Откриването на хрома принадлежи към периода на бурно развитие на химико-аналитичните изследвания на соли и минерали. В Русия химиците проявиха особен интерес към анализа на минерали, открити в Сибир и почти непознати в Западна Европа. Един от тези минерали е сибирската червена оловна руда (крокоит), описана от Ломоносов. Минералът е изследван, но в него не е открито нищо освен оксиди на олово, желязо и алуминий. Въпреки това през 1797 г. Вокелин, чрез кипене на фино смляна проба от минерала с поташ и утаяване на оловен карбонат, получава оранжево-червен разтвор. От този разтвор той кристализира рубиненочервена сол, от която са изолирани оксид и свободен метал, различен от всички известни метали. Воклен го извика хром ( Chrome ) от гръцката дума- оцветяване, цвят; Вярно е, че тук се имало предвид не свойството на метала, а неговите ярко оцветени соли.
Намиране в природата.
Най-важната хромна руда с практическо значение е хромитът, чийто приблизителен състав съответства на формулата FeCrO 4.
Среща се в Мала Азия, в Урал, в Северна Америка, в Южна Африка. От техническо значение има и гореспоменатия минерал крокоит - PbCrO 4. Хромният оксид (3) и някои от другите му съединения също се срещат в природата. AT земната корасъдържанието на хром по отношение на метал е 0,03%. Хромът се намира на Слънцето, звездите, метеоритите.
Физически свойства.
Хромът е бял, твърд и крехък метал, изключително химически устойчив на киселини и основи. Той се окислява във въздуха и има тънък прозрачен оксиден филм на повърхността. Хромът има плътност 7,1 g / cm 3, неговата точка на топене е +1875 0 C.
Касова бележка.
При силно нагряване на хромова желязна руда с въглища, хромът и желязото се редуцират:
FeO * Cr 2 O 3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO
В резултат на тази реакция се образува сплав от хром с желязо, която се характеризира с висока якост. За да се получи чист хром, той се редуцира от хромов(3) оксид с алуминий:
Cr 2 O 3 + 2Al \u003d Al 2 O 3 + 2Cr
Обикновено в този процес се използват два оксида - Cr 2 O 3 и CrO 3
Химични свойства.
Благодарение на тънкия защитен оксиден филм, покриващ повърхността на хрома, той е силно устойчив на агресивни киселини и основи. Хромът не реагира с концентрирани азотни и сярни киселини, както и с фосфорна киселина. Хромът взаимодейства с основи при t = 600-700 o C. Въпреки това, хромът взаимодейства с разредена сярна и солна киселини, измествайки водорода:
2Cr + 3H 2 SO 4 \u003d Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl 3 + 3H 2
При високи температури хромът изгаря в кислород, за да образува оксид (III).
Горещият хром реагира с водна пара:
2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2
Хромът също реагира с халогени при високи температури, халогени с водород, сяра, азот, фосфор, въглища, силиций, бор, например:
Cr + 2HF = CrF 2 + H 2
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr2S3
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 получаване на високоякостни, устойчиви на корозия покрития в машиностроенето. Като металорежещи инструменти се използват сплави под формата на ферохром. Хромираните сплави са намерили приложение в медицинската технология, в производството на оборудване за химически процеси.
Позицията на хрома в периодичната таблица на химичните елементи:
Хромът води вторичната подгрупа от група VI периодична системаелементи. Електронната му формула е както следва:
24 Cr IS 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 5 4S 1
При запълване на орбиталите с електрони при атома на хрома се нарушава закономерността, според която 4S орбиталата е трябвало първо да бъде запълнена до състояние 4S 2 . Въпреки това, поради факта, че 3d орбиталата заема по-благоприятна енергийна позиция в атома на хром, тя се запълва до стойността 4d 5 . Такова явление се наблюдава в атомите на някои други елементи от вторичните подгрупи. Хромът може да проявява степен на окисление от +1 до +6. Най-стабилни са хромовите съединения със степен на окисление +2, +3, +6.
Двувалентни хромови съединения.
Хромов оксид (II) CrO - пирофорен черен прах (пирофорен - способността да се възпламенява във въздуха във фино разделено състояние). CrO се разтваря в разредена солна киселина:
CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O
Във въздуха, когато се нагрява над 100 0 C, CrO се превръща в Cr 2 O 3.
Двувалентните соли на хром се образуват чрез разтваряне на метален хром в киселини. Тези реакции протичат в атмосфера на неактивен газ (например Н2), т.к в присъствието на въздух Cr(II) лесно се окислява 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, е редуциращ агент. Хидратираният Cr2+ йон е оцветен в бледосиньо. Водният разтвор на CrCl 2 има син цвят. Във въздуха във водни разтвори, Cr(II) съединенията се трансформират в Cr(III) съединения. Това е особено изразено за Cr(II) хидроксид:
4Cr(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Cr(OH) 3
Тривалентни хромови съединения.
Хромният оксид (III) Cr 2 O 3 е огнеупорен зелен прах. По твърдост е близо 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 - амфотерен оксид, когато се слива 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 + 3H2O
Cr(OH) 3 + NaOH = NaCrO 2 + 2H2O
Безводният CrCl 3 има вид на листа с тъмно лилав цвят, напълно неразтворим в студена вода, като се свари се разтваря много бавно. Безводен хромен сулфат (III) Cr 2 (SO 4) 3 розов, също слабо разтворим във вода. В присъствието на редуциращи агенти образува лилав хромов сулфат Cr 2 (SO 4) 3 *18H 2 O. Известни са и зелени хромови сулфатни хидрати, съдържащи по-малко количество вода. Хром 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 хромови съединения и техните разтвори са наситено оцветени. Имайки безцветен разтвор или бяла утайка, можем да заключим с голяма степен на вероятност, че хромът липсва.
- Загряваме силно в пламъка на горелка върху порцеланова чаша такова количество калиев бихромат, което ще се побере на върха на ножа. Солта няма да отдели кристализационна вода, а ще се стопи при температура около 400 0 С с образуването на тъмна течност. Оставяме да загреем още няколко минути на силен огън. След охлаждане върху парчето се образува зелена утайка. Част от него е разтворима във вода (пожълтява), а другата част се оставя 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 3 g калиев дихромат на прах в 50 ml вода. Към едната 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 бихромат. Ако сега добавим 50% разтвор на сярна киселина на порции, тогава отново ще се появи червено-жълтият цвят на бихромата.
- Изсипете в епруветка 5 мл. разтвор на калиев дихромат, кипва се с 3 ml концентрирана солна киселина при течение. От разтвора се отделя жълто-зелен отровен газообразен хлор, тъй като хроматът ще окисли HCl до Cl 2 и H 2 O. Самият хромат ще се превърне в зелен тривалентен хромов хлорид. Може да се изолира чрез изпаряване на разтвора и след това, сливане със сода и нитрат, да се превърне в хромат.
- Когато се добави разтвор на оловен нитрат, жълт оловен хромат се утаява; при взаимодействие с разтвор на сребърен нитрат се образува червено-кафява утайка от сребърен хромат.
- Добавя се водороден пероксид към разтвор на калиев бихромат и се подкиселява със сярна киселина. Разтворът придобива наситен син цвят поради образуването на хромов пероксид. Пероксидът, когато се разклати с малко етер, ще се превърне в органичен разтворител и ще го превърне 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 е необходимо да се разтвори металът. При продължително кипене с 30% сярна киселина (може да се добави и солна киселина), хромът и много стомани частично се разтварят. Полученият разтвор съдържа хром (III) сулфат. За да можем да проведем реакция на откриване, първо я неутрализираме със сода каустик. Утаява се сиво-зелен хром (III) хидроксид, който се разтваря в излишък от NaOH и образува зелен натриев хромит. Филтрирайте разтвора и добавете 30% водороден прекис. При нагряване разтворът ще стане жълт, тъй като хромитът се окислява до хромат. Подкиселяването ще доведе до син цвят на разтвора. Оцветеното съединение може да се екстрахира чрез разклащане с етер.
Аналитични реакции за йони на хром.
- Към 3-4 капки разтвор на хромов хлорид CrCl 3 се добавя 2М разтвор на NaOH, докато първоначалната утайка се разтвори. Обърнете внимание на цвета на образувания натриев хромит. Загрейте получения разтвор на водна баня. Какво се случва?
- Към 2-3 капки разтвор на CrCl 3 добавете равен обем 8М разтвор на NaOH и 3-4 капки 3% разтвор на H2O2. Загрейте реакционната смес на водна баня. Какво се случва? 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 епруветка. Загрейте реакционното място за няколко минути на водна баня. Обърнете внимание на промяната в цвета на разтвора. Какво го е причинило?
- До 3-4 капки подкиселено азотна киселинаРазтвор на K 2 Cr 2 O 7 добавете 2-3 капки разтвор на H 2 O 2 и разбъркайте. Синият цвят на разтвора, който се появява, 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
син цвят зелен цвят
Перхромната киселина е много по-стабилна в органични разтворители.
- Към 3-4 капки разтвор на K 2 Cr 2 O 7, подкиселен 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 плува отгоре, е оцветен в ярко синьо. Цветът избледнява много бавно. Сравнете стабилността на H 2 CrO 6 в органична и водна фаза.
- Когато CrO 4 2- и Ba 2+ йони взаимодействат, се утаява жълта утайка от бариев хромат BaCrO 4.
- Сребърният нитрат образува тухленочервена 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 единия от тях, същия 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. Подкиселете разтвора във втората епруветка. Какво се случва? Защо?
Забавни експерименти с хромови съединения
- Смес от CuSO 4 и K 2 Cr 2 O 7 става зелена при добавяне на алкали и става жълта в присъствието на киселина. Загряване на 2 mg глицерол с малко количество (NH 4) 2 Cr 2 O 7 и след това добавяне на алкохол, след филтриране се получава яркозелен разтвор, който става жълт при добавяне на киселина и в неутрална или алкална средастава зелено.
- Поставя се в центъра на кутията с термит "рубинена смес" - добре смлян и поставен в алуминиево фолио Al 2 O 3 (4,75 g) с добавка на Cr 2 O 3 (0,25 g). За да не изстине бурканът по-дълго, е необходимо да го заровите под горния ръб в пясъка и след като термитът се запали и реакцията започне, покрийте го с железен лист и го покрийте с пясък. Банка за изкопаване за един ден. Резултатът е червено-рубинен прах.
- 10 g калиев бихромат се стриват 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, а след това пръчката се изтласква и запалва от края, тогава 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, тогава ще изпадне аморфна кафява утайка от състава 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, която се разтваря в солна киселина, за да образува жълт разтвор и при излишък на амоняк се получава зелен разтвор. Ако към този разтвор се добави още алкохол, ще се образува зелена утайка, която след филтриране става синя, а след изсъхване синьо-виолетова с червени искри, ясно видими при силна светлина.
- Хромният оксид, останал след експериментите с „вулкан“ или „фараонова змия“, може да бъде регенериран. За да направите това, е необходимо 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. Получава се разтворим хромат, който също може да бъде превърнат 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 \u003d 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 + 3H2O
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
Cr2+
а) CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O
б) CrO + H 2 O \u003d 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) 4Cr (NO 3) 3 \u003d 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
е) Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
Chrome елемент като художник
Химиците доста често се обръщат към проблема за създаване на изкуствени пигменти за боядисване. През 18-19 век е разработена технологията за получаване на много изобразителни материали. 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 хромов (III) оксид. Под името "изумрудено зелено" започва да се произвежда през 1837 година. По-късно L. Vauquelen предлага няколко нови бои: барит, цинк и хром жълто. С течение на времето те бяха заменени от по-устойчиви жълти, оранжеви пигменти на базата на кадмий.
Хром зеленото е най-трайната и светлоустойчива боя, която не се влияе от атмосферните газове. Втрито в масло, хромово зеленото има голяма покривност и е способно да изсъхне бързо, следователно от 19 век. широко се използва в живописта. Има голямо значение в боядисването на порцелан. Факт е, че порцелановите продукти могат да бъдат украсени както с подглазурна, така и с надглазурова боя. В първия случай боите се нанасят върху повърхността само на леко изпечен продукт, който след това се покрива със слой глазура. Следва основното, високотемпературно изпичане: за синтероване на порцелановата маса и топене на глазурата продуктите се нагряват до 1350 - 1450 0 С. 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. Черният кобалтов оксид, нанесен върху повърхността на порцеланов предмет, се слива с глазурата по време на изпичане, химически взаимодействайки с нея. В резултат на това се образуват яркосини кобалтови силикати. Този кобалтово син порцелан е добре познат на всички. Хромният оксид (III) не взаимодейства химически с компонентите на глазурата и просто лежи между порцелановите парченца и прозрачната глазура с "глух" слой.
В допълнение към хромирано зелено, художниците използват бои, получени от Volkonskoite. Този минерал от групата на монтморилонитите (глинен минерал от подкласа сложни силикати Na (Mo, Al), Si 4 O 10 (OH) 2) е открит през 1830 г. от руския минералог Кемерер и кръстен на дъщерята на М. Н. Волконская на героя от битката при Бородино, генерал Н. Н. Раевски, съпруга на декабриста С. Г. Волконски. Волконскоитът е глина, съдържаща до 24% хромов оксид, както и оксиди на алуминий и желязо (III). Променливостта на съставът на минерала, открит в Урал, в районите на Перм и Киров, определя разнообразното му оцветяване - от цвета на потъмняла зимна ела до яркозелен цвят на блатна жаба.
Пабло Пикасо се обърна към геолозите на страната ни с молба да проучат запасите на Волконскоит, което придава на боята уникално свеж тон. Понастоящем е разработен метод за получаване на изкуствен волконскоит. Интересно е да се отбележи, че според съвременните изследвания руските иконописци са използвали бои от този материал още през Средновековието, много преди неговото „официално“ откриване. Зеленото на Guinier (създадено през 1837 г.), чиято хромоформа е хидрат на хромов оксид Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, където част от водата е химически свързана, а част адсорбирана, също беше популярен сред художниците. Този пигмент придава на боята изумруден оттенък.
blog.site, при пълно или частично копиране на материала е необходима връзка към източника.
Chrome - химичен елементс атомен номер 24. Това е твърд, лъскав, стоманено-сив 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 метаболизиране на захарта, но Cr(VI) е силно токсичен.
Различни хромови съединения, като хром (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. В допълнение, хромов оксид (VI) се използва при производството на магнитна лента.
Откритие и етимология
Историята на откриването на химичния елемент хром е следната. През 1761 г. Йохан Готлоб Леман открива оранжево-червен минерал в Уралските планини и го нарича „Сибирско червено олово“. Въпреки че е погрешно идентифициран като съединение на олово със селен и желязо, материалът всъщност е оловен хромат с химична формула PbCrO 4 . Днес е известен като минерала кроконте.
През 1770 г. Питър Саймън Палас посещава мястото, където Леман открива червен оловен минерал, който има много полезни пигментни свойства в боите. Използването на сибирско червено олово като боя се развива бързо. Освен това ярко жълтото от кроконте стана модерно.
През 1797 г. Nicolas-Louis Vauquelin получава проби от червено. Чрез смесване на крокон със солна киселина той получава оксида CrO 3 . Хромът като химичен елемент е изолиран през 1798 г. Vauquelin го получава чрез нагряване на оксид с въглен. Той също така успя да открие следи от хром в скъпоценни камъни като рубин и смарагд.
През 1800-те години Cr се използва главно в бои и кожени соли. Днес 85% от метала се използва в сплави. Останалата част се използва в химическата промишленост, производството на огнеупорни материали и леярската промишленост.
Произношението на химичния елемент хром съответства на гръцкото χρῶμα, което означава „цвят“, поради многото оцветени съединения, които могат да се получат от него.
Добив и производство
Елементът е направен от хромит (FeCr 2 O 4). Приблизително половината от тази руда в света се добива Южна Африка. Освен това Казахстан, Индия и Турция са основни производители. Има достатъчно проучени находища на хромит, но географски те са съсредоточени в Казахстан и Южна Африка.
Находките на самороден метален хром са редки, но съществуват. Например, той се добива в мина Udachnaya в Русия. Той е богат на диаманти, а редуциращата среда помогна за образуването 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 Cr 2 O 3 оксид. Металът се получава чрез нагряване на оксида в присъствието на алуминий или силиций.
През 2000 г. около 15 Mt хромитна руда бяха добити и преработени в 4 Mt ферохром, 70% хром-желязо, с приблизителна пазарна стойност от 2,5 милиарда щатски долара.
Основни характеристики
Характеристиката на химичния елемент хром се дължи на факта, че той е преходен метал от четвъртия период на периодичната таблица и се намира между ванадий и манган. Включени в VI група. Топи се при температура от 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-стабилното. Освен това в редки случаи се наблюдават състояния +1, +4 и +5. Хромните съединения в степен на окисление +6 са силни окислители.
Какъв цвят е хромът? Химическият елемент придава рубинен оттенък. Използваният Cr 2 O 3 също се използва като пигмент, наречен "хромово зелено". Неговите соли оцветяват стъклото в изумрудено зелен цвят. Хромът е химичен елемент, чието присъствие прави рубинено червен. Поради това се използва при производството на синтетични рубини.
изотопи
Изотопите на хрома имат атомни тегла 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 50 Cr е най-стабилният, с период на полуразпад над 1,8 x 10 17 години. 51 Cr има период на полуразпад от 27,7 дни, а 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 метастази.
Изотопи на хром в земната кора, като правило, придружават мангановите изотопи, което намира приложение в геологията. 53 Cr се образува при радиоактивния разпад на 53 Mn. Съотношението Mn/Cr изотоп подсилва друга информация за ранна история слънчева система. Промените в съотношенията на 53 Cr/52 Cr и Mn/Cr от различни метеорити доказват, че нови атомни ядраса създадени точно преди образуването на Слънчевата система.
Химичен елемент хром: свойства, формула на съединенията
Хромовият оксид (III) Cr 2 O 3, известен също като полуокис, е един от четирите оксида на този химичен елемент. Получава се от хромит. Зеленото съединение обикновено се нарича "хромово зелено", когато се използва като пигмент за боядисване на емайл и стъкло. Оксидът може да се разтваря в киселини, образувайки соли и в разтопена основа, хромити.
Калиев бихромат
K 2 Cr 2 O 7 е мощен окислител и е предпочитан като почистващ агент за лабораторни стъклени съдове от органични вещества. За целта се използва наситеният му разтвор, но понякога се заменя с натриев дихромат, на базата на по-високата разтворимост на последния. В допълнение, той може да регулира процеса на окисляване на органични съединения, превръщайки първичния алкохол в алдехид, а след това във въглероден диоксид.
Калиевият дихромат може да причини хромов дерматит. Вероятно хромът е причината за сенсибилизацията, водеща до развитие на дерматит, особено на ръцете и предмишниците, който е хроничен и трудно лечим. Подобно на други Cr(VI) съединения, калиевият бихромат е канцерогенен. С него трябва да се работи с ръкавици и подходящо защитно оборудване.
Хромна киселина
Съединението има хипотетична структура H 2 CrO 4 . Нито хромната, нито дихромната киселина се срещат естествено, но техните аниони се намират в различни вещества. "Хромовата 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 намери приложение като оцветяващ пигмент под името "жълта корона".
Cr и петвалентна връзка
Хромът се отличава със способността си да образува петвалентни връзки. Съединението се създава от Cr(I) и въглеводороден радикал. Между два атома на хром се образува петвалентна връзка. Формулата му може да бъде написана като Ar-Cr-Cr-Ar, където Ar е специфична ароматна група.
Приложение
Хромът е химичен елемент, чиито свойства са му осигурили 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 в приборите за хранене, например. Използва се и за хромиране.
Хромът е катализатор за различни реакции. Използва се за направата на калъпи за изпичане на тухли. Неговите соли загарят кожата. Калиевият бихромат се използва за окисляване на органични съединения като алкохоли и алдехиди, както и за почистване на лабораторни стъклени съдове. Той служи като фиксиращ агент за боядисване на тъкани и се използва също във фотографията и фотопечат.
CrO 3 се използва за направата на магнитни ленти (например за аудиозапис), които имат по-добри характеристики от филмите от железен оксид.
Роля в биологията
Тривалентният хром е химичен елемент от съществено значение за метаболизма на захарта в човешкото тяло. За разлика от тях, шествалентният Cr е силно токсичен.
Предпазни мерки
Металният хром и съединенията на 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 лекуват правилно. В допълнение, той е признат канцероген. Смъртоносната доза на този химичен 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 хромовите съединения се използват в багрила и дъбене на кожи, те често се намират в почвата и подпочвените води на изоставени промишлени обекти, които изискват екологично почистване и саниране. Грундът, съдържащ Cr(VI), все още се използва широко в аерокосмическата и автомобилната индустрия.
Свойства на елемента
Основен физични свойствахром са както следва:
- Атомно число: 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
хромнамира се в четвъртия период от група VI на вторичната (В) подгрупа на Периодичната таблица. Обозначение - Кр. Като проста субстанция- сиво-бял лъскав метал.
Хромът има центрирана по тялото кубична решетъчна структура. Плътност - 7,2 g / cm 3. Точките на топене и кипене са съответно 1890 o C и 2680 o C.
Степента на окисление на хрома в съединенията
Хромът може да съществува под формата на просто вещество - метал, а степента на окисление на металите в елементарно състояние е нула, тъй като разпределението на електронната плътност в тях е равномерно.
Окислителни състояния (+2) и (+3) хромът проявява 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 има степен 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 др.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Фосфорът има същата степен на окисление в съединенията: а) Ca3P2 и H3PO3; б) KH2PO4 и KPO3; в) P4O6 и P4O10; г) H 3 PO 4 и H 3 PO 3. |
| Решение | За да дадем правилен отговор на поставения въпрос, ще определим последователно степента на окисление на фосфора във всяка двойка от предложените съединения. а) Степента на окисление на калция е (+2), на кислорода и водорода - съответно (-2) и (+1). Да вземем стойността на степента на окисление на фосфора като "x" и "y" в предложените съединения: 3x2 + xx2 = 0; 3 + y + 3×(-2) = 0; Отговорът е неправилен. б) Степента на окисление на калия е (+1), на кислорода и водорода - съответно (-2) и (+1). Нека вземем стойността на степента на окисление на хлора като "x" и "y" в предложените съединения: 1 + 2x1 + x + (-2)x4 = 0; 1 + y + (-2)×3 = 0; Отговорът е правилен. |
| Отговор | Вариант (б). |
Хром (Cr), химичен елемент от група VI на периодичната система на Менделеев. Отнася се за преходен метал с атомен номер 24 и атомна маса 51,996. В превод от гръцки името на метала означава "цвят". Металът дължи това име на разнообразието от цветове, които са присъщи на различните му съединения.
Физически характеристики на хрома
Металът има достатъчна твърдост и същевременно крехкост. По скалата на Моос твърдостта на хрома се оценява на 5,5. Този показател означава, че хромът има най-високата твърдост от всички известни днес метали, след урана, иридия, волфрама и берилия. За простото вещество от хром е характерен 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 хромово съединение. Друг доста често срещан, но по-малко важен минерал е крокоитът PbCrO 4.
Металът е лесен за топене при температура от 1907 0 C (2180 0 K или 3465 0 F). При температура 2672 0 С - кипи. Атомна масаметалът е 51,996 g/mol.
Хромът е уникален метал поради своята магнитни свойства. При стайна температура му е присъщо антиферомагнитно подреждане, докато другите метали го проявяват при изключително ниски температури. Въпреки това, ако хромът се нагрее над 37 0 C, физичните свойства на хрома се променят. Така електрическото съпротивление и коефициентът на линейно разширение се променят значително, модулът на еластичност достига минимална стойност, а вътрешното триене се увеличава значително. Това явление е свързано с преминаването на точката на Neel, при която антиферомагнитните свойства на материала могат да се променят в парамагнитни. Това означава, че първото ниво е преминато и веществото рязко се е увеличило по обем.
Структурата на хрома е центрирана по тялото решетка, поради което металът се характеризира с температура на крехко-пластичния период. Въпреки това, в случая на този метал степента на чистота е от голямо значение, следователно стойността е в диапазона от -50 0 С - +350 0 С. Както показва практиката, рекристализираният метал няма пластичност, а мек отгряване и формоване го правят ковък.
Химични свойства на хрома
Атомът има следната външна конфигурация: 3d 5 4s 1 . Като правило в съединенията хромът има следните степени на окисление: +2, +3, +6, сред които Cr 3+ проявява най-голяма стабилност.Освен това има и други съединения, в които хромът проявява напълно различно окислително състояние, а именно: +1 , +4, +5.
Металът не е особено реактивен. Докато хромът е при 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 водна пара, образувайки Cr 2 O 3 в резултат на реакцията, както и азот , въглерод и сяра.
По време на нагряването на металния хром той взаимодейства 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 + 3Cl 2 = 2CrCl 3
2Cr + 3S = Cr2S3
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 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2.
Хромът не е токсичен, което не може да се каже за някои от неговите съединения. Както знаете, прахът от този метал, ако попадне в тялото, може да раздразни белите дробове, не се абсорбира през кожата. Но тъй като не се среща в чиста форма, навлизането му в човешкото тяло е невъзможно.
Тривалентен хром попада в околен святпри добив и преработка на хромова руда. Вероятно е хромът да влезе 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 много вреда на човешкото тяло, тъй като не се абсорбира, но може да се натрупва в тялото.
Съединенията, в които участва шествалентен метал, са изключително токсични. Вероятността да попаднат в човешкото тяло се проявява при производството на хромати, хромирането на предмети, при определени заваръчни работи. Поглъщането на такъв хром в тялото е изпълнено със сериозни последици, тъй като съединенията, в които присъства шествалентният 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 начина за производство на метал: електролиза на концентрирани водни разтвори на хромов оксид, електролиза на сулфати и редукция със силициев оксид. Последният метод обаче не е много популярен, тъй като произвежда хром с огромно количество примеси на изхода. Освен това е и икономически неизгодно.
| Окислително състояние | Оксид | хидроксид | характер | Доминиращи форми в решенията | Бележки |
| +2 | CrO (черен) | Cr(OH)2 (жълт) | Основен | Cr2+ (сини соли) | Много силен редуктор |
| Cr2O3 (зелен) | Cr(OH)3 (сиво-зелен) | амфотерни |
Cr3+ (зелени или лилави соли) |
||
| +4 | CrO2 | не съществува | Несолеобразуващи | - |
Рядко, необичайно |
| +6 | CrO3 (червен) |
H2CrO4 |
киселина |
CrO42- (хромати, жълто) |
Преходът зависи от рН на средата. Най-силният окислител, хигроскопичен, много токсичен. |
хром
Артикул №24. Един от най-твърдите метали. Има висока химическа устойчивост. Един от най-важните метали, използвани при производството на легирани стомани. Повечето хромови съединения имат ярък цвят и разнообразие от цветове. За тази функция елементът е наречен хром, което на гръцки означава „боя“.
Как е намерен
Минерал, съдържащ хром, е открит близо до Екатеринбург през 1766 г. от И.Г. Lehmann и наречен "Сибирско червено олово". Сега този минерал се нарича крокоит. Известен е и съставът му - РbCrО 4 . И по едно време „сибирското червено олово“ предизвика много спорове сред учените. В продължение на тридесет години те спореха за състава му, докато накрая през 1797 г. френският химик Луи Никола Вокелин изолира от него метал, който (също, между другото, след някои спорове) беше наречен хром.
Обработен с Vauquelin крокоит с K 2 CO 3 поташ: оловен хромат се превръща в калиев хромат. След това с помощта на солна киселина калиевият хромат се превръща в хромов оксид и вода (хромовата киселина съществува само в разредени разтвори). Чрез нагряване на зеления прах от хромов оксид в графитен тигел с въглища, Vauquelin получава нов огнеупорен метал.
Парижката академия на науките във всичките си форми стана свидетел на откритието. Но най-вероятно Vauquelin е откроил 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 не му хареса - металът не се различаваше по специален цвят. Приятели обаче успяха да убедят химика, позовавайки се на факта, че добри бои могат да се получат от ярко оцветени хромови съединения. (Между другото, именно в трудовете на Vauquelin е обяснен за първи път изумрудения цвят на някои естествени берилиеви и алуминиеви силикати; както Vauquelin установява, те са оцветени от примеси на хромови съединения.) И това име е установено за новия елемент.
Между другото, сричката "хром", точно в смисъла на "цветен", е включена в много научни, технически и дори музикални термини. Широко известни фотографски филми са "изопанхром", "панхром" и "ортохром". Думата "хромозома" на гръцки означава "тялото, което е оцветено". Има "хроматична" гама (в музиката) и има хармонична "хромка".
Къде се намира той
В земната кора има доста хром - 0,02%. Основният минерал, от който индустрията получава хром, е хромният шпинел с променлив състав обща формула(Mg, Fe) O · (Cr, Al, Fe) 2 O 3 . Хромовата руда се нарича хромити или хромова желязна руда (тъй като почти винаги съдържа желязо). На много места има находища на хромни руди. Страната ни има огромни запаси от хромити. Едно от най-големите находища се намира в Казахстан, в района на Актюбинск; открит е през 1936 г. Значителни запаси от хромови руди има и в Урал.
Хромитите се използват най-вече за топенето на ферохром. Това е една от най-важните феросплави и е абсолютно необходима за масовото производство на легирани стомани.
Феросплавите са сплави на желязо с други елементи, използвани в основния обред за легиране и деоксидиране на стомана. Ферохромът съдържа най-малко 60% Cr.
Царска Русия почти не произвежда феросплави. Няколко доменни пещи на южните заводи топят нископроцентни (за легиране на метал) феросилиций и фероманган. Освен това през 1910 г. е построена малка фабрика на река Сатка, която тече в Южен Урал, която топи оскъдни количества фероманган и ферохром.
Младата съветска страна в първите години на развитие 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 пещ за феросплави, а през 1931 г. е пуснат в експлоатация Челябинският завод, първородният от феросплавната индустрия на СССР. През 1933 г. са пуснати още два завода - в Запорожие и Зестапони. Това даде възможност да се спре вносът на феросплави. Само за няколко години в Съветския съюз е организирано производството на много видове специални стомани - сачмени лагери, термоустойчиви, неръждаеми, автомобилни, бързоходни... Всички тези стомани включват хром.
На 17-ия партиен конгрес народният комисар по тежката индустрия Серго Орджоникидзе каза: „... ако нямахме висококачествени стомани, нямаше да имаме автотракторна индустрия. Цената на висококачествените стомани, които използваме в момента, се оценява на над 400 милиона рубли. Ако беше необходимо да се внася, това би било 400 милиона рубли. всяка година, по дяволите, ще бъдете в робство на капиталистите ... "
Заводът на базата на Актюбинското поле е построен по-късно, през годините на Великия Отечествена война. Той даде първото топене на ферохром на 20 януари 1943 г. Работниците на град Актобе участват в изграждането на завода. Сградата е обявена за популярна. Ферохромът на новия завод е използван за производство 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 класове. В завода са израснали висококвалифицирани национални кадри от металурзи. 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 желязна рудабогати на хром и никел. Намира се в Оренбургските степи. На базата на това находище е построен и функционира металургичният завод Орск-Халиловски. В доменните пещи на завода се топи естествено легиран чугун, който има висока топлоустойчивост. Отчасти се използва под формата на леене, но по-голямата част от него се изпраща за преработка в никелова стомана; хромът изгаря, когато стоманата се топи от чугун.
Куба, Югославия, много страни от Азия и Африка имат големи запаси от хромити.
Как да го получите
Хромитът се използва главно в три индустрии: металургия, химия и производство на огнеупорни материали, а металургията консумира около две трети от целия хромит.
Стоманата, легирана с хром, има повишена якост, устойчивост на корозия в агресивни и окислителни среди.
Получаването на чист хром е скъп и отнемащ време процес. Следователно, за легиране на стомана се използва главно ферохром, който се получава в електродъгови пещи директно от хромит. Редуциращият агент е кокс. Съдържанието на хромов оксид в хромита не трябва да бъде по-ниско от 48%, а съотношението на Cr:Fe не трябва да бъде по-малко от 3:1.
Ферохромът, получен в електрическа пещ, обикновено съдържа до 80% хром и 4 ... 7% въглерод (останалото е желязо).
Но за легирането на много висококачествени стомани е необходим ферохром, който съдържа малко въглерод (причините за това са разгледани 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.
Елементарен, метален хром също се получава от хромит. Производството на търговски 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 намаляването на алуминиеви оксиди, реакцията е придружена от значително отделяне на топлина.
Но първо трябва да получите чист хромов 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 изпича 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; лугата се филтрира, изпарява се и се обработва с киселина. Резултатът е натриев дихромат 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 хромов оксид с алуминиев прах, нагряване на тази смес в тигел до 500 ... 600 ° C и запалване с бариев пероксид.Алуминият отнема кислорода от хромовия оксид. Тази реакция Cr 2 O 3 + 2Al → Al 2 O 3 + 2Cr е в основата на индустриалния (алуминотермичен) метод за получаване 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 силикотермичният метод за получаване на търговски чист хром. В този случай хромният оксид се редуцира от силиций според реакцията
2Cr 2 O 3 + 3Si → 3SiO 2 + 4Cr.
Тази реакция протича в дъгови пещи. За да се свърже силициев диоксид, към сместа се добавя варовик. Чистотата на силикотермичния хром е приблизително същата като тази на алуминотермичния хром, въпреки че, разбира се, съдържанието на силиций в него е малко по-високо, а алуминият е малко по-ниско. За да получат хром, те се опитаха да използват други редуциращи агенти - въглерод, водород, магнезий. Тези методи обаче не се използват широко.
хром висока степенчистота (около 99,8%) получават електролитно.
Търговски чист и електролитен хром се използва главно за производството на сложни хромови сплави.
Константи и свойства на хрома
Атомната маса на хрома е 51,996. В периодичната таблица той заема място в шестата група. Най-близките му съседи и аналози са молибденът и волфрамът. 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 го определят и са получили стойности от 1513 до 1920°C. Такова голямо "разпръскване" се дължи преди всичко на количеството и състава на примесите, съдържащи се в хрома. Сега се смята, че хромът се топи при около 1875°C. Точка на кипене 2199°C. Плътността на хрома е по-малка от тази на желязото; е равно на 7,19.
По химични свойства хромът е близък до молибдена и волфрама. Най-високият му оксид CrO 3 е кисел, той е хромен анхидрид H 2 CrO 4. Минералът крокоит, от който започнахме запознанството си с елемент No24, е сол на тази киселина. В допълнение към хромовата е известна дихромна киселина H 2 Cr 2 O 7, нейните соли, бихромати, се използват широко в химията. Най-разпространеният хромов оксид Cr 2 O 3 е амфотеренът. Като цяло, в различни условияхромът може да проявява валентности от 2 до 6. Широко се използват само съединения на три- и шествалентен хром.
