Хром — простое неорганическое вещество, элемент таблицы Менделеева, металл. Входит в то же семейство, что и железо, марганец, титан, никель.

Свойства

Тугоплавкий металл серебристо-голубого цвета, очень твердый, хотя и хрупкий.
В нормальных условиях не реагирует с водой и кислородом из воздуха. Под действием окислителей покрывается оксидной пленкой, благодаря которой приобретает высокую химическую устойчивость. Не реагирует с растворами щелочей. Тонкоизмельченный хром самовоспаламеняется на воздухе.

Хром проявляет разную степень окисления при образовании соединений: +2, +3, +6. Наиболее устойчивы соединения хрома III. Еще одной интересной особенностью, которая отразилась в названии элемента (греческое «chroma» переводится как цвет), является яркая окраска соединений: от голубой и фиолетовой, до зеленой, изумрудной, желтой, оранжевой, густо-красной.

Хром играет большую роль в процессах обмена, биохимии клеток животных и человека. Он принимает участие в метаболизме углеводов, регулирует количество сахара в крови, усиливает действие инсулина, поэтому нормальное содержание хрома жизненно важно при ожирении, сердечно-сосудистых заболеваниях, диабете.

Чистый хром токсичен, особенно если вдыхать его пыль. Пыль соединений хрома VI (хромового ангидрида) канцерогенна, а пыль и растворы соединений хрома III вызывают раздражения кожи, поэтому при работе с ними надо использовать средства защиты.

Применение

— Три четверти всего полученного хрома идет на нужды металлургии. Хром входит в состав легированных, нержавеющих, особо износостойких, бронированных, оружейных, огнеупорных сталей. Стали с высоким, до 30%, содержанием хрома используются для изготовления корпусов подводных лодок, сейфов, оружейных стволов пушек, металлорежущих инструментов, медицинского и химического оборудования, космических двигателей, деталей плазмотронов.
— Хромированные покрытия придают изделиям красивый внешний вид, устойчивость к коррозии, износостойкость, стойкость к механическим воздействиям. Толщина покрытия, в зависимости от назначения, может колебаться от 0,0002 (для декоративного покрытия) до 0,1 мм (для защиты деталей автомашин и велосипедов).

— Примерно десятая часть всего хрома идет на производство огнеупоров — хромитовых и магнезитохромитовых кирпичей, выдерживающих высокие температуры и резкие перепады температур в течение длительного срока службы. Такие кирпичи применяются при изготовлении металлургических печей, они служат вдвое дольше, чем печи из кварцевых огнеупоров.

— Хром применяется при получении сплавов с особыми свойствами. Сплав Cr + Ni используется при изготовлении нагревательных элементов. Сплав Cr + Ni + Mo + Co способен выдерживать длительные нагрузки при температурах свыше 700°С. Из сплава Cr + Mo + Co делают хирургические инструменты, т.к. он нейтрален к человеческим тканям.

— Хром — перспективный элемент для производства дешевых термоэлементов.

— Натрий двухромовокислый и калий двухромовокислый применяются в спичечном производстве;
в виде растворов — в кожевенной и текстильной промышленности, в деревообрабатывающей индустрии для уничтожения древесных грибков.

— В лабораторной практике хромовой смесью очищают посуду. Обычно в ней используется дихромат калия, реже хромовый ангидрид (мы уже писали о хромовой смеси здесь).

— Соединения хрома — сырье для получения красителей, пигментов и протрав для текстильного, стекольного и керамического производств. Зеленая хромовая краска может выдерживать высокие температуры без вреда для себя, поэтому ее используют для подглазурной росписи (росписи до покрытия глазурью и окончательного обжига). Интересно, что краски на основе хромовых руд применяли для иконописи на Руси еще в средние века, до того, как хром и его руды были открыты официально.

— Хромовые квасцы и другие соединения хрома используются при дублении кожи и получении знаменитой хромовой кожи, блестящей и прочной.

— Окись хрома III используется на тракторных заводах в качестве присадки в топливо для быстрой подгонки деталей новых двигателей.

— Оксид хрома III задействован в процессе выращивания синтетических рубинов особенно насыщенного цвета. Синтетические рубины используются в лазерной технике.

— Оксид хрома VI, хромовый  ангидрид — сильнейший окислитель: применяется также для хроматирования оцинкованных поверхностей, в пиротехнике, в химической промышленности.

— Хром применяется в производстве лекарств, биодобавок, средств для похудения, катализаторов, фотоматериалов, индикаторов для аналитической химии.

Полезные при работе с хромом и его пылью средства защиты а также различные соединения хрома, в том числе калий двухромовокислый «Ч» и хромовый ангидрид купить по хорошей цене можно у нас в интернет-магазине «ПраймКемикалсГрупп».

Хром и его соединения

Хром

Открытие хрома относится к периоду бурного развития химико-аналитических исследований солей и минералов. В России химики проявляли особый интерес к анализу минералов, найденных в Сибири и почти неизвестных в Западной Европе. Одним из таких минералов была сибирская красная свинцовая руда (крокоит), описанная еще Ломоносовым. Минерал исследовался, но ничего, кроме окислов свинца, железа и алюминия в нем не было найдено. Однако в 1797 году Вокелен, прокипятив тонко измельченный образец минерала с поташом  и осадив карбонат свинца, получил раствор, окрашенный в оранжево – красный цвет. Из этого раствора он выкристаллизовал рубиново-красную соль, из которой выделили окисел и свободный металл, отличный от всех известных металлов. Вокелен назвал его Хром (Chrome) от греческого слова – окраска, цвет; правда здесь имелось в виду свойство не металла, а его ярко окрашенных солей.

Нахождение в природе.

Важнейшей рудой хрома, имеющей практическое значение, является хромит, приблизительный состав которого отвечает формуле FeCrO_4. 

Он встречается в Малой Азии, на Урале, в Северной Америке, на юге Африки. Техническое значение имеет также вышеназванный минерал крокоит – PbCrO₄. В природе встречаются также оксид хрома (3) и некоторые другие его соединения. В земной коре содержание хрома в пересчете на металл составляет 0,03%. Хром обнаружен на Солнце, звездах, метеоритах.

Физические свойства. 

Хром – белый, твердый и хрупкий металл, исключительно химически стойкий к воздействию кислот и щелочей. На воздухе он окисляется, имеет на поверхности тонкую прозрачную пленку оксида. Хром имеет плотность 7,1 г/см³ , его температура плавления составляет  +1875⁰С.

Получение.

При сильном нагреве хромистого железняка с углем происходит восстановление хрома и железа:

FeO * Cr₂O₃ + 4C = 2Cr + Fe + 4CO

В результате этой реакции образуется сплав хрома с железом, отличающийся высокой прочностью. Для получения чистого хрома, его восстанавливают из оксида хрома(3) алюминием:

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr

В данном процессе обычно используют два оксида – Cr₂O₃ и CrO₃

Химические свойства. 

Благодаря тонкой защитной пленке оксида, покрывающей поверхность хрома, он весьма устойчив к воздействию агрессивных кислот и щелочей. Хром не реагирует с концентрированными азотной и серной кислотами, а также с фосфорной кислотой. Со щелочами хром вступает во взаимодействие при t = 600-700^оC. Однако хром взаимодействует с разбавленными серной и соляной кислотами, вытесняя водород:

2Cr + 3H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂
2Cr + 6HCl = 2CrCl₃ + 3H₂

При высокой температуре хром горит в кислороде, образуя оксид(III).

Раскаленный хром реагирует с парами воды:

2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂   

Хром при  высокой температуре реагирует также с галогенами, галоген – водородами, серой, азотом, фосфором, углем, кремнием, бором, например:                                

Cr + 2HF = CrF₂ + H₂
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr₂S₃
Cr + Si = CrSi

Вышеуказанные физические и химические свойства хрома нашли свое применение в различных областях науки и техники. Так, например, хром и его сплавы используются для получения высокопрочных, коррозионно-стойких покрытий в машиностроении. Сплавы в виде феррохрома используются в качестве металлорежущих инструментов. Хромированные сплавы нашли применение в медицинской технике, при изготовлении химического технологического оборудования. 

Положение хрома в периодической системе химических элементов:

Хром возглавляет побочную подгруппу VI группы периодической системы элементов. Его электронная формула следующая:

₊₂₄Cr    IS²2S²2P⁶3S²3P⁶3d⁵4S¹

В заполнении орбиталей электронами у атома хрома нарушается закономерность, согласно которой сначала должна была бы заполнятся 4S – орбиталь до состояния 4S². Однако, вследствие того, что 3d – орбиталь занимает в атоме хрома более выгодное энергетическое положение, происходит ее заполнение до значения 4d⁵. Такое явление наблюдается у атомов некоторых других элементов побочных подгрупп. Хром может проявлять степени окисления от +1 до +6. Наиболее устойчивыми являются cоединения хрома со степенями окисления +2, +3, +6. 

Соединения двухвалентного хрома.

Оксид хрома (II) CrO – пирофорный черный порошок (пирофорность – способность в тонкораздробленном состоянии воспламенятся на воздухе). CrO растворяется в разбавленной соляной кислоте:

CrO + 2HCl = CrCl₂ + H₂O

На воздухе при нагревании свыше 100⁰С CrO превращается в Cr₂O₃.

Соли двухвалентного хрома образуются при растворении металлического хрома в кислотах. Эти реакции проходят в атмосфере малоактивного газа (например H₂), т.к. в присутствии воздуха легко происходит окисление Cr(II) до Cr(III).

Гидроксид хрома получают в виде желтого осадка при действии раствора щелочи на хлорид хрома (II): 

CrCl₂ + 2NaOH = Cr(OH)₂ + 2NaCl

Cr(OH)₂ обладает основными свойствами, является восстановителем. Гидратированный ион Cr2+ окрашен в бледно – голубой цвет. Водный раствор CrCl₂ имеет синюю окраску. На воздухе в водных растворах соединения Cr(II) переходят в соединения Cr(III). Особенно это ярко выражается у гидроксида Cr(II): 

4Cr(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4Cr(OH)₃

Соединения трехвалентного хрома.

Оксид хрома (III) Cr₂O₃ – тугоплавкий порошок зеленого цвета. По твердости близок к корунду. В лаборатории его можно получить нагреванием дихромата аммония: 

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂

Cr₂O₃ – амфотерный оксид, при сплавлении со щелочами образует хромиты: Cr₂O₃ + 2NaOH = 2NaCrO₂ + H₂O 

Гидроксид хрома также является амфотерным соединением:

Cr(OH)₃ + HCl = CrCl₃ + 3H₂O
Cr(OH)₃ + NaOH = NaCrO₂ + 2H₂O

Безводный CrCl₃ имеет вид листочков темно-фиолетового цвета, совершенно нерастворим в холодной воде, при кипячении он растворяется очень медленно. Безводный сульфат хрома (III) Cr₂(SO₄)₃ розового цвета, также плохо растворим в воде. В присутствии восстановителей образует фиолетовый сульфат хрома Cr₂(SO₄)₃*18H₂O. Известны также зеленые гидраты сульфата хрома, содержащие меньшее количество воды. Хромовые квасцы KCr(SO₄)₂*12H₂O выкристаллизовываются из растворов, содержащих фиолетовый сульфат хрома и сульфат калия. Раствор хромовых квасцов при нагревании становится зеленым благодаря образованию сульфатов.

Реакции с хромом и его соединениями

Почти все соединения хрома и их растворы интенсивно окрашены. Имея бесцветный раствор или белый осадок, мы можем с большой долей вероятности сделать вывод об отсутствии хрома.

1. Сильно нагреем в пламени горелки на фарфоровой чашке такое количество бихромата калия, которое поместится на кончике ножа. Соль не выделит кристаллизационной воды, а расплавится при температуре около 400⁰С с образование темной жидкости. Погреем ее еще несколько минут на сильном пламени. После охлаждения на черепке образуется зеленый осадок. Часть его растворим в воде ( она приобретает желтый цвет), а другую часть оставим на черепке. Соль при нагревании разложилась, в результате образовался растворимый желтый хромат калия K₂CrO₄ и зеленый Cr₂O₃.
2. Растворим 3г порошкообразного бихромата калия в 50мл воды. К одной части добавим немного карбоната калия. Он растворится с выделением CO₂, а окраска раствора станет светло – желтой. Из бихромата калия образуется хромат. Если теперь по порциям добавить 50% раствор серной кислоты, то снова появится красно – желтая окраска бихромата.
3. Нальем в пробирку 5мл. раствора бихромата калия, прокипятим с 3мл концентрированной соляной кислоты под тягой. Из раствора выделяется желто-зеленый ядовитый газообразный хлор, потому, что хромат окислит HCl до Cl₂ и H₂O. Сам хромат превратится в зеленый хлорид трехвалентного хрома. Его можно выделить выпариванием раствора, а потом, сплавив с содой и селитрой, перевести в хромат.
4. При добавлении раствора нитрата  свинца выпадает желтый хромат свинца; при взаимодействии с раствором нитрата серебра образуется красно – коричневый осадок хромата серебра.
5. Добавим пероксид водорода к раствору бихромата калия и подкислим раствор серной кислотой. Раствор приобретает глубокий синий цвет благодаря образованию пероксида хрома. Пероксид при взбалтывании с некоторым количеством эфира перейдет в органический растворитель и окрасит его в голубой цвет. Данная реакция специфична для хрома и очень чувствительна. С ее помощью можно обнаружить хром в металлах и сплавах. Прежде всего необходимо растворить металл. При длительном кипячении с 30% – ной серной кислотой (можно добавить и соляную кислоту) хром и многие стали частично растворяются. Полученный раствор содержит сульфат хрома (III). Чтобы можно было провести реакцию обнаружения, сначала нейтрализуем его едким натром. В осадок выпадает серо-зеленый гидроксид хрома (III), который растворится в избытке NaOH и образует зеленый хромит натрия. Профильтруем раствор и добавим 30% -ый пероксид водорода. При нагревании раствор окрасится в желтый цвет, так как хромит окислится до хромата. Подкисление приведет к появлению голубой окраски раствора. Окрашенное соединение можно экстрагировать, встряхивая с эфиром.

Аналитические реакции на ионы хрома.

1. К 3-4 каплям раствора хлорида хрома CrCl₃ прибавьте 2М раствор NaOH до растворения первоначально выпавшего осадка. Обратите внимание на цвет образовавшегося хромита натрия. Нагрейте полученный раствор на водяно бане. Что при этом происходит?
2. К 2-3 каплям р-ра CrCl₃ прибавьте равный объем 8М раствора NaOH и 3-4 капли 3% р-ра H₂O₂. Нагрейте реакционную смесь на водяной бане. Что при этом происходит? Какой осадок образуется, если полученный окрашеный раствор нейтрализовать,  добавить к нему CH₃COOH, а затем Pb(NO₃)₂?
3. Налейте в пробирку по 4-5 капель растворов сульфата хрома Cr₂(SO₄)₃, IMH₂SO₄ и KMnO₄. Нагрейте реакционную смест в течение нескольких минут на водяной бане. Обратите внимание на изменение окраски раствора. Чем оно вызвано?
4. К 3-4 каплям подкисленного азотной кислотой раствора K₂Cr₂O₇ прибавьте 2-3 капли раствора H₂O₂ и перемешайте. Появляющиеся синее окрашивание раствора обусловлено возникновением надхромовой кислоты H₂CrO₆:

Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ + 2H⁺ = 2H₂CrO₆ + 3H₂O

Обратите внимание на на быстрое разложение H₂CrO₆:

2H₂CrO₆ + 8H+ = 2Cr³⁺ + 3O₂ + 6H₂O
  синий цвет          зеленый цвет

Надхромовая кислота значительно более устойчива в органических растворителях.

5. К 3-4 каплям подкисленного азотной кислотой раствора K₂Cr₂O₇ прибавьте 5 капель изоамилового спирта, 2-3 капли раствора H₂O₂  и взболтайте реакционную смесь. Всплывающий на верх слой органического растворителя окрашен в ярко-синий цвет. Окраска исчезает очень медленно. Сравните устойчивость H₂CrO₆ в органической и водных фазах.
6. При взаимодействии CrO₄^2- и ионами Ba²⁺ выпадает желтый осадок хромата бария BaCrO₄.
7.  Нитрат серебра образует с ионами CrO₄^2- осадок хромата серебра кирпично-красного цвета.
8. Возьмите три пробирки. В одну из них поместите  5- 6 капель раствора K₂Cr₂O₇, во вторую – такой же объем раствора K₂CrO₄, а в третью – по три капли обоих растворов. Затем добавте в каждую пробирку по три капли раствора иодида калия. Объясните полученный результат. Подкислите раствор во второй пробирке. Что при этом происходит? Почему?

