;

Хром

Хром (лат. chromium, от греческого хрома — цвет, окраска, для соединений хрома характерна широкая цветовая палитра), Cr (читается «хром»), химический элемент с атомным номером 24, атомная масса 51,9961. Расположен в группе VIB в 4 периоде периодической системы элементов.
Природный хром состоит из смеси четырех стабильных нуклидов: 50Cr (содержание в смеси 4,35%), 52Cr (83,79%), 53Cr (9,50%) и 54Cr (2,36%). Конфигурация двух внешних электронных слоев 3s2р6d54s1. Степени окисления от 0 до +6, наиболее характерны +3 (самая устойчивая) и +6 (валентности III и VI).
Радиус нейтрального атома 0,127 нм, радиус ионов (координационное число 6): Cr2+ 0,073 нм, Cr3+ 0,0615 нм, Cr4+ 0,055 нм, Cr5+ 0,049 нм и Cr6+0,044 нм. Энергии последовательной ионизации 6,766, 16,49, 30,96, 49,1, 69,3 и 90,6 эВ. Сродство к электрону 1,6 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1,66.
Редактировать

История открытия

В 1766 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).
Редактировать

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 0,035 % по массе. В морской воде содержание хрома 2·10-5 мг/л. В свободном виде хром практически не встречается. Входит в состав более 40 различных минералов (хромит FeCr2O4, волконскоит, уваровит, вокеленит и др.). Некоторые метеориты содержат сульфидные соединения хрома.
Редактировать

Получение

Промышленным сырьем при производстве хрома и сплавов на его основе служит хромит. Восстановительной плвкой хромита с коксом (восстановителем), железной рудой и другими компонентами получают феррохром с содержанием хрома до 80% (по массе).
Для получения чистого металлического хрома хромит с содой и известняком обжигают в печах:
2Cr2O3 + 2Na2CO3+ 3O2 = 4Na2CrO4 + 4CO2
Образующийся хромат натрия Na2CrO4 выщелачивают водой, раствор фильтруют, упаривают и обрабатывают кислотой. При этом хромат Na2CrO4 переходит в дихромат Na2Cr2O7:
2Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
Полученный дихромат восстанавливают серой:
Na2Cr2O7 + 3S = Na2S + Cr2O3 + 2SO2,
Образующийся чистый оксид хрома(III) Cr2O3 подвергают алюминотермии:
Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr.
Также используют кремний:
2Cr2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4Cr
Для получения хрома высокой чистоты, технический хром электрохимически очищают от примесей.
Редактировать

Физические и химические 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). Температура плавления 1890°C, температура кипения 2680°C. Плотность 7,19 кг/дм3.
Устойчив на воздухе. При 300°C сгорает с образованием зеленого оксида хрома (III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами. Сплавляя Cr2O3 со щелочами получают хромиты:
Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O
Непрокаленный оксид хрома (III) легко растворяется в щелочных растворах и в кислотах:
Cr2O3 + 6НСl = 2CrСl3 + 3Н2О
При термическом разложении карбонила хрома Cr(OH)6 получают красный основной оксид хрома(II) CrO. Коричневый или желтый гидроксид Cr(OН)2 со слабоосновными свойствами осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).
При осторожном разложении оксида хрома(VI) CrO3 в гидротермальных условиях получают диоксид хрома(IV) CrO2, который является ферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.
При взаимодействии концентрированной серной кислоты с растворами дихроматов образуются красные или фиолетово-красные кристаллы оксида хрома(VI) CrO3. Типично кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовая H2CrO4, дихромовая H2Cr2O7 и другие.
Известны галогениды, соответствующие разным степеням окисления хрома. Синтезированы дигалогениды хрома CrF2, CrCl2, CrBr2 и СrI2 и тригалогениды CrF3, CrCl3, CrBr3 и СrI3. Однако, в отличие от аналогичных соединений алюминия и железа, трихлорид CrCl3 и трибромид CrBr3 хрома нелетучи.
Среди тетрагалогенидов хрома устойчив CrF4, тетрахлорид хрома CrCl4 существует только в парах. Известен гексафторид хрома CrF6.
Получены и охарактеризованы оксигалогениды хрома CrO2F2 и CrO2Cl2.
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).
В растворах наиболее устойчивы соединения хрома(III). В этой степени окисления хрому соответствуют как катионная форма, так и анионные формы, например, существующий в щелочной среде анион [Cr(OH)6]3-.
При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):
2Na3[Cr(OH)6] + 3H2O2 = 2Na2CrO4+ 2NaOH + 8H2O
Cr (VI) отвечает ряд существующих только в водных растворах кислот: хромовая H2CrO4, дихромовая H2Cr2O7, трихромовая H3Cr3O10 и другие, которые образуют соли — хроматы, дихроматы, трихроматы и т. д.
В зависимости от кислотности среды анионы этих кислот легко превращаются друг в друга. Например, при подкислении желтого раствора хромата калия K2CrO4 образуется оранжевый дихромат калия K2Cr2O7:
2K2CrO4 + 2НСl = K2Cr2O7 + 2КСl + Н2О
Но если к оранжевому раствору K2Cr2O7 прилить раствор щелочи, как окраска вновь переходит в желтую т. к. снова образуется хромат калия K2CrO4:
K2Cr2O7 + 2КОН = 2K2CrO4 + Н2О
При добавлении к желтому раствору, содержащему хромат-ионы, раствора соли бария выпадает желтый осадок хромата бария BаCrO4:
2+ + CrO42- = BаCrO4
Соединения хрома(III)— сильные окислители, например:
K2Cr2O7 + 14 НСl = 2CrCl3+ 2KCl + 3Cl2 + 7H2O
Редактировать

Применение

Использование хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости к коррозии. Применяют для получения сплавов: нержавеющей стали, нихрома и др. Большое количество хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Соединения хрома — огнеупорные материалы. Оксид хрома (III) — пигмент зеленой краски, также входит в состав абразивных материалов (паст ГОИ). Изменение окраски при восстановлении соединений хрома(VI) применяют для проведения экспресс-анализа на содержание алкоголя в выдыхаемом воздухе.
Катион Cr3+ входит в состав хромкалиевых KCr(SO4)2·12H2O квасцов, использующихся при выделке кожи.
Редактировать

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 хромма в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.
Металлический хром практически нетоксичен, но металлическая пыль хрома раздражает ткани легких. 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.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Лаврухина А.К., Юкина Л.В. Аналитическая химия хрома. М., 1979.
  • Юшков В. В. Химия и экология 3d-элементов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2004.
  • Хром Казахстана. - М.: Металлургия, 2001.
  • Хром. - М.: Медицина, 1990.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика