали при t = 600-700 o C. Въпреки това, хромът взаимодейства с разредена сярна и солна киселина, измествайки водорода:
2Cr + 3H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2
При високи температури хромът изгаря в кислород, образувайки оксид (III).
Горещият хром реагира с водна пара:
2Cr + 3H 2 O = Cr 2 O 3 + 3H 2
При високи температури хромът реагира и с халогени, халоген с водород, сяра, азот, фосфор, въглерод, силиций, бор, например:
Cr + 2HF = CrF 2 + H 2
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr 2 S 3
Cr + Si = CrSi
Горните физични и химични свойства на хрома са намерили своето приложение в различни области на науката и технологиите. Например хромът и неговите сплави се използват за производство на високоякостни, устойчиви на корозия покрития в машиностроенето. Като металорежещи инструменти се използват сплави под формата на ферохром. Хромовите сплави са намерили приложение в медицинските технологии и в производството на химическо технологично оборудване.
Позиция на хрома в периодичната таблица на химичните елементи:
Chromium оглавява спомагателната подгрупа на група VI периодичната таблицаелементи. Неговата електронна формуласледващия:
24 Cr IS 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 5 4S 1
При запълването на орбиталите с електрони в атома на хрома се нарушава моделът, според който 4S орбиталата трябва първо да се запълни до състояние 4S 2. Въпреки това, поради факта, че 3d орбиталата заема по-благоприятна енергийна позиция в атома на хрома, тя се запълва до стойността 4d 5 . Това явление се наблюдава в атомите на някои други елементи от вторичните подгрупи. Хромът може да проявява степени на окисление от +1 до +6. Най-стабилни са съединенията на хрома със степен на окисление +2, +3, +6.
Съединения на двувалентен хром.
Хром (II) оксид CrO е пирофорен черен прах (пирофорност - способността да се запалва във въздуха във фино натрошено състояние). CrO се разтваря в разредена солна киселина:
CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O
Във въздуха, при нагряване над 100 0 C, CrO се превръща в Cr 2 O 3.
Солите на двувалентен хром се образуват, когато металният хром се разтвори в киселини. Тези реакции протичат в атмосфера на ниско активен газ (например H 2), т.к в присъствието на въздух лесно се получава окисление на Cr(II) до Cr(III).
Хромният хидроксид се получава под формата на жълта утайка чрез действието на алкален разтвор върху хром (II) хлорид:
CrCl 2 + 2NaOH = Cr(OH) 2 + 2NaCl
Cr(OH) 2 има основни свойства и е редуциращ агент. Хидратираният Cr2+ йон е бледосин. Водният разтвор на CrCl 2 е син на цвят. Във въздуха във водни разтвори съединенията на Cr(II) се превръщат в съединения на Cr(III). Това е особено изразено в Cr(II) хидроксид:
4Cr(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Cr(OH) 3
Съединения на тривалентен хром.
Хром (III) оксид Cr 2 O 3 е огнеупорен зелен прах. Твърдостта му е близка до корунда. В лабораторията може да се получи чрез нагряване на амониев дихромат:
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2
Cr 2 O 3 е амфотерен оксид, когато се слее с основи, образува хромити: Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
Хромният хидроксид също е амфотерно съединение:
Cr(OH) 3 + HCl = CrCl 3 + 3H 2 O
Cr(OH) 3 + NaOH = NaCrO 2 + 2H 2 O
Безводният CrCl 3 има вид на тъмно лилави листа и е напълно неразтворим в студена вода, при варене се разтваря много бавно. Безводният хром (III) сулфат Cr 2 (SO 4) 3 е розов на цвят и също така е слабо разтворим във вода. В присъствието на редуциращи агенти образува пурпурен хромов сулфат Cr 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O. Известни са и зелени хромови сулфатни хидрати, съдържащи по-малко вода. Хромовата стипца KCr(SO 4) 2 *12H 2 O кристализира от разтвори, съдържащи виолетов хромов сулфат и калиев сулфат. Разтвор на хромова стипца става зелен при нагряване поради образуването на сулфати.
Реакции с хром и неговите съединения
Почти всички хромни съединения и техните разтвори са интензивно оцветени. Имайки безцветен разтвор или бяла утайка, можем с голяма степен на вероятност да заключим, че хромът отсъства.
- Нека загреем силно в пламъка на горелка върху порцеланова чаша такова количество калиев бихромат, което да се побере на върха на ножа. Солта няма да отдели вода от кристализация, но ще се стопи при температура от около 400 0 C, за да образува тъмна течност. Нека го загреем още няколко минути на силен огън. След охлаждане върху парчето се образува зелена утайка. Разтворете част от него във вода (пожълтява), а другата част оставете на парчето. Солта се разлага при нагряване, което води до образуването на разтворим жълт калиев хромат K 2 CrO 4 и зелен Cr 2 O 3.
- Разтворете 3g калиев бихромат на прах в 50ml вода. Към една част добавете малко калиев карбонат. Той ще се разтвори с отделянето на CO 2 и цветът на разтвора ще стане светложълт. Хроматът се образува от калиев дихромат. Ако сега добавите 50% разтвор на сярна киселина на части, червено-жълтият цвят на дихромата ще се появи отново.
- Изсипете 5 ml в епруветка. разтвор на калиев бихромат, кипва се с 3 ml концентриран на солна киселинапод теглителна сила. Жълто-зелен токсичен хлорен газ се отделя от разтвора, защото хроматът ще окисли HCl до Cl 2 и H 2 O. Самият хромат ще се превърне в зелен тривалентен хромен хлорид. Той може да бъде изолиран чрез изпаряване на разтвора и след това, слят със сода и селитра, превърнат в хромат.
- Когато се добави разтвор на оловен нитрат, се утаява жълт оловен хромат; При взаимодействие с разтвор на сребърен нитрат се образува червено-кафява утайка от сребърен хромат.
- Добавете водороден пероксид към разтвора на калиев дихромат и подкиселете разтвора със сярна киселина. Разтворът придобива тъмносин цвят поради образуването на хромен пероксид. Когато се разклати с определено количество етер, пероксидът ще се трансформира в органичен разтворител и ще го оцвети в синьо. Тази реакция е специфична за хрома и е много чувствителна. Може да се използва за откриване на хром в метали и сплави. На първо място, трябва да разтворите метала. При продължително кипене с 30% сярна киселина (можете да добавите и солна киселина), хромът и много стомани се разтварят частично. Полученият разтвор съдържа хром (III) сулфат. За да можем да извършим реакция на откриване, първо го неутрализираме със сода каустик. Утаява се сиво-зелен хром(III) хидроксид, който се разтваря в излишък от NaOH, за да образува зелен натриев хромит. Филтрирайте разтвора и добавете 30% водороден прекис. При нагряване разтворът ще пожълтее, тъй като хромитът се окислява до хромат. Подкисляването ще накара разтвора да изглежда син. Оцветеното съединение може да се екстрахира чрез разклащане с етер.
Аналитични реакции за хромни йони.
- Добавете 2М разтвор на NaOH към 3-4 капки разтвор на хромен хлорид CrCl3, докато първоначалната утайка се разтвори. Обърнете внимание на цвета на образувания натриев хромит. Загрейте получения разтвор на водна баня. Какво става?
- Към 2-3 капки разтвор на CrCl3 добавете равен обем 8 М разтвор на NaOH и 3-4 капки 3% разтвор на H2O2. Загрейте реакционната смес във водна баня. Какво става? Каква утайка се образува, ако полученият оцветен разтвор се неутрализира, към него се добави CH 3 COOH и след това Pb (NO 3) 2?
- Изсипете 4-5 капки разтвори на хромов сулфат Cr 2 (SO 4) 3, IMH 2 SO 4 и KMnO 4 в епруветката. Загрейте реакционната смес за няколко минути във водна баня. Обърнете внимание на промяната в цвета на разтвора. Какво го е причинило?
- Към 3-4 капки подкислен азотна киселинаразтвор на K 2 Cr 2 O 7, добавете 2-3 капки разтвор на H 2 O 2 и разбъркайте. Появяващият се син цвят на разтвора се дължи на появата на перхромна киселина H 2 CrO 6:
Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O 2 + 2H + = 2H 2 CrO 6 + 3H 2 O
Обърнете внимание на бързото разлагане на H 2 CrO 6:
2H 2 CrO 6 + 8H+ = 2Cr 3+ + 3O 2 + 6H 2 O
синьо зелен цвят
Перхромната киселина е много по-стабилна в органични разтворители.
- Към 3-4 капки разтвор на K 2 Cr 2 O 7, подкислен с азотна киселина, добавете 5 капки изоамилов алкохол, 2-3 капки разтвор на H 2 O 2 и разклатете реакционната смес. Слоят от органичен разтворител, който плава нагоре, е оцветен в ярко синьо. Цветът избледнява много бавно. Сравнете стабилността на H 2 CrO 6 в органична и водна фази.
- Когато CrO 4 2- взаимодейства с Ba 2+ йони, се утаява жълта утайка от бариев хромат BaCrO 4.
- Сребърният нитрат образува керемиденочервена утайка от сребърен хромат с CrO 4 2 йони.
- Вземете три епруветки. Поставете 5-6 капки разтвор на K 2 Cr 2 O 7 в един от тях, същият обем разтвор на K 2 CrO 4 във втория и три капки от двата разтвора в третия. След това добавете три капки разтвор на калиев йодид към всяка епруветка. Обяснете резултата си. Подкиселете разтвора във втората епруветка. Какво става? Защо?
Забавни експерименти с хромни съединения
- Смес от CuSO 4 и K 2 Cr 2 O 7 става зелена при добавяне на основа и става жълта в присъствието на киселина. Чрез нагряване на 2 mg глицерол с малко количество (NH 4) 2 Cr 2 O 7 и след това добавяне на алкохол, след филтруване се получава яркозелен разтвор, който става жълт при добавяне на киселина и в неутрално или алкална средастава зелено.
- Поставете "рубинена смес" в центъра на консервна кутия с термит - внимателно смлян и поставен в алуминиево фолио Al 2 O 3 (4,75 g) с добавяне на Cr 2 O 3 (0,25 g). За да предотвратите по-дълго охлаждане на буркана, е необходимо да го заровите под горния ръб в пясък и след като термитът се запали и реакцията започне, покрийте го с железен лист и го покрийте с пясък. Изкопайте буркана за един ден. Резултатът е червен рубинен прах.
- 10 g калиев дихромат се смилат с 5 g натриев или калиев нитрат и 10 g захар. Сместа се навлажнява и се смесва с колодий. Ако прахът се компресира в стъклена тръба и след това пръчката се избута и запали в края, ще започне да изпълзява „змия“, първо черна, а след охлаждане - зелена. Пръчка с диаметър 4 мм гори със скорост около 2 мм в секунда и се удължава 10 пъти.
- Ако смесите разтвори на меден сулфат и калиев дихромат и добавите малко разтвор на амоняк, ще се образува аморфна кафява утайка от състава 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, която се разтваря в солна киселина, за да образува жълт разтвор и в излишък амоняк се получава зелен разтвор. Ако допълнително добавите алкохол към този разтвор, ще се образува зелена утайка, която след филтриране става синя, а след изсушаване - синьо-виолетова с червени искри, ясно видими при силна светлина.
- Хромният оксид, останал след експериментите „вулкан“ или „фараонови змии“, може да бъде регенериран. За да направите това, трябва да стопите 8 g Cr 2 O 3 и 2 g Na 2 CO 3 и 2,5 g KNO 3 и да обработите охладената сплав с вряща вода. Резултатът е разтворим хромат, който може да се превърне в други Cr(II) и Cr(VI) съединения, включително оригиналния амониев дихромат.
Примери за редокс преходи, включващи хром и неговите съединения
1. Cr 2 O 7 2- -- Cr 2 O 3 -- CrO 2 - -- CrO 4 2- -- Cr 2 O 7 2-
а) (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
д) Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
Chromium елемент като художник
Химиците доста често се обръщат към проблема за създаването на изкуствени пигменти за боядисване. През 18-19 век е разработена технологията за производство на много материали за боядисване. Луи Никола Воклен през 1797 г., който открива неизвестния досега елемент хром в сибирската червена руда, приготвя нова, забележително стабилна боя - хромово зелено. Неговият хромофор е воден хромен (III) оксид. Започва да се произвежда под името "изумрудено зелено" през 1837 г. По-късно L. Vauquelin предлага няколко нови бои: барит, цинк и хромово жълто. С течение на времето те бяха заменени от по-устойчиви жълти и оранжеви пигменти на базата на кадмий.
Зеленият хром е най-издръжливата и светлоустойчива боя, която не е податлива на атмосферни газове. Зеленият хром смлян в масло има голяма покривна способност и е способен да изсъхне бързо, поради което се използва от 19 век. намира широко приложение в живописта. Има голямо значение при рисуването на порцелан. Факт е, че порцелановите продукти могат да бъдат украсени както с подглазурно, така и с надглазурно боядисване. В първия случай боите се нанасят върху повърхността само на леко изпечен продукт, който след това се покрива със слой глазура. Това е последвано от основното, високотемпературно изпичане: за синтероване на порцелановата маса и разтопяване на глазурата, продуктите се нагряват до 1350 - 1450 0 C. Много малко бои могат да издържат на такава висока температура без химически промени, а в старите дни имаше само две от тях - кобалт и хром. Черен кобалтов оксид, нанесен върху повърхността на порцеланов продукт, се слива с глазурата по време на изпичане, като химически взаимодейства с нея. В резултат на това се образуват ярко сини кобалтови силикати. Всеки познава добре този украсен с кобалт син порцеланов сервиз. Хромният (III) оксид не реагира химически с компонентите на глазурата и просто лежи между порцелановите парчета и прозрачната глазура като „сляп“ слой.
В допълнение към хромово зелено, художниците използват бои, получени от volkonskoite. Този минерал от групата на монтморилонитите (глинен минерал от подкласа на сложните силикати Na(Mo,Al), Si 4 O 10 (OH) 2 е открит през 1830 г. от руския минералог Кемерер и е наречен в чест на М. Н. Волконская, дъщеря на героя от битката при Бородино, генерал Н. Н. Раевски, съпруга на декабриста С. Г. Волконски Волконскоитът е глина, съдържаща до 24% хромен оксид, както и алуминиеви и железни (III) оксиди. на минерала, открит в регионите Урал, Перм и Киров, е непоследователен.определя разнообразния му цвят - от цвета на потъмнялата през зимата ела до яркозеления цвят на блатна жаба.
Пабло Пикасо се обърна към геолозите на нашата страна с молба да проучат запасите от волконскоит, който произвежда боя с уникално свеж тон. В момента е разработен метод за производство на изкуствен волконскит. Интересно е да се отбележи, че според съвременните изследвания руските иконописци са използвали бои от този материал още през Средновековието, много преди „официалното“ му откриване. Guinier Greens (създадена през 1837 г.), чиято хромоформа е хромов оксид хидрат Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, където част от водата е химически свързана, а част е адсорбирана, също беше известна популярност сред художниците. Този пигмент придава на боята изумруден оттенък.
blog.site, при пълно или частично копиране на материал е необходима връзка към първоизточника.
Chrome - химичен елементс атомен номер 24. Това е твърд, лъскав, стоманеносив метал, който се полира добре и не потъмнява. Използва се в сплави като неръждаема стомана и като покритие. Човешкото тяло се нуждае от малки количества тривалентен хром, за да метаболизира захарта, но Cr(VI) е силно токсичен.
Различни хромни съединения, като хромен (III) оксид и оловен хромат, са ярко оцветени и се използват в бои и пигменти. Червеният цвят на рубина се дължи на наличието на този химичен елемент. Някои вещества, особено натрият, са окислители, използвани за окисляване органични съединенияи (заедно със сярна киселина) за почистване на лабораторни стъклени съдове. Освен това хромният (VI) оксид се използва при производството на магнитна лента.
Откриване и етимология
Историята на откриването на химичния елемент хром е следната. През 1761 г. Йохан Готлоб Леман открил оранжево-червен минерал в Уралските планини и го нарекъл „сибирско червено олово“. Въпреки че е погрешно идентифициран като съединение на олово със селен и желязо, материалът всъщност е оловен хромат с химична формула PbCrO4. Днес е известен като минералът крокон.
През 1770 г. Питър Саймън Палас посетил мястото, където Леман открил минерала червен олово, който имал много полезни свойства като пигмент в бои. Използването на сибирско червено олово като боя се развива бързо. Освен това ярко жълтият цвят на крокона стана модерен.
През 1797 г. Nicolas-Louis Vauquelin получава проби от червено.Чрез смесване на крокон със солна киселина той получава CrO3 оксид. Хромът е изолиран като химичен елемент през 1798 г. Воклен го получава чрез нагряване на оксида с въглен. Той също успя да открие следи от хром в скъпоценни камъни като рубин и изумруд.
През 1800 г. Cr се използва предимно в багрила и соли за дъбене. Днес 85% от метала се използва в сплави. Остатъкът се използва в химическата, огнеупорната и леярната промишленост.
Произношението на химичния елемент хром съответства на гръцкото χρῶμα, което означава „цвят“, поради разнообразието от цветни съединения, които могат да бъдат получени от него.
Добив и производство
Елементът се произвежда от хромит (FeCr 2 O 4). Приблизително половината от световната руда се добива в Южна Африка. Освен това Казахстан, Индия и Турция са основните му производители. Има достатъчно проучени находища на хромит, но географски те са съсредоточени в Казахстан и Южна Африка.
Депозитите на самороден хром са редки, но съществуват. Например, той се добива в мина Удачная в Русия. Той е богат на диаманти и редуциращата среда спомага за производството на чист хром и диаманти.
За промишлено производствоМеталните хромитни руди се обработват с разтопена основа (сода каустик, NaOH). В този случай се образува натриев хромат (Na 2 CrO 4), който се редуцира от въглерод до оксид Cr 2 O 3. Металът се получава чрез нагряване на оксида в присъствието на алуминий или силиций.
През 2000 г. приблизително 15 милиона тона хромитна руда са добити и преработени в 4 милиона тона ферохром, 70% хром-желязна сплав, с приблизителна пазарна стойност от 2,5 милиарда щатски долара.
Основни характеристики
Характеристиките на химичния елемент хром се дължат на факта, че той е преходен метал от четвъртия период на периодичната таблица и се намира между ванадий и манган. Включен в VI група. Топи се при температура 1907 °C. В присъствието на кислород хромът бързо образува тънък слой оксид, който предпазва метала от по-нататъшно взаимодействие с кислорода.
Като преходен елемент, той реагира с вещества в различни пропорции. Така той образува съединения, в които има различни степени на окисление. Хромът е химичен елемент с основни състояния +2, +3 и +6, от които +3 е най-стабилно. Освен това в редки случаи се спазват условия +1, +4 и +5. Хромните съединения в степен на окисление +6 са силни окислители.
Какъв цвят е хром? Химическият елемент дава рубинен оттенък. Използваният Cr 2 O 3 се използва и като пигмент, наречен хромово зелено. Неговите соли оцветяват стъклото в изумрудено зелено. Хромът е химическият елемент, чието присъствие прави рубините червени. Поради това се използва при производството на синтетични рубини.
Изотопи
Изотопите на хрома имат атомно тегло от 43 до 67. Обикновено този химичен елемент се състои от три стабилни форми: 52 Cr, 53 Cr и 54 Cr. От тях 52 Cr е най-често срещаният (83,8% от целия естествен хром). Освен това са описани 19 радиоизотопа, от които най-стабилният е 50 Cr с период на полуразпад над 1,8x10 17 години. 51 Cr има период на полуразпад от 27,7 дни, като за всички останали радиоактивни изотопи той не надвишава 24 часа, а за повечето от тях трае по-малко от една минута. Елементът също има две мета състояния.
Изотопите на хрома в земната кора, като правило, придружават изотопи на манган, който се използва в геологията. 53Cr се образува по време на радиоактивното разпадане на 53Mn. Изотопното съотношение Mn/Cr подкрепя друга информация за ранна история слънчева система. Промените в съотношенията 53 Cr/ 52 Cr и Mn/Cr от различни метеорити доказват, че нови атомни ядраса създадени точно преди формирането на Слънчевата система.
Химичен елемент хром: свойства, формула на съединенията
Хром (III) оксид Cr 2 O 3, известен също като сесквиоксид, е един от четирите оксида на този химичен елемент. Получава се от хромит. Съединението със зелен цвят обикновено се нарича "хромирано зелено", когато се използва като пигмент за боядисване на емайл и стъкло. Оксидът може да се разтваря в киселини, образувайки соли и в разтопени основи - хромити.
Калиев дихромат
K 2 Cr 2 O 7 е мощен окислител и е предпочитан като средство за почистване на лабораторна стъклария от органични вещества. За целта се използва неговият наситен разтвор, но понякога се заменя с натриев бихромат, поради по-високата му разтворимост. В допълнение, той може да регулира процеса на окисление на органичните съединения, превръщайки първичния алкохол в алдехид и след това във въглероден диоксид.
Калиевият бихромат може да причини хромен дерматит. Хромът има вероятност да причини сенсибилизация, водеща до развитие на дерматит, особено на ръцете и предмишниците, който е хроничен и трудно се лекува. Подобно на други съединения на Cr(VI), калиевият дихромат е канцерогенен. Трябва да се работи с ръкавици и подходящо защитно оборудване.
Хромна киселина
Съединението има хипотетична структура H 2 CrO 4 . Нито хромовата, нито дихромната киселина се срещат в природата, но техните аниони се намират в различни вещества. „Хромната киселина“, която може да се намери в продажба, всъщност е нейният киселинен анхидрид - CrO 3 триоксид.
Оловен (II) хромат
PbCrO 4 има ярко жълт цвят и е практически неразтворим във вода. Поради тази причина той е намерил приложение като оцветяващ пигмент, наречен коронно жълто.
Cr и петвалентна връзка
Хромът се отличава със способността си да образува петвалентни връзки. Съединението е създадено от Cr(I) и въглеводороден радикал. Между два хромни атома се образува петвалентна връзка. Формулата му може да бъде написана като Ar-Cr-Cr-Ar, където Ar представлява специфична ароматна група.
Приложение
Хромът е химичен елемент, чиито свойства са му дали много различни опцииприложения, някои от които са изброени по-долу.
Придава на металите устойчивост на корозия и лъскава повърхност. Следователно хромът е включен в сплави като неръждаема стомана, използвани например в прибори за хранене. Използва се и за хромиране.
Хромът е катализатор за различни реакции. Използва се за направата на форми за изпичане на тухли. Неговите соли се използват за дъбене на кожа. Калиевият бихромат се използва за окисляване на органични съединения като алкохоли и алдехиди, както и за почистване на лабораторна стъклария. Той служи като фиксиращ агент за боядисване на тъкани и също така се използва във фотографията и фотопечата.
CrO 3 се използва за направата на магнитни ленти (например за аудиозапис), които имат по-добри характеристики от филмите с железен оксид.
Роля в биологията
Тривалентният хром е химичен елемент, необходим за метаболизма на захарта в човешкото тяло. Обратно, шествалентният Cr е силно токсичен.
Предпазни мерки
Съединенията на металния хром и Cr(III) обикновено не се считат за опасни за здравето, но веществата, съдържащи Cr(VI), могат да бъдат токсични при поглъщане или вдишване. Повечето от тези вещества са дразнещи за очите, кожата и лигавиците. При хронична експозиция съединенията на хром (VI) могат да причинят увреждане на очите, ако не се третират правилно. В допълнение, той е признат канцероген. Смъртоносната доза от този химически елемент е около половин чаена лъжичка. Според препоръките на Световната здравна организация максимално допустимата концентрация на Cr (VI) в пия водае 0,05 mg на литър.
Тъй като хромните съединения се използват в багрила и за щавене на кожа, те често се намират в почвата и подпочвените води от изоставени промишлени обекти, изискващи екологично почистване и възстановяване. Грундът, съдържащ Cr(VI), все още се използва широко в космическата и автомобилната промишленост.
Свойства на елемента
Основен физични свойствахром са както следва:
- Атомен номер: 24.
- Атомно тегло: 51.996.
- Точка на топене: 1890 °C.
- Точка на кипене: 2482 °C.
- Степен на окисление: +2, +3, +6.
- Електронна конфигурация: 3d 5 4s 1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
хромразположени в четвъртия период на група VI на вторичната (B) подгрупа на периодичната система. Обозначение – Кр. Като просто вещество- сиво-бял лъскав метал.
Хромът има центрирана към тялото кубична решетъчна структура. Плътност - 7,2 g/cm3. Точките на топене и кипене са съответно 1890 o C и 2680 o C.
Степен на окисление на хром в съединения
Хромът може да съществува под формата на просто вещество - метал, а степента на окисление на металите в елементарно състояние е равна на нула, тъй като разпределението на електронната плътност в тях е равномерно.
Състояния на окисление (+2) И (+3) хромът се появява в оксиди (Cr +2 O, Cr +3 2 O 3), хидроксиди (Cr +2 (OH) 2, Cr +3 (OH) 3), халогениди (Cr +2 Cl 2, Cr +3 Cl 3 ), сулфати (Cr +2 SO 4, Cr +3 2 (SO 4) 3) и други съединения.
Хромът също се характеризира със степента на окисление (+6) : Cr +6 O 3, H 2 Cr +6 O 4, H 2 Cr +6 2 O 7, K 2 Cr +6 2 O 7 и т.н.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Фосфорът има същата степен на окисление в следните съединения: а) Ca3P2 и H3PO3; b) KH 2 PO 4 и KPO 3; c) P4O6 и P4O10; г) H3PO4 и H3PO3. |
| Решение | За да дадем правилния отговор на поставения въпрос, последователно ще определим степента на окисление на фосфора във всяка двойка предложени съединения. а) Степента на окисление на калция е (+2), на кислорода и водорода - съответно (-2) и (+1). Нека вземем стойността на степента на окисление на фосфора като "x" и "y" в предложените съединения: 3 × 2 + x × 2 = 0; 3 + y + 3×(-2) = 0; Отговорът е неправилен. б) Степента на окисление на калия е (+1), кислорода и водорода са съответно (-2) и (+1). Нека вземем стойността на степента на окисление на хлора като "x" и "y" в предложените съединения: 1 + 2×1 +x + (-2)×4 = 0; 1 + y + (-2)×3 = 0; Отговорът е правилен. |
| Отговор | Вариант (б). |
Хром (Cr), химичен елемент от VI група на периодичната система на Менделеев. Това е преходен метал с атомен номер 24 и атомна маса 51,996. В превод от гръцки името на метала означава „цвят“. Металът дължи името си на разнообразието от цветове, които са присъщи на различните му съединения.
Физични характеристики на хрома
Металът има достатъчна твърдост и едновременно с това крехкост. По скалата на Моос твърдостта на хрома се оценява на 5,5. Този показател означава, че хромът има максимална твърдост от всички метали, известни днес, след уран, иридий, волфрам и берилий. Простото вещество хром се характеризира със синкаво-бял цвят.
Металът не е рядък елемент. Концентрацията му в земната кора достига 0,02% от масата. акции Хромът никога не се среща в чиста форма. Намира се в минерали и руди, които са основният източник за добив на метали. Хромитът (хромова желязна руда, FeO*Cr 2 O 3) се счита за основното съединение на хрома. Друг доста често срещан, но по-малко важен минерал е крокоитът PbCrO 4 .
Металът може лесно да се стопи при температура от 1907 0 C (2180 0 K или 3465 0 F). При температура 2672 0 С кипи. Атомна масаметал е 51,996 g/mol.
Хромът е уникален метал поради своята магнитни свойства. При стайна температура той проявява антиферомагнитно подреждане, докато други метали го проявяват при изключително ниски температури. Въпреки това, ако хромът се нагрее над 37 0 C, физичните свойства на хрома се променят. По този начин електрическото съпротивление и коефициентът на линейно разширение се променят значително, модулът на еластичност достига минимална стойност и вътрешното триене се увеличава значително. Това явление се свързва с преминаването на точката на Неел, при която антиферомагнитните свойства на материала могат да се променят на парамагнитни. Това означава, че първото ниво е преминато и веществото рязко е увеличило обема си.
Структурата на хрома е тялоцентрирана решетка, поради което металът се характеризира с температурата на крехко-пластичния период. Въпреки това, в случая на този метал степента на чистота е от голямо значение, следователно стойността е в диапазона -50 0 C - +350 0 C. Както показва практиката, кристализираният метал няма пластичност, но мек отгряването и формоването го правят ковък.
Химични свойства на хрома
Атомът има следната външна конфигурация: 3d 5 4s 1. По правило в съединенията хромът има следните степени на окисление: +2, +3, +6, сред които Cr 3+ проявява най-голяма стабилност.Освен това има други съединения, в които хромът проявява напълно различна степен на окисление, а именно : +1, +4, +5.
Металът не е особено химически реактивен. Когато хромът е изложен на нормални условия, металът проявява устойчивост на влага и кислород. Тази характеристика обаче не се отнася за съединението на хром и флуор - CrF 3, което, когато е изложено на температури над 600 0 C, взаимодейства с водни пари, образувайки Cr 2 O 3 в резултат на реакцията, както и азот , въглерод и сяра.
Когато металният хром се нагрява, той реагира с халогени, сяра, силиций, бор, въглерод и някои други елементи, което води до следното химична реакцияхром:
Cr + 2F 2 = CrF 4 (с примес на CrF 5)
2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3
2Cr + 3S = Cr 2 S 3
Хроматите могат да бъдат получени чрез нагряване на хром с разтопена сода на въздух, нитрати или хлорати на алкални метали:
2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2.
Хромът не е токсичен, което не може да се каже за някои от неговите съединения. Както е известно, прахът от този метал, ако попадне в тялото, може да раздразни белите дробове, той не се абсорбира през кожата. Но тъй като не се среща в чист вид, навлизането му в човешкото тяло е невъзможно.
Влиза тривалентен хром заобикаляща средапо време на добив и обработка на хромова руда. Хромът вероятно се въвежда в човешкото тяло под формата на хранителна добавка, използвана в програми за отслабване. Хромът с валентност +3 е активен участник в синтеза на глюкоза. Учените са установили, че прекомерната консумация на хром не причинява особена вреда на човешкото тяло, тъй като не се абсорбира, но може да се натрупва в тялото.
Съединенията, включващи шествалентен метал, са изключително токсични. Вероятността да навлязат в човешкото тяло се появява при производството на хромати, хромирането на предмети и при някои заваръчни работи. Поглъщането на такъв хром в тялото е изпълнено със сериозни последици, тъй като съединенията, в които присъства шествалентен елемент, са силни окислители. Поради това те могат да причинят кървене в стомаха и червата, понякога с перфорация на червата. Когато такива съединения влязат в контакт с кожата, възникват силни химични реакции под формата на изгаряния, възпаления и язви.
В зависимост от качеството на хрома, който трябва да се получи на изхода, има няколко метода за производство на метала: чрез електролиза на концентриран водни разтворихромен оксид, електролиза на сулфати и редукция със силициев оксид. Последният метод обаче не е много популярен, тъй като произвежда хром с огромно количество примеси. Освен това не е икономически изгодно.
| Степен на окисление | Оксид | Хидроксид | Характер | Преобладаващите форми в разтворите | Бележки |
| +2 | CrO (черен) | Cr(OH)2 (жълт) | Основен | Cr2+ (сини соли) | Много силен редуциращ агент |
| Cr2O3 (зелен) | Cr(OH)3 (сиво-зелено) | Амфотерни |
Cr3+ (зелени или лилави соли) |
||
| +4 | CrO2 | не съществува | Необразуващи соли | - |
Рядко срещан, нехарактерен |
| +6 | CrO3 (червен) |
H2CrO4 |
киселина |
CrO42- (хромати, жълто) |
Преходът зависи от pH на околната среда. Силен окислител, хигроскопичен, много токсичен. |
хром
Елемент № 24. Един от най-твърдите метали. Има висока химическа устойчивост. Един от най-важните метали, използвани в производството на легирани стомани. Повечето хромни съединения са ярко оцветени и се предлагат в различни цветове. За тази функция елементът е наречен хром, което означава „боя“ на гръцки.
Как е намерен?
Минерал, съдържащ хром, е открит близо до Екатеринбург през 1766 г. от I.G. Леман го нарече „сибирско червено олово“. Сега този минерал се нарича крокоит. Съставът му също е известен - PbCrO 4. И по едно време „сибирското червено олово“ предизвика много разногласия сред учените. В продължение на тридесет години те спорят за неговия състав, докато накрая през 1797 г. френският химик Луи Никола Воклен изолира метал от него, който (също, между другото, след известен спор) беше наречен хром.
Vauquelin третира крокоит с поташ K 2 CO 3: оловен хромат се превръща в калиев хромат. След това калиевият хромат се превръща в хромен оксид и вода с помощта на солна киселина (хромната киселина съществува само в разредени разтвори). Чрез нагряване на прах от зелен хромен оксид в графитен тигел с въглища, Vauquelin получава нов огнеупорен метал.
Парижката академия на науките стана свидетел на откритието в неговата цялост. Но най-вероятно Vauquelin изолира не елементарен хром, а неговите карбиди. Това се доказва от игловидната форма на светлосивите кристали, получени от Vauquelin.
Името „хром“ беше предложено от приятели на Вокелин, но той не го хареса - металът нямаше специален цвят. Приятелите обаче успяха да убедят химика, позовавайки се на факта, че ярко оцветените хромни съединения могат да се използват за получаване на добри бои. (Между другото, именно в трудовете на Воклен за първи път е обяснен изумруденият цвят на някои естествени берилиеви и алуминиеви силикати; те, както установи Воклен, са оцветени от примеси на хромни съединения.) И така това име е прието за новият елемент.
Между другото, сричката „хром“, точно в смисъла на „цветен“, е включена в много научни, технически и дори музикални термини. Изопанхромните, панхромните и ортохромните фотографски филми са широко известни. Думата "хромозома" в превод от гръцки означава "тяло, което е оцветено". Има „хроматична“ гама (в музиката) и има „хроматична“ хармоника.
Къде се намира той
В земната кора има доста хром - 0,02%. Основният минерал, от който индустрията получава хром, е хром шпинел с променлив състав обща формула(Mg, Fe) O · (Cr, Al, Fe) 2 O 3 . Хромовата руда се нарича хромит или хромова желязна руда (защото почти винаги съдържа желязо). Находища на хромови руди има на много места. Страната ни има огромни запаси от хромити. Едно от най-големите находища се намира в Казахстан, в района на Актобе; открит е през 1936 г. В Урал има значителни запаси от хромови руди.
Хромитите се използват най-вече за топене на ферохром. Това е една от най-важните феросплави, абсолютно необходима за масовото производство на легирани стомани.
Феросплавите са сплави на желязо с други елементи, използвани главно за легиране и деоксидиране на стомана. Ферохромът съдържа най-малко 60% Cr.
Царска Русия почти не произвеждаше феросплави. Няколко доменни пещи в южните фабрики топяха нископроцентен (легиращ метал) феросилиций и фероманган. Освен това на река Сатка, която тече в Южен Урал, през 1910 г. е построена малка фабрика, която топи малки количества фероманган и ферохром.
В първите години на развитие младата съветска държава трябваше да внася феросплави от чужбина. Такава зависимост от капиталистическите страни беше неприемлива. Още през 1927...1928г. Започва изграждането на съветски заводи за феросплави. В края на 1930 г. в Челябинск е построена първата голяма феросплавна пещ, а през 1931 г. влиза в експлоатация заводът в Челябинск, първородният на феросплавната индустрия на СССР. През 1933 г. стартират още две фабрики - в Запорожие и Зестафони. Това направи възможно спирането на вноса на феросплави. Само за няколко години Съветският съюз организира производството на много видове специални стомани - сачмени лагери, топлоустойчиви, неръждаеми, автомобилни, бързорежещи... Всички тези стомани съдържат хром.
На 17-ия конгрес на партията народният комисар на тежката промишленост Серго Орджоникидзе каза: „...ако нямахме висококачествени стомани, нямаше да имаме автомобилна и тракторна индустрия. Стойността на висококачествената стомана, която използваме в момента, се оценява на над 400 милиона рубли. Ако беше необходимо да се внесе, това щеше да бъде 400 милиона рубли. всяка година, по дяволите, щяхте да се окажете в робство на капиталистите...”
Заводът на базата на полето Актобе е построен по-късно, по време на Великата Отечествена война. Той произвежда първото топене на ферохром на 20 януари 1943 г. Работниците от град Актюбинск участват в изграждането на завода. Строежът е обявен за обществен. Ферохромът на новия завод е използван за производството на метал за танкове и оръдия, за нуждите на фронта.
Минаха години. Сега Актюбинският завод за феросплави е най-голямото предприятие, произвеждащо ферохром от всички степени. Комбинатът е произвел висококвалифицирани национални металургични кадри. От година на година заводът и хромитните мини увеличават капацитета си, осигурявайки на нашата черна металургия висококачествен ферохром.
Страната ни разполага с уникално находище на естествено легирани железни руди, богат на хром и никел. Намира се в Оренбургските степи. На базата на това находище е построен и работи Орско-Халиловският металургичен завод. В доменните пещи на завода се топи естествено легиран чугун, който има висока топлоустойчивост. Част от него се използва под формата на отливки, но по-голямата част се изпраща за преработка в никелова стомана; хромът изгаря при топене на стомана от чугун.
Куба, Югославия и много страни в Азия и Африка имат големи запаси от хромити.
Как го получаваш?
Хромитът се използва основно в три индустрии: металургия, химия и огнеупори, като металургията консумира приблизително две трети от целия хромит.
Стоманата, легирана с хром, има повишена якост и устойчивост на корозия в агресивни и окислителни среди.
Получаването на чист хром е скъп и трудоемък процес. Следователно за легиране на стомана се използва главно ферохром, който се получава в електродъгови пещи директно от хромит. Редукторът е кокс. Съдържанието на хромов оксид в хромита трябва да бъде най-малко 48%, а съотношението Cr:Fe трябва да бъде най-малко 3:1.
Ферохромът, произведен в електрическа пещ, обикновено съдържа до 80% хром и 4...7% въглерод (останалото е желязо).
Но за легиране на много висококачествени стомани е необходим ферохром, съдържащ малко въглерод (причините за това са обсъдени по-долу, в главата „Хром в сплавите“). Следователно, част от високовъглеродния ферохром се подлага на специална обработка, за да се намали съдържанието на въглерод в него до десети и стотни от процента.
Елементарният метален хром също се получава от хромит. Производството на технически чист хром (97...99%) се основава на метода на алуминотермията, открит през 1865 г. от известния руски химик Н.Н. Бекетов. Същността на метода е редукция на оксиди с алуминий, реакцията е придружена от значително отделяне на топлина.
Но първо трябва да получите чист хромен оксид Cr 2 O 3. За да направите това, фино смлян хромит се смесва със сода и към тази смес се добавя варовик или железен оксид. Цялата маса се изгаря и се образува натриев хромат:
2Cr 2 O 3 + 4Na 2 CO 3 + 3O 2 → 4Na 2 CrO 4 + 4CO 2.
След това натриевият хромат се излугва от калцинираната маса с вода; течността се филтрува, изпарява се и се обработва с киселина. Резултатът е натриев бихромат Na 2 Cr 2 O 7 . Чрез редуцирането му със сяра или въглерод при нагряване се получава зелен хромов оксид.
Металният хром може да се получи чрез смесване на чист хромен оксид с алуминиев прах, нагряване на тази смес в тигел до 500...600 ° C и запалване с бариев пероксид.Алуминият отнема кислород от хромния оксид. Тази реакция Cr 2 O 3 + 2Al → Al 2 O 3 + 2Сr е в основата на индустриалния (алуминотермичен) метод за производство на хром, въпреки че, разбира се, фабричната технология е много по-сложна. Хромът, получен алуминотермично, съдържа десети от процента алуминий и желязо и стотни от процента силиций, въглерод и сяра.
Използва се и силикотермичен метод за получаване на технически чист хром. В този случай хромът се редуцира от оксид от силиций в съответствие с реакцията
2Сr 2 О 3 + 3Si → 3SiO 2 + 4Сr.
Тази реакция протича в дъгови пещи. За свързване на силициев диоксид към заряда се добавя варовик. Чистотата на силикотермичния хром е приблизително същата като алуминотермичния хром, въпреки че, разбира се, съдържанието на силиций в него е малко по-високо, а съдържанието на алуминий е малко по-ниско. За да получат хром, те се опитаха да използват и други редуциращи агенти - въглерод, водород, магнезий. Тези методи обаче не се използват широко.
хром висока степенчистота (приблизително 99,8%) се получава електролитно.
Технически чистият и електролитен хром се използва главно за производството на сложни хромни сплави.
Константи и свойства на хрома
Атомната маса на хрома е 51,996. В периодичната таблица заема място в шеста група. Неговите най-близки съседи и аналози са молибден и волфрам. Характерно е, че съседите на хрома, както и самият хром, се използват широко за легиране на стомани.
Точката на топене на хрома зависи от неговата чистота. Много изследователи са се опитвали да я определят и са получили стойности от 1513 до 1920°C. Такова голямо „разсейване“ се обяснява предимно с количеството и състава на примесите, съдържащи се в хрома. Сега се смята, че хромът се топи при температура около 1875°C. Точка на кипене 2199°C. Плътността на хрома е по-малка от тази на желязото; то е равно на 7,19.
от химични свойствахромът е близък до молибдена и волфрама. Неговият най-висок оксид CrO 3 е киселинен, това е анхидрид на хромова киселина H 2 CrO 4. Минералът крокоит, с който започнахме запознанството си с елемент No 24, е сол на тази киселина. В допълнение към хромовата киселина е известна дихромовата киселина H 2 Cr 2 O 7, нейните соли, дихромати, се използват широко в химията. Най-често срещаният хромов оксид, Cr 2 O 3, е амфотерен. Като цяло, в различни условияхромът може да проявява валентности от 2 до 6. Само три- и шествалентните хромни съединения са широко използвани.
