ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Хром (chromium)
Порядковый номер: 24
Группа: vi
Период: 4
Электронное строение: 3d5 4s1
Атомная масса: 51,9961
Электроотрицательность: 1,66
Температура плавления: 1857?С
Температура кипения: 2672?С
Плотность (г/см3): 7,19
Характерные степени окисления: +6
Цвет элемента: Серебристый
Кем открыт: Люис Вокелен
Год открытия: 1797
Страна открытия: Франция
Кристалическая структура:
объемоцентрированный куб

Хром (лат. cromium), cr, химический элемент vi группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996; металл голубовато-стального цвета.

Природные стабильные изотопы: 50 cr (4,31%), 52 cr (87,76%), 53 cr (9,55%) и 54 cr (2,38%). Из шести искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен 51 cr (период полураспада t 1 /2 = 27,8 сут ) , который применяется как изотопный индикатор .

Историческая справка. Х. открыт в 1797 Л. Н. Вокленом в минерале крокоите — природном хромате свинца pbcro 4 . Название Х. получил от греческого слова chroma — цвет, краска (из-за разнообразия окраски своих соединений). Независимо от Воклена Х. был открыт в крокоите в 1798 немецким учёным М. Г. Клапротом.

Распространение в природе. Среднее содержание Х. в земной коре (кларк) 8,3 ? 10 -3 %. Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли , т.к. ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Х. (2 ? 10 -1 %). Х. образует массивные и вкрапленные руды в ультраосновных горных породах; с ними связано образование крупнейших месторождений Х.В основных породах содержание Х. достигает лишь 2 ? 10 -2 %, в кислых — 2,5 ? 10 -3 %, в осадочных породах (песчаниках) — 3,5 ? 10 -3 %, глинистых сланцах — 9 ? 10 -3 %. Х. — сравнительно слабый водный мигрант; содержание Х. в морской воде 0,00005 мг/л.

В целом Х. — металл глубинных зон Земли; каменные метеориты (аналоги мантии) тоже обогащены Х. (2,7 ? 10 -1 %). Известно свыше 20 минералов Х. Промышленное значение имеют только хромшпинелиды (до 54% cr); кроме того, Х. содержится в ряде др. минералов, которые нередко сопровождают хромовые руды, но сами не представляют практической ценности ( уваровит , волконскоит, кемерит, фуксит).

А. И. Перельман.

Физические и химические свойства. Х. — твёрдый, тяжёлый, тугоплавкий металл. Чистый Х. пластичен. Кристаллизуется в объёмноцентрированной решётке, а = 2 885 å (20 °С); при ~ 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решёткой, а = 3,69 å.

Атомный радиус 1,27 å; ионные радиусы cr 2+ 0,83 å, cr 3+ 0,64 å, cr 6+ 0,52 å Плотность 7,19 г/см 3 ; t пл 1890 °С; t кип 2480 °С. Удельная теплоёмкость 0,461 кдж/ ( кг ? К. ) [0,11 кал/(г ? °С)] (25°С); термический коэффициент линейного расширения 8,24 ? 10 -6 (при 20 °С); коэффициент теплопроводности 67 вм/ ( м ? К ) [0,16 кал/ ( см ? сек ? °С )] (20 °С); удельное электросопротивление 0,414 мком ? м (20°С); термический коэффициент электросопротивления в интервале 20—600 °С составляет 3,01 ? 10 -3 . Х. антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6 ? 10 -6 . Твёрдость высокочистого Х. по Бринеллю 7—9 Мн/м 2 (70—90 кгс/см 2 ) .

Внешняя электронная конфигурация атома Х. 3d 5 4s 1 . В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы cr 3+ ; известны отдельные соединения, в которых Х. имеет степени окисления +1, +4, +5. Х. химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя crf 3 . Выше 600 °С взаимодействует с парами воды, давая cr 2 o 3 ; азотом — cr 2 n, crn; углеродом — cr 23 c 6 , cr 7 c 3 , cr 3 c 2 ; серой — cr 2 s 3 . При сплавлении с бором образует борид crb, с кремнием — силициды cr 3 si, cr 2 si 3 , crsi 2 . Со многими металлами Х. даёт сплавы. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла окисной плёнки. При 1200 °С плёнка разрушается и окисление снова идёт быстро. Х. загорается в кислороде при 2000 °С с образованием темно-зелёной окиси Х. cr 2 o 3 . Помимо окиси, известны др. соединения с кислородом, например cro, cro 3 , получаемые косвенным путём. Х. легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата Х. и выделением водорода; царская водка и азотная кислота пассивируют Х.

С увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства Х. Производные cr2 + — очень сильные восстановители. Ион cr 2+ образуется на первой стадии растворения Х. в кислотах или при восстановлении cr 3+ в кислом растворе цинком. Гидрат закиси cr (oh) 2 при обезвоживании переходит в cro 4 2- . Соединения cr 3+ устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. cr 3+ можно восстановить в кислом растворе цинком до cr 2+ или окислить в щелочном растворе до cro 4 2- бромом и др. окислителями. Гидроокись cr (oh) 3 (вернее cr 2 o 3 ? nh 2 o — амфотерное соединение, образующее соли с катионом cr 3+ или соли хромистой кислоты hcro 2 — хромиты (например, kcro 2 , nacro 2 ). Соединения cr 6+ : хромовый ангидрид cro 3 , хромовые кислоты и их соли, среди которых наиболее важны хромоты и дихроматы сильные окислители. Х. образует большое число солей с кислородсодержащими кислотами. Известны комплексные соединения Х.; особенно многочисленны комплексные соединения cr 3+ , в которых Х. имеет координационное число 6. Существует значительное число перекисных соединений Х.

Получение. В зависимости от цели использования получают Х. различной степени чистоты. Сырьём обычно служат хромшпинелиды, которые подвергают обогащению, а затем сплавляют с поташом (или содой) в присутствии кислорода воздуха. Применительно к основному компоненту руд, содержащему cr 3+ , реакция следующая:

2fecr 2 o 4 + 4К 2 СО 3 + 3,5o 2 = 4k 2 cro 4 + fe 2 o 3 + 4co 2 .

Образующийся хромат калия k 2 cro 4 выщелачивают горячей водой и действием h 2 so 4 превращают его в дихромат k 2 cr 2 o 4 . Далее действием концентрированного раствора h 2 so 4 на k 2 cr 2 o 7 получают хромовый ангидрид cro 3 или нагреванием k 2 cr 2 o 7 с серой — окись Х. cr 2 o 3 .

Наиболее чистый Х. в промышленных условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов cro 3 или cr 2 o 3 , содержащих h 2 so 4 , либо электролизом сульфата Х. cr 2 (so 4 ) 3 . При этом Х. выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Х. особо чистым водородом при высокой температуре (1500—1700 °С).

Возможно также получение чистого Х. электролизом расплавов crf 3 или crcl 3 в смеси с фторидами натрия, калия, кальция при температуре около 900 °С в атмосфере аргона.

В небольших количествах Х. получают восстановлением cr 2 o 3 алюминием или кремнием. При алюминотермическом способе предварительно подогретую шихту из cr 2 o 3 и порошка или стружек al с добавками окислителя загружают в тигель, где реакцию возбуждают поджиганием смеси na 2 o 2 и al до тех пор, пока тигель заполнится Х. и шлаком. Силикотермически Х. выплавляют в дуговых печах. Чистота получаемого Х. определяется содержанием примесей в cr 3 o 3 и в al или si, используемых для восстановления.

В промышленности в больших масштабах производятся сплавы Х. — феррохром и силикохром .

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

Значительное количество Х. идёт на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый Х. в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Х. в виде иона cr 3+ — примесь в рубине , который используется как драгоценный камень и лазерный материал . Соединениями Х. протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Х. используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; pbcro 4 , zncro 4 , srcro 4 — как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия .

Соединения Х. (особенно производные c 6+ ) токсичны.

А. Б. Сучков.

Х. в организме. Х. — один из биогенных элементов , постоянно входит в состав тканей растений и животных. Среднее содержание Х. в растениях — 0,0005% (92—95% Х. накапливается в корнях), у животных — от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. В планктонных организмах коэффициент накопления Х. огромен — 10 000 — 26 000. Высшие растения не переносят концентрации Х. выше 3 ? 10 -4 моль/л. В листьях он присутствует в виде низкомолекулярного комплекса, не связанного с субклеточными структурами. Необходимость Х. для растений не доказана. У животных Х. участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов (структурный компонент глюкозоустойчивого фактора). Основной источник поступления Х. в организм животных и человека — пища. Снижение содержания Х. в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови и снижению чувствительности периферийных тканей к инсулину.

М. Я. Школьник.

Отравлениях, и его соединениями встречаются при их производстве; в машиностроении (гальванические покрытия); металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры); при изготовлении кож, красок и т.д. Токсичность соединений Х. зависит от их химической структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения cr (vi) токсичнее соединений cr (ii), cr (lll). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем и т.д.; они могут проходить при прекращении контакта с Х. При длительном контакте с соединениями Х. развиваются признаки хронического отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и др. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии Х. на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения Х., преимущественно cr (lll), обладают канцерогенным действием. Профилактика отравлений: периодические медицинские осмотры с участием отоларинголога; при гальванических процессах — местная вентиляция в виде бортовых отсосов у ванн, использование перчаток, защитных мазей; при наличии пыли, содержащей Х., применяют респираторы, общие средства пылеподавления и пылеулавливания.

А. А. Каспаров.

Лит.: Салли А. Г., Брэндз Э. А., Хром, 2 изд., М., 1971; Некрасов Б. В., Основы общей химии, М., 1973; Ахметов Н. С., Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1—2, М., 1972—74; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., ч. 3, М., 1969; Грушко Я. М., Соединения хрома и профилактика отравлений ими, М., 1964; bowen Н. j. М., trace elements in biochemistry, l. — n. y., 1966.

Скачать реферат на тему: "Хром"

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm