|
|
Хром — элемент побочной подгруппы шестой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.
Получение
Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):
FeO • Cr2O3 + 4C ? Fe + 2Cr + 4CO?
Феррохром применяют для производства легированных сталей.
Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:
сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:
4Fe(CrO2)2 + 8Na2CO3 + 7O2 ? 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO2?
растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата углём:
Na2Cr2O7 + 2C ? Cr2O3 + Na2CO3 + CO?
с помощью алюминотермии получают металлический хром:
Cr2O3+ 2Al ? Al2O3 + 2Cr + 130 ккал
с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:
- восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
- разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
- разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Cr2O72? + 14Н+ + 12е? = 2Cr + 7H2O
Физические и химические свойства хрома
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).
Хром является самым твердым металлом (твердость по шкале Мооса 8.5).
Устойчив на воздухе. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного 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 + 6HCl ? 2CrCl3 + 3Н2О.
При термическом разложении карбонила хрома Cr(СО)6 получают красный основной оксид хрома(II) CrO. Коричневый или желтый гидроксид Cr(OH)2 со слабоосновными свойствами осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).
При осторожном разложении оксида хрома(VI) CrO3 в гидротермальных условиях получают оксид 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. Типичный кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовую H2CrO4, дихромовую H2Cr2O7 и другие.
Известны галогениды, соответствующие разным степеням окисления хрома. Синтезированы дигалогениды хрома CrF2, CrCl2, CrBr2 и CrI2 и тригалогениды CrF3, CrCl3, CrBr3 и CrI3. 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.
Хрому(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 жёлтого раствора хромата калия K2CrO4 образуется оранжевый дихромат калия K2Cr2O7:
2K2CrO4 + 2HCl ? K2Cr2O7 + 2KCl + Н2О.
Но если к оранжевому раствору K2Cr2O7 прилить раствор щёлочи, как окраска вновь переходит в жёлтую так как снова образуется хромат калия K2CrO4:
K2Cr2O7 + 2KOH ? 2K2CrO4 + Н2О.
При добавлении к жёлтому раствору, содержащему хромат-ионы, раствора соли бария выпадает жёлтый осадок хромата бария BaCrO4:
Ba2+ + CrO42- ? BaCrO4?.
Соединения хрома(VI) — сильные окислители, например:
K2Cr2O7 + 14HCl ? 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2? + 7H2O.
Применение хрома в промышленности
- Хром является одним из важнейших компонентов во многих отраслях промышленности.
- В металлургии — применяется для легирования многих типов сталей (в частности, нержавеющих).
- В Аэрокосмической промышленности - для производства сплавов хром-30 и хром-90.
- В специальном машиностроении - при получении сплавов тех же хром-30 и хром-90 незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов
- Так же одним из основных применений хрома является получение износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование)
Биологическая роль и физиологическое действие хрома
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 хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.
Вредное влияние. Металлический хром практически нетоксичен, но металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. 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/м?.
Рентгенофлуоресцентный анализ хрома очень перспективное и развивающееся решение для всех отраслей промышленности, поскольку РФА анализа хрома позволяет получить его содержание достаточно точно и быстро, с минимальными экономическими затратами
|