Занимательные опыты с соединениями хрома 

1. Смесь CuSO₄ и K₂Cr₂O₇ при добавлении щелочи становится зеленой, а в присутствии кислоты становится желтой. Нагревая 2мг глицерина с небольшим количеством (NH₄)₂Cr₂O₇ с последующим добавлением спирта, после фильтрования получается ярко-зеленый раствор, который при добавлении кислоты становится желтым, а в нейтральной или щелочной среде становится зеленым.
2. Поместить в центр консервной банки с термитом «рубиновую смесь» – тщательно растертый и помещенный в алюминиевую фольгу Al₂O₃ (4,75г) с добавкой Cr₂O₃(0,25г). Чтобы банка подольше не остывала, необходимо закопать под верхний обрез в песок, а после поджигания термита и начала реакции, накрыть ее железным листом и засыпать песком. Банку выкопать через сутки. В итоге образуется красно – рубиновый порошок.
3. 10г бихромата калия растирают с 5г нитрата натрия  или калия и 10г сахара. Смесь увлажняют и смешивают с коллодием. Если порошок спрессовать в стеклянной трубке, а затем вытолкнуть палочку и поджечь ее с торца, то начнет выползать «змея», сначала черная, а после охлаждения  – зеленая. Палочка диаметром 4 мм горит со скоростью около 2мм в секунду и удлиняется  в 10 раз.
4. Если смешать растворы сульфата меди и дихромата калия и добавить немного раствора аммиака, то выпадет аморфный коричневый осадок состава 4СuCrO₄ * 3NH₃ * 5H₂O, который растворяется в соляной кислоте с образованием желтого раствора, а в избытке аммиака получается зеленый раствор. Если далее к этому раствору добавить спирт, то выпадет зеленый осадок, который после фильтрации становится синим, а после высушивания – сине-фиолетовым с красными блестками, хорошо видимыми при сильном освещении.
5. Оставшийся после опытов «вулкан» или «фараоновы змеи» оксид хрома можно регенерировать. Для этого надо сплавить 8г Cr₂O₃ и 2г Na₂CO₃ и 2,5г KNO₃ и обработать остывший сплав кипятком. Получается растворимый хромат, который можно превратить и в другие соединения Cr(II) и Cr(VI), в том числе и исходный дихромат аммония.

Примеры окислительно – восстановительных переходов с участием хрома и его соединений

1. Cr₂O₇^2- — Cr₂O₃ — CrO₂^– — CrO₄^2- — Cr₂O₇^2-

a) (NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂Oб) Cr₂O₃ + 2NaOH = 2NaCrO₂ + H₂O
в) 2NaCrO₂ + 3Br₂ + 8NaOH = 6NaBr +2Na₂CrO₄ + 4H₂O
г) 2Na₂CrO₄ + 2HCl = Na₂Cr₂O₇ + 2NaCl + H₂O

2. Cr(OH)₂ — Cr(OH)₃ — CrCl₃ — Cr₂O₇^2- — CrO₄^2-

а) 2Cr(OH)₂ + 1/2O₂ + H₂O = 2Cr(OH)₃
б) Cr(OH)₃ + 3HCl = CrCl₃ + 3H₂O
в) 2CrCl₃ + 2KMnO₄ + 3H₂O = K₂Cr₂O₇ + 2Mn(OH)₂ + 6HCl
г) K₂Cr₂O₇ + 2KOH = 2K₂CrO₄ + H₂O

3. CrO — Cr(OH)₂ — Cr(OH)₃ — Cr(NO₃)₃ — Cr₂O₃ — CrO^–₂
          Cr²⁺

а) CrO + 2HCl = CrCl₂ + H₂O
б) CrO + H₂O = Cr(OH)₂
в) Cr(OH)₂ + 1/2O₂ + H₂O = 2Cr(OH)₃
г) Cr(OH)₃ + 3HNO₃ = Cr(NO₃)₃ + 3H₂O
д) 4Сr(NO₃)₃ = 2Cr₂O₃ + 12NO₂ + O₂
е) Cr₂O₃ + 2 NaOH = 2NaCrO₂ + H₂O

Элемент хром в роли художника

Химики довольно часто обращались к проблеме создания искусственных пигментов для живописи. В XVIII-XIXвв была разработана технология получения многих живописных материалов. Луи Никола Воклен в 1797г., обнаруживший в сибирской красной руде ранее неизвестный элемент хром, приготовил новую, замечательно устойчивую краску – хромовую зелень. Хромофором ее является  водный оксид хрома (III). Под названием « изумрудная зеленая» ее начали выпускать в 1837 году. Позже Л.Вокелен предложил несколько новых красок: баритовую, цинковую и хромовые желтые. Со временем они были вытеснены более стойкими желтыми, оранжевыми пигментами на основе кадмия.

Зеленая хромовая – самая прочная и светостойкая краска, не поддающаяся воздействию атмосферных газов. Растертая на масле хромовая зелень обладает большой кроющей силой и способна к быстрому высыханию, поэтому с XIX в. ее широко применяют в живописи. Огромное значение она имеет в росписи фарфора. Дело в том, что фарфоровые изделия могут декорироваться как подглазурной, так и надглазурной росписью. В первом случае краски наносят на поверхность лишь слегка обожженного изделия, которое затем покрывают слоем глазури. Далее следует основной, высокотемпературный обжиг: для спекания фарфоровой массы и оплавления глазури изделия нагревают до 1350 – 1450⁰С. Столь высокую температуру без химических изменений выдерживают очень немногие краски, а в старину таких вообще было только две – кобальтовая и хромовая. Черный оксид кобальта, нанесенный на поверхность фарфорового изделия, при обжиге сплавляется с глазурью, химически взаимодействуя с ней. В результате образуются ярко-синие силикаты кобальта. Такую декарированную кобальтом синюю фарфоровую посуду все хорошо знают. Оксид хрома (III) не взаимодействует химически с компонентами глазури и просто залегает между фарфоровыми черепками и прозрачной глазурью «глухим» слоем.         

Помимо хромовой зелени художники применяют краски, полученные из волконскоита. Этот минерал из группы монтмориллонитов (глинистый минерал подкласса сложных силикатов Na(Mo,Al), Si₄O₁₀(OH)₂ был обнаружен в 1830г. русским минералогом Кеммерером и назван в честь М.Н Волконской – дочери героя битвы при Бородино генерала Н.Н. Раевского, жены декабриста С.Г.Волконского. Волконскоит представляет собой глину, содержащую до 24% оксида хрома, а так же оксиды аллюминея и железа (III). Непостоянство состава минерала, встечающегося на Урале, в Пермской и Кировской областях, обусловливает его разнообразную окраску – от цвета зимней потемневшей пихты до ярко-зеленого цвета болотной лягушки. 

Пабло Пикассо обращался к геологам нашей страны  с просьбой изучить запасы волконскоита, дающего краску неповторимо свежего тона. В настоящее время разработан способ получения искусственного волконскоита. Интересно отметить, что по данным современных исследований, русские иконописцы использовали краски из этого материала еще в средние века, задолго до его «официального» открытия. Известной популярностью пользовалась у художников и зелень Гинье (создана в 1837г.), хромоформ которой является гидрат окиси хрома Cr₂O₃ * (2-3) H₂O, где часть воды химически связана, а часть адсорбирована. Этот пигмент придает краске изумрудный оттенок.

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

описание, свойства, формула и характеристика

Хром – химический элемент с атомным номером 24. Это твердый, блестящий, серо-стального цвета металл, который хорошо полируется и не тускнеет. Используется в сплавах, таких как нержавеющая сталь, и в качестве покрытия. Организму человека требуются небольшие количества трехвалентного хрома для метаболизма сахара, но Cr (VI) очень токсичен.

Различные соединения хрома, такие как окись хрома (III) и хромат свинца, ярко окрашены и используются в красках и пигментах. Красный цвет рубина обусловлен наличием этого химического элемента. Некоторые вещества, особенно бихромат калия и натрия, являются окислителями, используемыми для окисления органических соединений и (вместе с серной кислотой) для очистки лабораторной посуды. Кроме того, окись хрома (VI) применяется в производстве магнитной ленты.

Открытие и этимология

История открытия химического элемента хром такова. В 1761 году Иоганн Готлоб Леман нашел в Уральских горах оранжево-красный минерал и назвал его «сибирским красным свинцом». Хотя он ошибочно был идентифицирован как соединение свинца с селеном и железом, материал на самом деле являлся хроматом свинца с химической формулой PbCrO₄. Сегодня он известен как минерал кроконт.

В 1770 году Петр Симон Паллас посетил то место, где Леман нашел красный свинцовый минерал, который имел очень полезные свойства пигмента в красках. Использование сибирского красного свинца в качестве краски получило быстрое развитие. Кроме того, ярко-желтый цвет из кроконта стал модным.

В 1797 году Николя-Луи Воклен получил образцы красной свинцовой руды. Путем смешивания кроконта с соляной кислотой он получил оксид CrO₃. Хром как химический элемент был выделен в 1798 году. Воклен получил его при нагревании окисла с древесным углем. Он также смог обнаружить следы хрома в драгоценных камнях, таких как рубин и изумруд.

В 1800-х годах Cr в основном применялся в составе красок и кожевенных солей. Сегодня 85% металла используется в сплавах. Остальная часть применяется в химической промышленности, производстве огнеупорных материалов и литейной промышленности.

Произношение химического элемента хром соответствует греческому χρῶμα, что означает «цвет», из-за множества цветных соединений, которые из него можно получить.

Добыча и производство

Элемент производят из хромита (FeCr₂O₄). Примерно половина этой руды в мире добывается в Южной Африке. Кроме того, Казахстан, Индия и Турция являются его крупными производителями. Разведанных месторождений хромита достаточно, но географически они сконцентрированы в Казахстане и на юге Африки.

Залежи самородного металлического хрома встречаются редко, но они есть. Например, его добывают на шахте «Удачная» в России. Она является кимберлитовой трубкой, богатой алмазами, и восстановительная среда помогла образоваться чистому хрому и алмазам.

Для промышленного производства металла хромитовые руды обрабатывают расплавленной щелочью (едким натром, NaOH). При этом образуется хромат натрия (Na₂CrO₄), который восстанавливается углеродом до оксида Сг₂O₃. Металл получают при нагревании окисла в присутствии алюминия или кремния.

В 2000 году было добыто около 15 млн т хромитовой руды, которая была переработана в 4 млн т феррохрома, на 70% состоящего из сплава хрома с железом, приблизительная рыночная стоимость которых составила 2,5 млрд долларов США.

Основные характеристики

Характеристика химического элемента хрома обусловлена тем, что он является переходным металлом четвертого периода таблицы Менделеева и расположен между ванадием и марганцем. Входит в VI группу. Плавится при температуре 1907 °С. В присутствии кислорода хром быстро образует тонкий слой оксида, который защищает металл от дальнейшего взаимодействия с кислородом.

Как переходный элемент, он реагирует с веществами в различных соотношениях. Таким образом он образует соединения, в которых имеет различные степени окисления. Хром – химический элемент с основными состояниями +2, +3 и +6, из которых +3 является наиболее устойчивым. Кроме того, в редких случаях наблюдаются состояния +1, +4 и +5. Соединения хрома в степени окисления +6 представляют собой сильные окислители.

Какого цвета хром? Химический элемент придает анодированному алюминию рубиновый оттенок. Сг₂O₃, используемый для полировки металла, также применяется в качестве пигмента под названием «хромовая зелень». Его соли окрашивают стекло в изумрудно-зеленый цвет. Хром – химический элемент, присутствие которого делает рубин красным. Поэтому он используется в производстве синтетических рубинов.

Изотопы

Изотопы хрома обладают атомным весом от 43 до 67. Обычно данный химический элемент состоит из трех стабильных форм: ⁵²Cr, ⁵³Cr и ⁵⁴Cr. Из них наиболее распространен ⁵²Cr (83,8% всего природного хрома). Кроме того, описаны 19 радиоизотопов, из которых наиболее стабильным является ⁵⁰Cr с периодом полураспада, превышающим 1,8×10¹⁷ лет. У ⁵¹Cr период полураспада – 27,7 дней, а у всех остальных радиоактивных изотопов он не превышает 24 ч, причем у большинства из них он длится менее одной минуты. Элемент также имеет два метасостояния.

Изотопы хрома в земной коре, как правило, сопутствуют изотопам марганца, что находит применение в геологии. ⁵³Cr образуется при радиоактивном распаде ⁵³Mn. Соотношение изотопов Mn/Cr подкрепляет другие сведения о ранней истории Солнечной системы. Изменения в соотношениях ⁵³Cr/⁵²Cr и Mn/Cr из разных метеоритов доказывает то, что новых атомные ядра были созданы непосредственно перед формированием Солнечной системы.

Химический элемент хром: свойства, формула соединений

Оксид хрома (III) Сг₂O₃, также известный как полуторная окись, является одним из четырех окислов этого химического элемента. Его получают из хромита. Соединение зеленого цвета обычно называют «хромовой зеленью», когда используют в качестве пигмента для живописи по эмали и стеклу. Оксид может растворяться в кислотах, образуя соли, а в расплавленной щелочи – хромиты.

Бихромат калия

K₂Cr₂O₇ является мощным окислителем и ему отдается предпочтение в качестве средства для очистки лабораторной посуды от органики. Для этого используется его насыщенный раствор в концентрированной серной кислоте. Иногда, однако, его заменяют бихроматом натрия, исходя из более высокой растворимости последнего. Кроме того, он может регулировать процесс окисления органических соединений, преобразуя первичный спирт в альдегид, а затем в углекислоту.

Бихромат калия способен вызвать хромовый дерматит. Хром, вероятно, является причиной сенсибилизации, ведущей к развитию дерматита, особенно рук и предплечий, который носит хронический характер и трудно излечим. Как и другие соединения Cr (VI), бихромат калия канцерогенен. С ним нужно обращаться в перчатках и соответствующими средствами защиты.

Хромовая кислота

Соединение обладает гипотетической структурой H₂CrO₄. Ни хромовая, ни дихромовая кислоты не встречаются в природе, но их анионы находят в различных веществах. «Хромовая кислота», которую можно встретить в продаже, на самом деле является ее кислотным ангидридом – триоксидом CrO₃.

