Хром | это... Что такое Хром? (original) (raw)
Запрос «Cr» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
24 Ванадий ← Хром → Марганец 24Cr | |
---|---|
Внешний вид простого вещества | |
Твёрдый металл голубовато-белого цвета | |
Свойства атома | |
Имя, символ, номер | Хром / Chromium (Cr), 24 |
Атомная масса(молярная масса) | 51,9961 а. е. м. (г/моль) |
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) | 652,4 (6,76) кДж/моль (эВ) |
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 | 7,23 см³/моль |
Кристаллическая решётка простого вещества | |
Структура решётки | кубическаяобъёмноцентрированая |
Параметры решётки | 2,885 Å |
Температура Дебая | 460 K |
Прочие характеристики | |
Теплопроводность | (300 K) 93,9 Вт/(м·К) |
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
- 1 История
- 2 Происхождение названия
- 3 Нахождение в природе
- 4 Геохимия и минералогия
- 5 Получение
- 6 Физические свойства
- 7 Химические свойства
- 8 Применение
- 9 Биологическая роль и физиологическое действие
- 10 Интересные факты
- 11 См. также
- 12 Примечания
- 13 Ссылки
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:
- сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:
растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:
- с помощью алюминотермии получают металлический хром:
- 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) | H2CrO4H2Cr2O7 | Кислотный | 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.[источник не указан 284 дня]
- 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. |
Соединения хрома |
---|
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) • |