Химический состав хрома: Хром. Свойства, применение, химический состав, марки

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.

Нужна помощь в обучении? Выбирайте репетитора по химии в Санкт-Петербурге на TutorOnline!

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.

Металлический хром: основные характеристики | ООО «Неомет»

Содержание:

1. Марки металла
2. Основные характеристики
3. Сфера применения

Металлический хром — особый вид металлопродукции. Это соединение получают путем слияния хрома с другими элементами. Металлический хром активно используется в металлургии для легирования статей и сплавов, введения модификаторов в литейный чугун, при производстве феррохрома и т.д.

Марки металла

По маркам металлический хром условно делится на две группы. В первую входят марки Х99Н1, Х99Н2, Х99Н4, Х99Н5, Х99, Х98.5, Х97.5, а во вторую — RECr99,6, ECr99,2, RACr99, АСr98,5, ACr98.

В первой группе буквами «Х» и «Н» обозначают хром и азот. Цифры в маркировке указывают на содержание этих элементов в процентах.

Числа второй группы обозначают концентрацию чистого металла, а буквенное обозначение указывает на способ получения металлического хрома: А — алюминотермический, R — рафинированный, E — электролитический. Химический состав марок металла представлен в таблице.

Твердость, химическая стабильность, высокая устойчивость к коррозии и легкость обработки позволяют использовать металлический хром как легирующую часть сплавов и сталей.

Сталь в сочетании с хромом становится тверже и устойчивее к коррозии. Это касается водной и газовой среды, а также условий с повышенной температурой. Хром используют для легирования жаропрочных и кислотоупорных марок стали. Металл также применяется для получения декоративных износостойких поверхностей во время хромирования.

Основные характеристики

Технические и физико-химические свойства металлического хрома:

• Внешне металлический хром выглядит как твердое вещество голубовато-серого цвета с серебристым блеском. Масса отдельных кусков не превышает 10 кг.
• В составе сплава дополнительно могут быть кремний, фосфор, железо, алюминий, углерод, медь и сера.
• На поверхности металлических хром образует особую оксидную пленку.
• Температура плавления хрома — около 2400 ⁰C.
• При высокой прочности и пластичности металл имеет низкий удельный вес.
• Материал устойчив к резким и длительным перепадам температур и агрессивному воздействию внешней среды, не подвержен коррозии, жаропрочный.

Сфера применения

Ферросплав востребован в производстве жаропрочных сталей, устойчивых к коррозии. Металлический хром придает материалу такие свойства:

1. уменьшенная зернистость;
2. повышенная прочность;
3. увеличенная прокаливаемость металла;
4. более сильная сопротивляемость окислительным процессам при повышенных температурах;
5. увеличение предельных температур, при которых можно использовать сталь.

Произведенный по ГОСТ 5905-2004, металлический хром широко используется в химической и металлургической отраслях. Он повышает твердость и износостойкость стали, а при добавлении никеля — увеличивает устойчивость к ударам и высоким температурам. Благодаря таким свойствам металлический хром применяется в производстве нагревательных элементов, которые не подвержены механическим деформациям.

Металлический хром востребован также в авиастроении, космической отрасли, создании реактивных двигателей и другого сложного оборудования.

Изделия из хромированной стали отличаются длительным сроком эксплуатации, они устойчивы к механическим, химическим и температурным воздействиям.

Производители поставляют металлический хром в виде дробленых просеянных частиц или в кусках массой до 10 кг. Последние не должны иметь частиц шлака, огнеупоров и других инородных следов. На изломе материал должен быть плотным, а на поверхности допустима окисная пленка. По желанию покупателя производители предварительно удаляют эту пленку.

Хром — информация об элементе, свойства и использование

Стенограмма:

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец акции)

Мира Сентилингам

На этой неделе элемент, который придает блеск и ценность минералам благодаря красочным характеристикам его соединений.

Christopher Blanford

В западном мире яркая история хрома начинается, что вполне уместно, в дальнем конце видимого спектра с красно-оранжевого минерала, который его первооткрыватель, геолог XVIII века Иоганн Леманн назвал «сибирским красным свинцом». Хотя в то время до периодической таблицы Менделеева оставалось еще почти столетие, ученые всего мира быстро открывали новые элементы — 30% встречающихся в природе элементов были впервые выделены между 1775 и 1825 годами. Именно в разгар этого всплеска открытий, более чем через 35 лет после того, как был впервые обнаружен сибирский сурик, французский химик Луи Воклен показал, что этот минерал, ныне известный как крокоит, содержит ранее неизвестный химический элемент.

Воклену потребовалось несколько шагов, чтобы выделить хром. Сначала он смешал раствор крокоита с карбонатом калия, чтобы осадить свинец. Затем он разложил лимонно-желтый промежуточный хромат в кислоте и, наконец, удалил составной кислород путем нагревания с углеродом, оставив после себя элементарный хром.

Название этого нового элемента обсуждалось среди его друзей, которые предложили «хром» от греческого слова, означающего цвет, из-за окраски его соединений. Хотя он сначала возражал против этого названия, потому что сам металл не имел характерного цвета, мнение его друзей победило.

Когда Воклен представил свой бледно-серый металл Французской академии наук, он отметил его хрупкость, устойчивость к кислотам и неспособность плавиться. Он думал, что эти свойства делают его слишком трудным для работы и, таким образом, ограничивают его применение в качестве металла. Однако он предположил, что соединения хрома будут широко использоваться в качестве красивых, ярко окрашенных пигментов. Просмотр изображений соединений хрома в Википедии показывает весь спектр цветов: темно-красный оксид хрома (VI), оранжево-красный хромат свинца, ярко-желтый хромат натрия, ярко-зеленый хром (это оксид хрома (III), голубой хлорид хрома (II) и фиолетовый безводный хлорид хрома (III). Последнее из этих соединений проявляет удивительные свойства при гидратации. Его цвет меняется между бледно-зеленым, темно-зеленым и фиолетовым в зависимости от того, сколько из шести координационных центров иона хрома занято хлоридом, а не водой.

Из всех этих пигментов выделяется один. Я химик, родившийся, выросший и получивший образование на Среднем Западе США, поэтому культовые желтые школьные автобусы в Северной Америке были мне знакомы. Желтый хром, также известный как «желтый школьный автобус», был принят в 1939 году для всех школьных автобусов США, чтобы обеспечить высокую контрастность и видимость в сумерках. Однако присутствие как токсичного свинца, так и шестивалентного хрома, известного как Эрин Брокович, привело к тому, что он был в значительной степени заменен семейством азокрасителей, известных как желтые пигменты, хотя желтый хром все еще используется в некоторых морских и промышленных применениях.

Из всех природных соединений хрома мне больше всего нравятся драгоценные камни, в которых следы этого элемента добавляют блеск цвета. Как и корунд, берилл и кризоберилл, эти оксиды металлов представляют собой бесцветные и неясные минералы. Но добавьте немного хрома, и они станут рубиновыми, изумрудными и александритовыми.

Химический инструмент теории кристаллического поля, который моделирует электронную структуру комплексов переходных металлов, обеспечивает удивительно точный способ описания и предсказания источника и изменчивости цвета в соединениях хрома. В рубине, представляющем собой оксид алюминия, несколько частей на тысячу ионов алюминия заменены ионами хрома (III) — атомы хрома окружены шестью атомами кислорода. Это означает, что атомы хрома сильно поглощают свет в фиолетовой и желто-зеленой областях. Мы видим, что это в основном красный цвет с небольшим количеством синего, дающий в лучших случаях характерный цвет голубиной крови лучших рубинов.

Ион Cr3+ примерно на 26% больше, чем ион Al3+, который он заменяет. Таким образом, когда к оксиду алюминия добавляется больше хрома, октаэдрическая среда вокруг хрома искажается, и две полосы поглощения смещаются в красную сторону. В оксиде алюминия, в котором от 20 до 40% атомов алюминия заменены на хром, поглощаемый и пропускаемый цвета меняются местами, и мы видим этот комплекс зеленым, превращая синтетический рубин в зеленый сапфир.

Мой следующий драгоценный камень, изумруд, в оксиде кремния, алюминия и бериллия. Он имеет ту же замену иона хрома на ион алюминия и подобное искаженное октаэдрическое расположение кислорода вокруг хрома, что придает изумрудам их характерный зеленый цвет, как у зеленых сапфиров.

Из драгоценных камней хрома александрит вызывает у меня наибольшее восхищение. Его камни сильно плеохроируют. То есть они поглощают разные длины волн в зависимости от направления и поляризации падающего на них света. Так, в зависимости от ориентации камня, цвет александрита варьируется от красно-оранжевого до желтого и изумрудно-зеленого. Его цвет также меняется в зависимости от того, просматривается ли он при дневном свете или в теплых красных тонах свечи. При переходе от дневного света к свечам лучшие экземпляры меняют цвет с ярко-зеленого на огненно-красный. Меньшие драгоценные камни превращаются из тускло-зеленых в мутно-кроваво-красные.

Помимо всей этой радуги соединений хрома, хром помогает предотвратить особенно нежелательный цвет: коричневую ржавчину. В коррозионностойких или «нержавеющих» сталях не менее 11% массы составляет хром. Легированный хром вступает в реакцию с кислородом, образуя прозрачный наноскопический слой оксида, который образует барьер для дальнейшего проникновения кислорода и, таким образом, предотвращает образование красноватых чешуйчатых продуктов окисления железа.

Учитывая такое широкое использование комплексов хрома, не должно вызывать удивления, когда я скажу вам, что менее половины процента произведенного хрома составляет хром в его элементарной форме. Так что в какой-то степени предсказание Воклена двухвековой давности об ограниченной полезности элементарного хрома оказалось точным. С другой стороны, первое, что приходит мне в голову, когда речь идет о хроме (после драгоценных камней, конечно), это когда он находится в металлической форме, такой как зеркальная коррозия и износостойкие «хромированные» поверхности шарикоподшипников и блестящая серебристая отделка на автомобильных деталях.

Meera Senthilingam

Так что он блестящий и красочный, а также устойчивый к коррозии и износу. Я не думаю, что сказал бы, что хром имеет ограниченное применение, не так ли? Это был Кристофер Бланфорд из Оксфордского университета со сложной и красочной химией хрома. На следующей неделе планетарный элемент.

Брайан Клегг

Мы так хорошо знакомы с ураном и плутонием, что легко не заметить, что они названы в честь седьмой и девятой планет Солнечной системы. (По крайней мере, Плутон был девятой планетой, пока не был лишен своего статуса в 2006 году.) Между этими планетами находится Нептун, и промежуток между двумя элементами оставляет место для их относительно незамеченного родственника, нептуния — элемента номер 9.3 в периодической таблице. В июне 1940 года американские физики Эдвин Макмиллан и Филип Абельсон, работавшие в радиационной лаборатории Беркли, написали статью, описывающую реакцию урана, обнаруженную при бомбардировке его нейтронами с помощью циклотронного ускорителя частиц. Примечательно, что открыто опубликованная статья Беркли показала первый шаг к преодолению одного из самых больших препятствий на пути к созданию атомной бомбы.

Мира Сентилингам

И Брайан Клегг расскажет, как было преодолено это препятствие, в выпуске «Химия в ее элементах» на следующей неделе. А пока я Мира Сентилингам, и спасибо, что выслушали.

(Промо)

Химия в ее стихии представлена ​​вам Королевским химическим обществом и произведена thenakedscientists.com. Дополнительную информацию и другие эпизоды химии в ее стихии можно найти на нашем веб-сайте chemistryworld.org/elements.

(Конец акции)

Хром

Зона данных | Открытие | Факты | Внешний вид и характеристики | Использование | Изобилие и изотопы | Ссылки

24

Cr

52,00

Химический элемент хром относится к переходным металлам. Он был открыт в 1780 году Николя Луи Вокленом.

Зона данных

Зона данных

Показать больше, в том числе: Теплота, Энергии, Окисление, Реакции,
Соединения, Радиусы, Проводимости

Атомный объем:	7,23 см 3 /моль
Структура:	bcc: объемно-центрированная кубическая
Твердость:	8,5 месяца
Удельная теплоемкость	0,45 Дж г -1 К -1
Теплота плавления	21,0 кДж моль -1
Теплота распыления	397 кДж моль -1
Теплота парообразования	339,5 кДж моль -1
1 ст энергия ионизации	652,8 кДж моль -1
2 -й энергия ионизации	1592 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации	2987,2 кДж моль -1
Сродство к электрону	64,3 кДж моль -1
Минимальная степень окисления	-2
Мин. общее окисление нет.	0
Максимальная степень окисления	6
Макс. общее окисление нет.	3
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,66
Объем поляризуемости	11,6 Å 3
Реакция с воздухом	нет
Реакция с 15 М HNO 3	пассивированный
Реакция с 6 М HCl	мягкий, ⇒ H 2 , CrCl 3
Реакция с 6 М раствором NaOH	–
Оксид(ы)	CrO 2 , CrO 3 , Cr 2 O 3 (хром) + нестеич
Гидрид(ы)	CrH
Хлорид(ы)	CrCl 2 , CrCl 3
Атомный радиус	140 часов
Ионный радиус (1+ ион)	–
Ионный радиус (2+ ион)	90,5 вечера
Ионный радиус (3+ ион)	75,5 вечера
Ионный радиус (1-ион)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	93,9 Вт·м -1 К -1
Электропроводность	7,9 x 10 6 S m -1
Температура замерзания/плавления:	1907 или С, 2180 К

Хром. Фото Томихандорфа.

Открытие хрома

Доктор Дуг Стюарт

Хром был открыт в 1780 году французским химиком Николя Луи Вокленом в Париже. Он обнаружил этот элемент в минеральном образце «сибирского сурика», ныне известного как крокоит (хромат свинца).

Он кипятил измельченный минерал с карбонатом калия, чтобы получить карбонат свинца и раствор желтой калиевой соли хромовой кислоты.

Дальнейшие эксперименты с раствором Воклена убедили его в том, что он нашел новый металл.

В 1781 году ему удалось выделить металл. Сначала он удалил свинец из образца минерала путем осаждения соляной кислотой. Затем Воклен получил оксид выпариванием и, наконец, выделил хром, нагревая оксид в угольной печи. ^{(1), (2)} .

Воклен также обнаружил небольшое количество хрома в рубиновых и изумрудных камнях.

Воклен открыл бериллий в 1798 году.

Название хрома происходит от греческого слова «хрома», означающего цвет, поскольку он образует различные красочные соединения.

Переходные металлы известны своими разноцветными ионами. Вот интересное изменение цвета с Cr +6 (оранжевый) на Cr +3 (зеленый). Дихромат аммония сгорает с образованием оксида хрома (III).

Внешний вид и характеристики

Вредное воздействие:

Металлический хром является важным микроэлементом, но шестивалентный хром Cr(VI) очень токсичен и канцерогенен.

Характеристики:

Хром – серебристый, блестящий, очень твердый металл, который можно полировать до зеркального блеска. Он также не имеет запаха, вкуса и пластичен.

Металл образует на воздухе тонкое защитное оксидное покрытие. При нагревании сгорает с образованием зеленого оксида хрома Cr 9.0332 2 О ₃ .

Использование хрома

Хром используется в нержавеющей стали и других сплавах. Хромирование, например, на автомобилях и велосипедах, дает гладкую серебристую поверхность, обладающую высокой устойчивостью к коррозии.

Металл также широко используется в качестве катализатора.

Соединения хрома ценятся как пигменты за их ярко-зеленый, желтый, красный и оранжевый цвета.

Содержание и изотопы

Содержание в земной коре: 102 части на миллион по массе, 40 частей на миллион по молям

Изобилие солнечной системы: 20 частей на миллион по массе, 0,4 частей на миллион по молям

Стоимость в чистом виде: 32 доллара США за 100 г э. Основной рудой хрома является хромит FeCr ₂ O ₄ .

Для промышленного выделения металла хромитовая руда окисляется до оксида хрома (III) (Cr ₂ O ₃ ). Затем металл получают путем нагревания оксида в присутствии алюминия или кремния.

Изотопы: Хром имеет 21 изотоп с известным периодом полураспада с массовыми числами от 42 до 63. Встречающийся в природе хром представляет собой смесь четырех изотопов, и они находятся в указанных процентах: ⁵⁰ Cr (4,3%), ⁵² Cr (83,8%), ⁵³ Cr (9,5%) и ⁵⁴ Cr (2,4%).