Властивості хрому

ХРОМ (Chromium; від грецького – забарвлення, колір), Cr – хім. елемент VI групи періодичної системи елементів; ат. н. 24, ат. м. 51,996. Метал сріблястого кольору. У з’єднаннях виявляє ступеня окислення +2, + 3 і +6. Складається з стабільних ізотопів 50Сr (4,49%), 52Сr (83,78%), 53Cr (9,43%) і 54Сr (2,30%). З шести радіоактивних ізотопів найважливішим є 51Сr з періодом напіврозпаду 27,8 дня. X. відкрив (1797) франц. хімік Д. Вокелен в мінералі крокоит, виділивши його в металевому стані. Чистий X. вперше отримав (1854) нем. хімік Р. Бунзен електролізом хлористого хрому.
У пром. масштабі X. почали отримувати (1866 – 70) у вигляді ферохрому, відновлюючи хромову ру-ДУ вуглецем. Зміст X. в земній корі 3,5 х 10-2%. З мінералів найбільше значення має хроміт (хромовий залізняк) FeO х Сr03. Щільність X. (т-ра 20 ° С) 7,19 г / см3; решітка кубічна об’емноцентрі-рованная з періодом а = 2,885 А; tпл +1875 ° С; tкип 2430 ° С; теплота випаровування 76,6 ккал / мол’; коеф. лінійного розширення (т-ра 20 ° С) 6,2 х 10-6 град-1; коеф. теплопровідності (т-ра 20 ° С) 0,16 кал / см х сек х град; атомна теплоємність 5,55 кал / моль х град (т-ра 20 ° С), питомий електричний опір (т-ра 20 ° С) 12,8 мком х см; модуль норм, пружності 29500 кгс / мм2. Тиск пару X. (ат): 1 х 10-6 [т-ра 1350 К (тв.)], 1 х 10-5 (т-ра +1465 К), 1 х 10-4 (т-ра 1 600 К) , 1 х 10-3 (т-ра +1755 К), 1 х 10-2 (т-ра 1 960 К) і 1,0 [т-ра +2495 К (ж.)].
Деякі фіз. св-ва X. аномальні. При т-рі 37 ° С відбуваються стрибкоподібні зміни модуля пружності, внутрішнього тертя, питомої електр. опору, термоерс і коеф. лінійного розширення. При звичайній т-рі хімічно стійкий. Майже не окислюється на повітрі навіть при наявності вологи. З киснем взаємодіє при високій т-рі, утворюючи оксид Сг203 зеленого кольору. Крім того, X. утворює з киснем хромовий ангідрид Сг03 – з’єднання темно-червоного кольору, добре розчинна у воді. При звичайній т-рі з’єднується з фтором, вище т-ри 600 ° С взаємодіє з галогенами, сіркою, азотом, кремнієм, бором та вуглецем. X. розчиняється в соляній і сірчаній к-тах. Азотна к-та і «царська горілка» при т-рі 15-20 ° С не розчиняють хром. X. утворює численні комплексні сполуки з неорганічними і органічними лігандами, в яких брало його координаційне число шість.
З’єднання шестивалентного X. токсичні. Вони – сильні окислювачі. З’єднання двовалентного хрому є сильними відновниками. Осн. джерелом отримання X., його сплавів і з’єднань є хромова руда, що містить від 33 до 55% Cr2O3. X. отримав застосування в пром-сті у вигляді ферохрому і у вигляді чистого металу. Широко використовується технічно чистий безуглеродістий алюмотерміческого X., що містить 98-99% основного металу і домішки алюмінію, заліза, кремнію, сірки та азоту. Знаходить застосування силікотермічеським X., одержуваний відновленням Сr203 кремнієм. X. входить до складу багатьох жароміцним сплавів. Для отримання чистого X. застосовують електрохімічне виділення металу з водних розчинів сірчанокислого хрому або хромової к-ти. Електроліз проводять з нерозчинними анодами. Катодний X. містить 10-2 – 10-3% домішок »
Для отримання X.високой чистоти катодний метал рафінують в середовищі очищеного водню при т-рі 1500-1600 ° С. Вміст домішок в очищеному металі 10-2-10-5%. При рафінуванні йодідного методом з X. досить повно видаляють кисень і азот, кількість інших домішок зменшується в два-три рази. X. застосовують для нанесення антикорозійних і декоративних покриттів, для відновлення зношених деталей машин. Електрохімічний чорний X. володіє коеф. поглинання світла ~ 97% і високу корозійну стійкість. Застосовується в оптичних приладах, а також для виплавки легованих сталей і нержавіючих сталей. У сталях, стійких проти корозії при високій т-рі, міститься до 30-40% Сr. Окис X. використовують в произове зелених пігментів. У текстильній проммсти з’єднання X. використовують для фарбування вовни. З’єднання шестивалентного хрому застосовують в органічному синтезі, в произове барвників, синтетичних волокон, як сильний окислювач, для відбілювання і т. Д. У процесі дублення шкіри застосовують основні сульфати хрому.
Природна суміш містить стабільні ізотопи хрому: 50Cr (4,31%); 52Cr (83,76%), 53Cr (9,55%); 54Cr (2,38%). З радіоактивних ізотопів застосовують 51Cr (період напіврозпаду 27,8 дня). У літосфері вміст хрому 6 · 10⁻³ мас.% (Більше, ніж міді, цинку і деяких інших металів).
Свою назву він отримав від грецького (хрому) – фарба, так як всі з’єднання хрому пофарбовані. Найважливіші руди його – хромовий залізняк Fe (CrO2) 2 або FeO · Cr2O3, а також крокоит PbCrO4. Хромовий залізняк відновлюють вугіллям в електричних печах:
FeO · Cr2O3 + 4CO = Fe + 2Cr + 4CO2
в результаті виходить ферохром – сплав заліза з хромом (60 – 65% хрому).
Чистий отримують з оксиду хрому (III) металотермічним (алюмінотермічеським) методом:
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
Крім того його отримують електролізом розчинів або сплавів його солей.
Хром тугоплавкий, ковкий, тягучий метал сіро – сталевого кольору. При звичайній температурі хром стійкий до дії кисню і вологи повітря, поверхня покривається оксидною плівкою, що перешкоджає корозії. Як відновник хром витісняє водень з розбавленої соляної і сірчаної кислот. Азотна кислота пасивує хром, в ній він не розчиняється.
При високих температурах хром взаємодіє з галогенами, утворюючи пента – тетрафторидом (CrF5, CrF4), а також трибромід CrBr3і трійодід CrI3 хрому.
Відомі також нітрид (CrN, Cr2N), силіциди (Cr3Si), карбіду (Cr4C, Cr7C3) і сульфіди хрому.
У хрому п`ять оксидів: CrO, Cr2O3, CrO2, Cr2O5, CrO3 але оксиди зі ступенем окислення +4 і +5 нестійкі.
Оксид хрому (II) CrO проявляє основні властивості; оксид хрому (III) Cr2O3 – аморфний оксид; оксид хрому (VI) CrO3 володіє кислотними властивостями. Сполуки, в яких ступінь окислення хрому + 2, легко окислюються і застосування майже не мають.
Оксид хрому (III) Cr2O3 отримують розкладанням дихромата амонію:
(NH4) 2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O
Cr2O3 – тугоплавка речовина зеленого кольору, його використовують для виготовлення фарб, додають до скла і фарфору, оксид хрому (III) розчиняється в кислотах і лугах.
Гідроксид хрому (III) Cr (OH) 3 осідає при дії лугів на солі хрому (III):
CrCl3 + 3NaOH = Cr (OH) ↓ + 3NaCl
Сіро – зелений осад амфотерного гідроксиду хрому в кислотах:
Cr (OH) 3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
В надлишку лугів:
Cr (OH) 3 + 3NaOH = Na3 [Cr (OH) 6]
В останньому випадку утворюється суміш гексагідроксо – (III) – хроміту натрію з іншими гідроксохромітамі.
З солей хрома (III) найпоширеніші хромовий галун KCr (SO4) 2 · 12H2O, застосовувані в шкіряному виробництві, в текстильній промисловості.
У водних розчинах солей хрому (III) присутній комплексний катіон [Cr (H2O) 6] ³⁺, що містить шостій молекул води в якості лігандів і що обумовлює фіолетове забарвлення. При нагріванні розчинів частина координаційно зв’язаної води обмінюється на хлорид – іони і фіолетове забарвлення розчину змінюється на зелену, а потім на темно – зелену:
[Cr (H2O) 6] Cl3 ⇄ [CrCl (H2O) 5] Cl2 · 2H2O ⇄ [CrCl2 (H2O) 4] Cl · 2H2O
фіолетовий зелений темно – зелений
Оксид хрому (VI) CrO3 – темно – червоне кристалічна речовина. При розчиненні його у воді виходить нестійка хромова кислота:
CrO3 + H2O ⇄ H2CrO4
існує тільки у водних розчинах. У вільному вигляді відомі більш міцні солі – хромати (K2CrO4, Na2CrO4 та ін.), Які як і кристалічному, так і в розчиненому стані мають яскраво жовте забарвлення, обумовлену хромат – іонами CrO²4⁻.
Оксиду хрому (VI) відповідає двухромову кислота, яку можна уявити собі як продукт з’єднання двох молей трехокиси з одним молем води:
2CrO3 + H2O = H2Cr2O7
Двухромову кислота також нестійка і існує тільки водних розчинах. Набагато більш міцні її солі, які іменують дихроматом. Діхромати калію K2Cr2O7 і натрію Na2Cr2O7 називають інакше Хромпика; дихромати (в кристалічному і розчиненому станах) мають оранжеве забарвлення, що спричинюється дихромат – іоном Cr2O.
У водних розчинах хромат – і дихромат – іони утворюють рівноважну систему:
Cr2O²7⁻ + H2O ⇄ 2CrO²4⁻ + 2H⁺
тому в кислому середовищі хромати перетворюються на дихромати:
2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
і помаранчевий розчин стає жовтим.
Всі хромати та дихромати – сильні окислювачі, особливо якщо реакція протікає в кислому середовищі. Так дихромат калію (у присутності сірчаної кислоти) окисляє сірководневу кислоту до вільної сірки і сам відновлюється до сульфату хрому (III), надаючи розчину зелене забарвлення:
K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 = 3S + Cr2 (SO4) 3 + K2SO4 + 7H2O
Тому розчин дихромата калію в концентрованої сірчаної кислоти (хромова суміш) застосовують як окислювач для очищення хімічного посуду від забруднення.
Хромати барію BaCrO4 і свинцю PbCrO4 – мінеральні фарби.
Всі хромати та дихромати токсичні для людини і тварин. Раніше його застосовували як інсектицид.
Хром незамінний при виплавці високоміцних, жаростійких, кислототривких і нержавіючих сталей. Додавання до сталі 1 -2% хрому значно збільшує їх твердість і міцність; нержавіючі сталі містять близько 12% хрому. Для потреб реактивної техніки виробляються сплави на основі нікелю і кобальту, які містять великі кількості хрому і витримують високі температури. Хромування захищає сталеві та залізні вироби від корозії, надає їх поверхні велику твердість.

Посилання на основну публікацію