Хром (cr)

Главная › Металлы

02.09.2020

Хром — металл, который видели все. Зеркально-блестящие детали на автомобилях, сверкающая металлом сантехника или детали мебели в стиле хай-тек — все покрыто тонким слоем хрома.

История открытия

История нового металла начинается с исследования Ломоносовым крокоита (красной свинцовой руды). Его изучали русские химики, затем минерал попал в Европу. Тут в него просто влюбился Вокелен.

Кристаллы хрома различной формы

Он писал о крокоите:

«чудесный красный цвет, прозрачность и кристаллическая структура … побуждали химиков интересоваться его природой».

Вокелен растворял, возгонял, выпаривал — и получал разноцветные соли. Потому и новый металл назвал хром от (греческого сhrome) — цвет.

Свойства

Хром (Chromium) относится к металлам, он входит в пятерку самых твердых элементов (твердость 8,5 по шкале Мооса).

Все присущие металлам свойства у элемента имеются:

• металлический блеск;
• теплопроводность;
• электропроводность.

Структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая.

Химические свойства:

1. На воздухе покрывается оксидной пленкой (пассивируется).
2. С кислотами (азотной и серной) при нормальной температуре не реагирует.
3. Соли двухвалентного хрома — отличные восстановители.
4. С неметаллами реагирует при высокой температуре, образует карбиды, силициды, нитриды.

В природном хроме четыре стабильных изотопа.

Свойства атома
Название, символ, номер

Атомная масса
(молярная масса)

Электронная конфигурация

Радиус атома

Химические свойства
Ковалентный радиус

Радиус иона

Электроотрицательность

Электродный потенциал

Степени окисления

Энергия ионизации
(первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

Температура плавления

Температура кипения

Уд. теплота плавления

Уд. теплота испарения

Молярная теплоёмкость

Молярный объём

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

Параметры решётки

Температура Дебая

Прочие характеристики
Теплопроводность

Номер CAS

Хром / Chromium (Cr), 24

51,9961(6)[1] а. е. м. (г/моль)

[Ar] 3d5 4s1

130 пм

118 пм

(+6e)52 (+3e)63 пм

1,66 (шкала Полинга)

−0,74

6, 3, 2, 0

652,4 (6,76) кДж/моль (эВ)

7,19 г/см³

2130 K (1856,9 °C)

2945 K (2671,9 °C)

21 кДж/моль

342 кДж/моль

23,3[2] Дж/(K·моль)

7,23 см³/моль

кубическая объёмноцентрированая

2,885 Å

460 K

(300 K) 93,9 Вт/(м·К)

7440-47-3

Рекомендуем:  ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ — всё, кроме железа

Минералы

Некоторые хромсодержащие минералы можно увидеть на прилавках ювелирных магазинов: хромдиопсид, уваровит, хромтурмалин.

В группу хромитов входят алюмохромит, магнохромит, хромпикотит. Они так похожи, что их сложно отличить один от другого.

Промышленное значение имеет хромистый железняк.

Получение

• Способы получения зависят от того, какой продукт желательно получить.
• Феррохром извлекают из хромистого железняка в электропечах путем восстановления с коксом (углеродом).
• Для получения чистого металлического хрома необходимы  несколько этапов:

1. Хромит железа сплавляют с кальцинированной содой, получая хромат натрия и оксид железа.
2. Na2CrO4 растворяют, Fe2O3 удаляют.
3. Подкислением переводят хромат в дихромат.
4. Восстанавливают дихромат углем, получая оксид хрома.

5. При помощи алюминотермии Cr2O3 (хромовую зелень) переводят в металлический хром.

Возможно получение чистого электролитического Cr из раствора CrO3 (формула оксида хрома).

Сплавы

Хромовые сплавы условно делят на 2 категории:

1. Низколегированные с содержанием хрома до 1,6%. В таких сплавах увеличены прочность и твердость.
2. Высоколегированные, содержание хрома больше 12%. Это нержавеющие сплавы; у них коррозионная устойчивость, как у самой лигатуры.

Некоторые марки сплавов:

• феррохром;
• хромель;
• нихром;
• стеллит;
• Рене 41.

В состав сплавов часто входят:

• марганец;
• алюминий;
• кремний;
• вольфрам;
• кобальт.

Плюсы и минусы металла

Совокупность достоинств и недостатков хрома определяет его место в сферах использования.

Достоинства	Недостатки
Устойчив к коррозии	Для получения пластичного металла необходима дополнительная обработка
Имеет высокую температуру плавления	Примеси сильно ухудшают качественные характеристики металла
Один из самых твердых металлов	Использование в электротехнике ограничивается высокими твердостью и температурой плавления

К недостаткам можно отнести цену металла (она довольно высока).

Использование

Применение хрома в черной металлургии велико — это около 2/3 общей выплавки металла. Производство хромированных сплавов выгодно — даже небольшие добавки лигатуры сообщают сплаву лучшие качества стойкого металла.

Рекомендуем:  НИОБИЙ — мифы и реальность

Оставшаяся треть в основном идет на хромирование. Покрытие хромом может быть функциональным, декоративным, или совмещать оба качества.

Сантехническая продукция просто создана для хромирования. Жара, влага, химические вещества не испортят ни смеситель, на душ, ни аксессуары для ванной.

1. Слой функционального хромирования защищает детали от коррозии, его толщина достигает нескольких миллиметров.
2. Декоративное хромирование — для красоты, его слой тоненький, всего 0,2-0,7 мкм.
3. Хромирование бывает:

• электролитическим;
• химическим;
• вакуумным;
• диффузным.

Стоимость

Цена марки ЭРХ-1 за килограмм — 7500 рублей.

Порошок (марка ПХ-1С) стоит 6000 руб/кг.

Цены указаны на 02.09.2020.

Хром — блеск и защита Ссылка на основную публикацию

Хром (Cr, Chromium)

Первое упоминание о хроме, как о самостоятельном элементе встречается в трудах М.В. Ломоносова 1763 года, после того, как металл открыли Березовском месторождении золотой руды. Автор называл его красной свинцовой рудой. Соединения хрома имеют разнообразные окраски, видимо, поэтому элементы присвоили название хром – от греческого χρῶμα – краска, цвет.

Общая характеристика хрома

Хром является элементом побочной подгруппы VI группы IV периода в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 24 и атомную массу 51,966. Принятое обозначение – Cr (от латинского Chromium).

Нахождение в природе

Хром распространён в земной коре, самые известные соединения – хромит и крокоит. Месторождения хрома находятся в ЮАР, Турции, Зимбабве, Армении, Индии и на Среднем Урале в России.

Физические и химические свойства

Хром является твёрдым металлом (часто его называют чёрным металлом), имеет бело-голубой цвет и одну из самых высоких твёрдостей.

Суточная потребность в хроме

Необходимая суточная дозировка в хроме для детей составляет от 11 до 35 мкг в зависимости от возраста, для женщин необходимо получать 50-70 мкг хрома в сутки, во время беременности потребность вырастает до 100-120 мкг. Взрослые здоровые мужчины должны получать 60-80 мкг хрома в день, при активных занятиях спортом или иных физических нагрузках суточная дозировка составляет 120-200 мкг.

Продукты питания богатые хромом

Основные поставщики хрома в организм человека – говяжья печень и пивные дрожжи, далее следуют картофель в мундире, помидоры, брокколи, редис и зелёный лук, говядина и куриное мясо, хлеб из муки грубого помола, зёрна пшеницы, чёрный перец, есть хром в кукурузном масле и морепродуктах, сыре, тунце, скумбрии и сельди, фруктах и ягодах, бобовых продуктах и некоторых крупах – перловке и манке.

Признаки нехватки хрома

Признаками недостатка хрома в организме человека являются:

• бессонница и быстрая утомляемость,
• головная боль и тревожность,
• повышение уровня «плохого» холестерина,
• дрожь и снижение чувствительности конечностей,
• истощение и выпадение волос.

Признаки избытка хрома

Избыточное содержание хрома в организме характеризуется аллергическими реакциями и воспалительными процессами, возникают язвочки на слизистых, нервные расстройства и нарушения в деятельности печени и почек.

Полезные свойства хрома и его влияние на организм

Хром играет важную роль в жизнедеятельности человека, принимает участие в липидном и углеродном обменах, способствует выведению «плохого» холестерина и отвечает за переработку жировых отложений, тем самым поддерживая вес в норме.

Способность хрома замещать йод играет важнейшую роль для щитовидной железы, также хром незаменим для профилактики остеопороза, укрепляя костную ткань. Хром стимулирует процессы регенерации тканей – сохраняет в генах наследственную информацию.

Применение хрома в жизни

Основное применение хром нашёл в металлургической промышленности, где его используют для повышения твёрдости и коррозийной стойкости сплавов, в процессе хромирования, также применяется в авиакосмической отрасли промышленности.

Хром

Кристаллы (99,999%) хрома различной формы, полученные разложением йодида хрома.

Хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам. Этот металл способен окрашивать соединения в разные цвета, потому и был назван «хром», что означает «краска».

Хром – микроэлемент, необходимый для нормального развития и функционирования человеческого организма. Важнейшая его биологическая роль состоит в регуляции углеводного обмена и уровня глюкозы в крови.

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура хрома

В зависимости от типов химической связи — как и все металлы хром имеет металлический тип кристаллической решетки, то есть в узлах решетки находятся атому металла.
В зависимости от пространственной симметрии — кубическая, объемно-центрированная а = 0,28839 нм.

Особенностью хрома является резкое изменение его физических свойств при температуре около 37°С. Кристаллическая решетка металла состоит из его ионов и подвижных электронов. Аналогично атом хрома в основном состоянии имеет электронную конфигурацию.

При 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решеткой, а = 3,69Å.

СВОЙСТВА

Хром

Хром имеет твердость по шкале Мооса 9, один из самых твердых чистых металлов (уступает только иридию, бериллию, вольфраму и урану). Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке. Устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами.

При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами. При нагревании реагирует со многими неметаллами, часто образуя соединения нестехиометрического состава карбиды, бориды, силициды, нитриды и др.

Хром образует многочисленные соединения в различных степенях окисления, в основном +2, +3, +6. Хром обладает всеми характерными для металлов свойствами — хорошо проводит тепло, электрический ток, имеет присущий большинству металлов блеск.

Является антиферромагнетиком и парамагнетиком, то есть, при температуре 39 °C переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля).

Запасы и добыча

Чистый хром

Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1 место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении, Бразилии, на Филиппинах.nГлавные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское).

Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2 место в мире)Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом).

Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:
1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе;
2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём;
5) с помощью алюминотермии получают металлический хром;

6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты.

Хром — общая характеристика элемента, химические свойства хрома и его соединений

Хром — элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром— твёрдый металл голубовато-белого цвета.

Химические свойства хрома

При обычных условиях хром реагирует только со фтором. При высоких температурах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором.

• 4Cr + 3O2  –t°  →2Cr2O3
• 2Cr + 3Cl2  –t°→  2CrCl3
• 2Cr + N2  –t°→  2CrN
• 2Cr + 3S   –t°→  Cr2S3
• В раскалённом состоянии реагирует с парами воды:
• 2Cr + 3H2O → Cr2O3 + 3H2
• Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl, H2SO4)
• В отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе – соли Cr3+.
• Cr + 2HCl → CrCl2 + H2­
• 2Cr + 6HCl + O2 → 2CrCl3 + 2H2O + H2­
• Наличие защитной окисной плёнки на поверхности металла объясняет его пассив-ность по отношению к концентрированным растворам кислот – окислителей.

 Соединения хрома

1. Оксид хрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер.
2. Cr(OH)2 + 2HCl → CrCl2 + 2H2O
3. Соединения хрома (II) — сильные восстановители; переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.

4. 2CrCl2 + 2HCl → 2CrCl3 + H2­
5. 4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Cr(OH)3 
6. Оксид хрома (III) Cr2O3 – зелёный, нерастворимый в воде порошок.

   Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия и аммония:

7. 2Cr(OH)3  –t°→  Cr2O3 + 3H2O
8. 4K2Cr2O7  –t°→  2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2­
9. (NH4)2Cr2O7  –t°→  Cr2O3 + N2­+ 4H2O­ (реакция «вулканчик»)
10. Амфотерный оксид.

    При сплавлении Cr2O3 со щелочами, содой и кислыми солями получаются соединения хрома со степенью окисления (+3):

11. Cr2O3 + 2NaOH → 2NaCrO2 + H2O
12. Cr2O3 + Na2CO3 → 2NaCrO2 + CO2­
13. При сплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степени окисления (+6):
14. Cr2O3 + 4KOH + KClO3 → 2K2CrO4+ KCl + 2H2O

Гидроксид хрома (III) Сr(ОН)3 . Амфотерный гидроксид. Серо-зеленый, разлагается при нагревании, теряя воду и образуя зеленый метагидроксид СrО(ОН). Не растворяется в воде. Из раствора осаждается в виде серо-голубого и голубовато-зеленого гидрата. Реагирует с кислотами и щелочами, не взаимодействует с гидратом аммиака.

• Обладает амфотерными свойствами — растворяется как в кислотах, так и в щелочах:
• 2Cr(OH)3 + 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 6H2O                                 Сr(ОН)3 + ЗН+ = Сr3+ + 3H2O
• Cr(OH)3 + KOH → K[Cr(OH)4] ,                                                Сr(ОН)3 + ЗОН— (конц.) = [Сr(ОН)6]3-
• Cr(OH)3 + KOH → KCrO2+2H2O                                 Сr(ОН)3 + МОН = МСrO2(зел.) + 2Н2O       (300—400 °С, М = Li, Na)
• Сr(ОН)3 →(120oC –H2O) СrO(ОН) →(430-10000С –H2O) Cr2O3

2Сr(ОН)3 + 4NаОН(конц.) + ЗН2O2(конц.) =2Na2СrO4 + 8Н20

1. Получение: осаждение гидратом аммиака из раствора солей хрома(Ш):
2. Сr3+ + 3(NH3 Н2O) = Сr(ОН)3↓ + ЗNН4+
3. Cr2(SO4)3 + 6NaOH → 2Cr(OH)3 ↓+ 3Na2SO4 (в избытке щелочи — осадок растворяется)

Соли хрома (III) имеют фиолетовую или тёмно-зелёную окраску. По химическим свойствам напоминают бесцветные соли алюминия.

• Соединения Cr (III) могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства:
• Zn + 2Cr+3Cl3 → 2Cr+2Cl2 + ZnCl2
• 2Cr+3Cl3 + 16NaOH + 3Br2 → 6NaBr + 6NaCl + 8H2O + 2Na2Cr+6O4
• Соединения шестивалентного хрома
• Оксид хрома (VI) CrO3 — ярко-красные кристаллы, растворимые в воде.

Получают из хромата (или дихромата) калия и H2SO4(конц.).

1. K2CrO4 + H2SO4 → CrO3 + K2SO4 + H2O
2. K2Cr2O7 + H2SO4 → 2CrO3 + K2SO4 + H2O
3. CrO3 — кислотный оксид, со щелочами образует жёлтые хроматы CrO42-:
4. CrO3 + 2KOH → K2CrO4 + H2O
5. В кислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы Cr2O72-:
6. 2K2CrO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O
7. В щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении:
8. K2Cr2O7 + 2KOH → 2K2CrO4 + H2O
9. Дихромат калия – окислитель в кислой среде:
10. К2Сr2O7 + 4H2SO4 + 3Na2SO3 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O
11. K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3NaNO2 = Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + K2SO4 + 4H2O
12. K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6KI = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O
13. K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 = Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

Хромат калия К2 CrО4. Оксосоль. Желтый, негигроскопичный. Плавится без разложения, термически устойчивый. Хорошо растворим в воде (желтая окраска раствора отвечает иону СrO42-), незначительно гидролизуется по аниону. В кислотной среде переходит в К2Cr2O7. Окислитель (более слабый, чем К2Cr2O7). Вступает в реакции ионного обмена.

     Качественная реакция на ион  CrO42- — выпадение желтого осадка хромата бария, разлагающегося в сильнокислотной среде. Применяется как протрава при крашении тканей, дубитель кож, селективный окислитель, реактив в аналитической химии.

Уравнения важнейших реакций:

2K2CrO4+H2 SO4(30%)=K2Cr2O7 +K2SO4 +H2O

2K2CrO4(т)+16HCl(конц.,гор.) =2CrCl3+3Cl2↑+8H2O+4KCl

• 2K2CrO4+2H2O+3H2S=2Cr(OH)3↓+3S↓+4KOH
• 2K2CrO4+8H2O+3K2S=2K[Сr(ОН)6]+3S↓+4KOH
• 2K2CrO4+2AgNO3=KNO3+Ag2CrO4(красн.)↓
• Качественная реакция:
• К2СгO4 + ВаСl2 = 2КСl + ВаCrO4↓
• 2ВаСrO4(т)+ 2НСl (разб.) = ВаСr2O7(p)+ ВаС12 + Н2O
• Получение: спекание хромита с поташом на воздухе:
• 4(Сr2Fe‖‖)O4 + 8К2CO3 + 7O2 = 8К2СrO4 + 2Fе2O3 + 8СO2 (1000 °С)

Дихромат калия K2Cr2O7 .  Оксосоль. Техническое название хромпик. Оранжево-красный, негигроскопичный.

Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворим в воде  (оранжевая окраска раствора отвечает иону Сr2O72- ). В щелочной среде образует К2CrO4 . Типичный окислитель в растворе и при сплавлении.

Вступает в реакции ионного обмена.

     Качественные реакции — синее окрашивание эфирного раствора в присутствии Н2O2 , синее окрашивание водного раствора при действии атомарного водорода.

Применяется как дубитель кож, протрава при крашении тканей, компонент пиротехнических составов, реагент в аналитической химии, ингибитор коррозии металлов, в смеси с Н2SO4 (конц.) — для мытья химической посуды.

1. Уравнения важнейших реакций:
2. 4К2Cr2O7=4K2CrO4+2Cr2O3+3O2  (500-600o C)
3. K2Cr2O7(т)+14HCl (конц) =2CrCl3+3Cl2↑+7H2O+2KCl  (кипячение)
4. K2Cr2O7(т)+2H2SO4(96%) ⇌2KHSO4+2CrO3+H2O   (“хромовая смесь”)
5. K2Cr2O7+KOH (конц ) =H2O+2K2CrO4
6. Cr2O72- +14H+ +6I— =2Cr3+ +3I2↓+7H2O
7. Cr2O72- +2H+ +3SO2(г)=2Cr3+ +3SO42- +H2O
8. Cr2O72- +H2O +3H2S(г)=3S↓+2OH— +2Cr2(OH)3↓

Cr2O72- (конц )+2Ag+(разб.) =Ag2Cr2O7 (т. красный)↓

• Cr2O72- (разб.) +H2O +Pb2+=2H+ + 2PbCrO4 (красный)↓
• K2Cr2O7(т) +6HCl+8H0(Zn)=2CrCl2(син)+7H2O+2KCl
• Получение: обработка К2СrO4  серной кислотой:
• 2К2СrO4 + Н2SO4 (30%) = К2Cr2O7 + К2SO4 + Н2O
• 

Хром

Хром – это элемент побочной подгруппы 6-й группы 4-го периода периодической таблицы Менделеева, 24 – атомный номер, обозначение – Cr.

• Внешний вид вещества – твердый металл голубоватого-белого цвета.
• Температура плавления – 2130 К.
• Температура кипения – 2945 К.
• Структура решетки – кубическая объемно-центрированная.

Хром – это слегка голубоватый серебристо-белый металл. Название происходит от греческого слова chroma и означает цвет (из-за разнообразной окраски соединений хрома). Благодаря своей высокой коррозионной стойкости, является популярным материалом для защиты материалов от воздействия внешней среды.

Хром с железом, марганцем, никелем, титаном, ванадием составляют одно геохимическое семейство. Хром является важным компонентом сплава для нержавеющих жаропрочных сталей. Соединения хрома (VI) крайне токсичны.

Хром устойчив к атмосферной среде, потому что, как и алюминий, он покрыт оксидным слоем, который защищает его от дальнейших реакций. Реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей и водорода. При нагревании реагирует с неметаллами, например, с хлором, серой, углеродом и кремнием.

Ионы хрома (часто в сочетании с кислородом) имеют типичные цвета:

• хромат-ион: желтый; 
• дихромат-ион: оранжевый; 
• полихромат-ион: темно-красный; 
• пероксохромат-ион: синий. 

История открытия

Эта история началась в 1766 году, когда в окрестностях Екатеринбурга обнаружили новый минерал. Из-за своих особенностей окраски он получил название “сибирский красный свинец”, PbCrO4, по-современному «крокоит». А в 1797 году химик из Франции Л. Н. Воклен смог выделить из него тугоплавкий металл. Скорее всего, это был карбид хрома.

Месторождения

Первое место в мире занимает ЮАР. Здесь находятся самые большие месторождения хрома. По разведанным запасам хрома второе место в мире занимает Казахстан –  более 350 миллионов тонн. Главные месторождения России находятся на Урале – Донские и Сарановские. Также месторождения существуют  в Турции, Армении, Бразилии, Индии, на Филиппинах.

Физические свойства

Хром является одним из тугоплавких металлов. Температура плавления – 1900 С выше, чем у платины (1772 С). Плотность близка к плотности железа и ниобия. Модуль упругости хрома является самым низким по сравнению с молибденом и вольфрамом.

Теплофизические свойства

Для тугоплавких металлов линейный коэффициент теплового расширения обычно низкий, а теплопроводность высокая. Тем не менее, хром не показывает типичное поведение молибдена или вольфрама. 

Коэффициент его теплового расширения относительно высок.

При температуре 38 С и выше происходит переход от антиферромагнетизма к парамагнетизму и коэффициент теплового расширения очень резко возрастает.

Эта температура перехода (температура Неля) является фазовым переходом первого порядка и показывает значительный скачок объема, который сильно влияет на линейный коэффициент теплового расширения.

Механические свойства

Хром как объемно-центрированный кубический металл, такой как молибден и вольфрам, показывает температуру перехода от хрупкого к пластичному от -50 C до 350 C.

Наибольшее влияние на температуру хрупко-пластичного перехода оказывает чистота элемента, в частности содержание азота и кислорода.

Однако другие легирующие элементы, микроструктура и степень деформации также оказывают существенное влияние на температуру перехода.

Полностью рекристаллизованный хром абсолютно не проявляет пластичности при комнатной температуре, но если хром деформируется или отжигается, материал становится пластичным. 

Прочность хрома увеличивается с увеличением деформации и может быть дополнительно увеличена с помощью различных легирующих элементов. 

Хром имеет относительно низкую температуру плавления 1900 С по сравнению с другими тугоплавкими металлами – молибденом и вольфрамом. Модуль упругости также является относительно низким. По сравнению с танталом и ниобием – оба имеют более высокую температуру плавления – хром обладает гораздо более высоким модулем упругости.

Химические свойства

Хром известен большинству людей как легирующий элемент из нержавеющей стали и как защитный слой в различных изделиях.

Хром образует тонкий прозрачный пассивный слой (Cr2O3) при контакте с любыми агрессивными средами, такими как кислород. Этот защитный слой абсолютно стабилен в нормальной атмосфере и в водной среде.

Поэтому использование хрома в качестве декоративного и антикоррозийного слоя очень распространено. 

Cr2O3 также надежно защищает хром от агрессивных кислот, таких как серная или азотная кислоты. В двигателях внутреннего сгорания, таких как газовые турбины или дизельные двигатели, хром устойчив к горячим газам при температуре до 1000 С. 

Получение

Элемент хром относительно распространен на земле. Наиболее важной рудой является хром железо (хромит) – FeCr2O4. Большие количества хромита добываются в Южной Африке, России, Индии, Бразилии, Финляндии и Турции. Элементарный хром может содержаться в железных метеоритах. 

Наиболее важным минералом для промышленного производства хрома является хромит (FeCr2O4). Более половины добываемого в мире хромита поступает из Южной Африки. Двумя наиболее важными продуктами переработки хромита являются феррохром и металлический хром. Крупнейшим потребителем феррохрома является сталелитейная промышленность, которая использует хром для производства нержавеющих сталей.

Металл извлекается промышленным способом из хромитовой руды. Минерал смешивают с содой и известью. Затем он окисляется во вращающейся печи с подачей воздуха.

Это приводит к образованию хромата натрия (Na2CrO4), который превращается в дихромат натрия (Na2Cr2O7) с концентрированной серной кислотой. После кристаллизации он реагирует с углеродом (коксом) и серой.

Образующийся оксид восстанавливается до хрома с помощью алюминия. 

Из него можно получить феррохром, применяющийся для изготовления легированных сталей. Для получения чистого хрома проводят следующие реакции:

1. На воздухе производят сплавление карбоната натрия с хромитом железа,
2. Полученный хромат натрия отделяют от оксида железа;
3. Затем из выкристализованного дихромата натрия получают чистый оксид хрома путем восстановления его углем.

Металлический хром получают с помощью алюминотермиии. Но все большее значение сейчас приобретает процесс силикотермии (процесс Перена).

Применение хрома

Металлический хром производится во всем мире в количестве около 20 000 тонн в год. Нержавеющая сталь содержит около 12-15% хрома. 

Элементарный хром используется для производства железных сплавов, например, нержавеющая сталь – хром с железом. В зависимости от состава стали называют хромистой сталью, хромоникелевой сталью, молибденовой сталью или вольфрамовой сталью. Хром также необходим для производства металлокерамических материалов.

Хром также используются в качестве катализаторов при пропитке древесины, при производстве аудио- и видеокассет, а также в лазерах. Хром также является исходным материалом для различных огнеупорных материалов и химикатов. Соединения хрома используются в качестве цветных пигментов и для дубления кожи.

• оксид хрома (III) (Cr2O3 – катализатор для органических синтезов);
• пигменты хрома (цвета хрома: например, желтый хром, оранжевый хром, красный хром, зеленый хром и т.д.); 
• соли хрома (используются для дубления кожи, однако из-за их сильной токсичности предпринимаются попытки найти другие дубильные вещества; 
• для производства хромовых покрытий. 

Воздействие хрома на здоровье

В организме человека содержится хром в концентрации около 0,03 промилле. Однако суточная доза сильно зависит от диеты и обычно составляет около 15-200 мкг. Поглощение хрома составляет около 0,5-1% от общего объема. Орган, в котором был обнаружен самый высокий уровень хрома – плацента.

Трехвалентный хром – незаменимый микроэлемент для человека. Вместе с инсулином он обеспечивает вывод глюкозы из кровотока и способствует метаболизму липидов. Симптомы диабета могут усугубляться недостатком хрома. Он также содержится в РНК. Однако дефицит хрома – очень редкое явление.

Хром может всасываться через дыхательные пути, пищу и питьевую воду, а также при контакте с кожей. Содержание хрома в воздухе и воде обычно низкое. Хром является важным питательным веществом для человека и его недостаток может вызвать сердечные заболевания, нарушения обмена веществ и диабет. Однако слишком много хрома крайне вредно для здоровья.

Хром (VI) представляет опасность для здоровья человека, особенно для людей, которые работают в сталелитейной и текстильной промышленности и постоянно подвергаются воздействию этого химического вещества. Негативные эффекты хрома (VI) на здоровье:

• расстройство желудка и язвы;
• заболевания дыхательных путей;
• ослабление иммунной системы;
• повреждение печени и почек;
• изменения генетического материала;
• рак легких;
• смерть.

Воздействие хрома на окружающую среду

Существуют разные типы хрома, которые различаются по своему влиянию на организмы. Хром в форме (III) и (VI) попадает в воздух, почву и воду в результате естественных процессов и деятельности человека. Деятельность человека, которая в наибольшей степени увеличивает уровень хрома (III) – это производство стали, кожи и текстиля. 

Хром (VI) в основном используется на химических, кожевенных и текстильных фабриках, а также для покрытия электронных устройств, что увеличивает концентрацию хрома (VI) в воде из-за выброса сточных вод.

Хром попадает в воздух при сжигании угля и из-за плохой утилизации отходов. Хром из воздуха возвращается в почву и воду через атмосферные осадки.

В почве хром прочно прикреплен к частицам почвы и поэтому не может попасть в грунтовые воды. 

Хром (III) – важное вещество для всех организмов. Если суточная доза слишком мала, это может нарушить метаболизм сахара и привести к проблемам с сердцем. Напротив, хром (VI) очень токсичен и может изменять генетический материал и вызывать рак. 

Зерновые имеют систему, с помощью которой они могут регулировать абсорбцию хрома таким образом, чтобы не причинить вред.

Но если концентрация металла в почве очень высока, этот механизм может выйти из строя, и содержание хрома в зерне возрастет. Подкисление почвы также может влиять на поглощение хрома зерном.

Обычно растения поглощают только хром (III), но если концентрация хрома превышает определенное значение, это также приводит к негативным последствиям.

Хром обычно не накапливается в организме рыб, но его высокие уровни, чаще всего в результате попадания металлических изделий в поверхностные воды, могут повредить жабры рыб. У животных хром также может вызывать респираторные заболевания,

Хром (Cr) и вода

Содержание хрома в морской воде сильно колеблется и составляет около 0,2-0,6 частей на миллиард.

Речная вода обычно содержит около 1 части на миллиард этого элемента, хотя могут иметь место значительно повышенные концентрации.

В фитопланктоне концентрации около 4 частей на миллион в морской рыбе 0,03–2 частей на миллион и около 0,7 частей на миллион в тканях устриц (все значения основаны на сухом веществе). 

В растворенном состоянии хром находится либо в неионогенной форме в виде трехвалентного Cr (OH) 3, либо в виде шестивалентного CrO 4. 

Как и в каких соединениях хром реагирует с водой?

Элементарный хром не реагирует с водой при комнатной температуре.

Растворимость хрома и / или его соединений в воде

Многие соединения хрома плохо или совсем не растворимы в воде. Соединения хрома (III) не только плохо растворимы, но также в значительной степени связаны с взвешенными веществами. Оксид хрома (III) и гидроксид хрома (III) не растворимы в воде.

Оксид хрома (VI), с другой стороны, является примером водорастворимого соединения.

Как хром попадает в воду?

Хром в свободной форме не встречается в природе. Самый важный минерал, содержащий хром – хромит. Как уже упоминалось, соединения хрома в природе встречаются только в небольших количествах в воде. Однако этот элемент и его соединения могут попадать в поверхностные воды через промышленные сточные воды. 

Хром из металлургической промышленности попадает в воду в основном в трехвалентной форме. С другой стороны, шестивалентная форма в промышленных сточных водах в основном поступает в результате кожевенного производства и крашения. 

Какие экологические проблемы могут привести к загрязнению воды хромом?

Хром жизненно необходим для некоторых организмов. Однако речь идет только о трехвалентном хроме. В шестивалентной форме он считается очень ядовитым для флоры и фауны. Ионы Cr 3+ практически не присутствуют в воде при значениях pH выше 5, поскольку гидратированный оксид Cr (OH) 3 очень плохо растворяется в воде.

Соединения хрома (VI) стабильны в аэробных условиях, но восстанавливаются до соединений хрома (III) в анаэробных условиях. Обратный процесс также возможен в окислительной среде. Кроме того, большая часть хрома в воде связана с взвешенными веществами.

Соединения хрома (VI) обычно классифицируются как очень опасные для воды. Фитотоксичность хрома до сих пор не выяснена. 

Как правило, воздушно-сухие почвы содержат в среднем 2-100 частей на миллион хрома. Растворимость хрома в почве ниже, чем у других потенциально токсичных металлов. Вот почему растения потребляют его относительно мало.

Растения обычно содержат около 0,02–1 частей на миллион хрома в пересчете на сухое вещество, при этом значения могут увеличиваться до 14 частей на миллион.

Например, во мхах и лишайниках часто обнаруживается относительно высокое содержание хрома.