Хромат свинца (II)

PbCrO₄ обладает ярко-желтой окраской и практически не растворим в воде. По этой причине он нашел применение в качестве красящего пигмента под названием «желтый крон».

Cr и пятивалентная связь

Хром отличается своей способностью образовывать пятивалентные связи. Соединение создается Cr (I) и углеводородным радикалом. Пятивалентная связь формируется между двумя атомами хрома. Его формула может быть записана как Ar–Cr–Cr–Ar, где Ar представляет собой специфическую ароматическую группу.

Применение

Хром – химический элемент, свойства которого обеспечили ему множество различных вариантов применения, некоторые из которых приведены ниже.

Металлам он придает устойчивость к коррозии и глянцевую поверхность. Поэтому хром входит в состав таких сплавов, как нержавеющая сталь, используемых, например, в столовых приборах. Он также применяется для нанесения хромированного покрытия.

Хром является катализатором различных реакций. Из него делают формы для обжига кирпича. Его солями дубят кожу. Бихромат калия применяют для окисления органических соединений, таких как спирты и альдегиды, а также для очистки лабораторной посуды. Он служит фиксирующим агентом для окрашивания ткани, а также используется в фотографии и фотопечати.

CrO₃ применяется для изготовления магнитных лент (например, для аудиозаписи), которые обладают лучшими характеристиками, чем пленки с оксидом железа.

Роль в биологии

Трехвалентный хром – химический элемент, необходимый для метаболизма сахара в организме человека. Напротив, шестивалентный Cr очень токсичен.

Меры предосторожности

Металлический хром и соединения Cr (III), как правило, не считаются опасными для здоровья, но вещества, содержащие Cr (VI), могут быть токсичными, если их принимать внутрь или вдыхать. Большинство таких веществ оказывают раздражающее действие на глаза, кожу и слизистые оболочки. При постоянном воздействии соединения хрома (VI) могут вызвать повреждение глаз, если их не лечить должным образом. Кроме того, это признанный канцероген. Смертельная доза данного химического элемента – около половины чайной ложки. Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения, предельно допустимая концентрация Cr (VI) в питьевой воде составляет 0,05 мг на литр.

Так как соединения хрома используются в красителях и для дубления кожи, они часто встречаются в почве и грунтовых водах заброшенных промышленных объектов, требующих экологической очистки и восстановления. Грунтовка, содержащая Cr (VI), до сих пор широко применяется в аэрокосмической промышленности и автомобилестроении.

Свойства элемента

Основные физические свойства хрома следующие:

• Атомное число: 24.
• Атомный вес: 51,996.
• Температура плавления: 1890 °C.
• Температура кипения: 2482 °C.
• Степень окисления: +2, +3, +6.
• Конфигурация электронов: [Ar]3d⁵4s¹.

Хром | Применение

Хром

Сегодня общий объем потребления чистого хрома (не менее 99% Cr) составляет около 15 тысяч тонн, из них около трети приходится на электролитический хром. Мировым лидером в производстве высокочистого хрома является английская фирма Bell Metals. Первое место по объемам потребления занимают США (50%), второе – страны Европы (25%), третье – Япония. Рынок металлического хрома довольно нестабилен, и цены на металл колеблются в широком диапазоне.

Хром применяется для получения различных сортов специальных сталей в изготовлении стволов огнестрельных орудий (от ружейных до пушечных), броневых плит, несгораемых шкафов и т. д. Стали, содержащие более 13 % хрома, почти не ржавеют и применяются для изготовления подводных частей кораблей, в частности, для постройки корпусов подводных лодок.

Хром широко применяется для хромирования изделий. Хромирование осуществляется электролитическим путем. Несмотря на то, что толщина наносимых пленок часто не превышает 0,005 мм, хромированные изделия становятся устойчивыми к внешним воздействиям (влаге, воздуху) и не ржавеют.

Из соединений хрома изготавливаются хромистые кирпичи – хромомагнезиты, применяемые в рабочем пространстве металлургических печей и других металлургических устройствах и сооружениях.

Использование хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости против коррозии. Больше всего хрома применяют для выплавки хромистых сталей. Алюмино- и силикотермический хром используют для выплавки нихрома, нимоника, других никелевых сплавов и стеллита.

Значительное количество хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый хром в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Хром в виде иона Cr³⁺ – примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями хрома протравливают ткани при крашении. Некоторые соли хрома используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO₄, ZnCrO₄, SrCrO₄ – как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия.