Хром – тугоплавкий, очень твердый металл, обладающий необыкновенной стойкостью к коррозии. Эти уникальные качества и обеспечили ему столь высокую востребованность в промышленности и строительстве.

Потребитель чаще всего знаком не с изделиями из хрома, а с предметами, покрытыми тонким слоем металла. Ослепительный зеркальный блеск такого покрытия привлекателен сам по себе, однако имеет и чисто практическое значение. Хром устойчив к коррозии и способен защитить сплавы и металлы от ржавчины.

И сегодня мы ответим на вопросы о том, хром — это металл или неметалл, и если металл, то какой: черный или цветной, тяжелый или легкий. Также мы расскажем в каком виде хром встречается в природе, и каковы отличия хрома от и других подобных металлов.

Для начала поговорим о том, как выглядит хром, каковы металлы его содержащие, и в чем особенность такого вещества. Хром — это типичный металл серебристо-голубоватого цвета, тяжелый, по плотности превосходит , к тому же относится к категории тугоплавких – температура его плавления и кипения очень велики.

Элемент хром размещается в побочной подгруппе 6 группы в 4 периоде. Близок по свойствам к молибдену и вольфраму, хотя имеет и заметные отличия. Последние чаще всего проявляют лишь высшую степень окисления, в то время как хром проявляет валентность и два, и три, и шесть. Это означает, что элемент образует множество разнообразных соединений.

Именно соединения и дали название самому элементу – от греческого краска, цвет. Дело в том, что его соли и оксиды окрашены в самые разнообразные яркие цвета.

Данное видео расскажет о том, что такое хром:

Особенности и отличия по сравнению с другими металлами

При изучении металла наибольший интерес вызывали 2 свойства вещества: твердость и тугоплавкость. Хром относится к наиболее твердым металлам – занимает пятое место и уступает урану, иридию, вольфраму и бериллию. Однако качество это оказалось невостребованным, поскольку у металла были обнаружены более важные для промышленности свойства.

Хром плавится при 1907 С. Вольфраму или молибдену по этому показателю он уступает, но все равно относится к тугоплавким веществам. Правда, на температуру его плавления сильно влияют примеси.

  • Как многие из металлов, устойчивых к коррозии, хром образует на воздухе тонкую и очень плотную оксидную пленку. Последняя прикрывает доступ кислорода, азота и влаги к веществу, что и делает его неуязвимым. Особенность в том, что это качество он передает своему сплаву с : в присутствии элемента увеличивается потенциал а-фазы железа и в итоге сталь на воздухе тоже покрывается плотной оксидной пленкой. Это и есть секрет стойкости нержавеющей .
  • Являясь тугоплавким веществом, металл повышает и температуру плавления сплава. Жаропрочные и жаростойкие стали обязательно включают долю хрома, причем порой очень большую – до 60%. Еще более сильный эффект оказывает добавка и , и хрома.
  • Хром образует сплавы и со своими собратьями по группе – молибденом и вольфрамом. Их используют для покрытия деталей, где требуется особенно высокая износостойкость в условиях высокой температуры.

Достоинства и недостатки хрома описаны ниже.

Хром как металл (фото)

Достоинства

Как и всякое другое вещество, металл обладает своими достоинствами и недостатками, а их совокупность определяет его использование.

  • Безусловный плюс вещества – коррозийная стойкость и возможность передавать это свойство своим сплавам. Хромовые нержавеющие стали имеют огромное значение, поскольку разом решили целый ряд проблем при строительстве судов, подводных лодок, каркасов зданий и так далее.
  • Устойчивость к коррозии обеспечивают другим способом – покрывают предмет тонким слоем металла. Популярность этого метода очень велика, на сегодня существует не меньше десятка способов хромирования в разных условиях и для получения разного результата.
  • Хромовый слой создает яркий зеркальный блеск, так что к хромированию прибегают не только для целей защиты сплава от коррозии, но и для получения эстетичного внешнего вида. Причем современные методы хромирования позволяют создать покрытие на любом материале – не только на металле, но и на пластике, и на керамике.
  • Получение жаропрочной стали при добавке хрома тоже стоит отнести к достоинствам вещества. Есть множество областей, где металлические детали должны работать при высоких температурах, а железо само по себе такой стойкостью к нагрузкам при температуре не обладает.
  • Из всех тугоплавких веществ он наиболее устойчив к кислотам и основаниям.
  • Плюсом вещества можно считать и его распространенность – 0,02% в земной коре, и относительно простой способ добычи и получения. Конечно, он требует энергозатрат, но не сравнить со сложной , например.

Недостатки

К недостаткам стоит отнести качества, не позволяющие в полной мере использовать все свойства хрома.

  • В первую очередь, это сильная зависимость физических, а не только химических свойств от примесей. Даже температуру плавления металла было сложно установить, так как при наличии ничтожной доли азота или углерода показатель заметно менялся.
  • Несмотря на более высокую электропроводность по сравнению с , хром гораздо меньше используется в электротехнике и стоимость его довольно высока. Изготовить из него что-либо намного труднее: высокая температура плавления и твердость заметно ограничивают применение.
  • Чистый хром является ковким металлом, содержащий примеси становится очень твердым. Чтобы получить хотя бы относительно пластичный металл, его приходится подвергать дополнительной обработке, что, конечно, увеличивает расходы на изготовление.

Структура металла

Кристалл хрома имеет объемно-центрированную кубическую решетку, а=0,28845 нм. Выше температуры в 1830 С можно получить модификацию с гранецентрированной кубической решеткой.

При температуре в +38 С фиксируется фазовый переход второго рода с увеличением объема. При этом кристаллическая решетка вещества не изменяется, а вот его магнитные свойства становятся совершенно другими. До этой температуры – точки Нееля, хром проявляет свойства антиферромагнетика, то есть, является веществом, которое намагнитить практически невозможно. Выше точки Нееля металл становится типичным парамагнетиком, то есть, проявляет магнитные свойства в присутствии магнитного поля.

Свойства и характеристики

В нормальных условиях металл довольно инертен – и благодаря оксидной пленке и просто по природе своей. Однако при повышении температуры вступает в реакцию и с простыми веществами, и с кислотами, и с основаниями. Его соединения очень разнообразны и применяются очень широко. Физические характеристики металла, как упоминалось, сильно зависят от количества примесей. На практике дело имеют с хромом с чистотой до 99,5%. таковы:

  • температура плавления – 1907 С. Эта величина служит границей между тугоплавкими и обычными веществами;
  • температура кипения – 2671 С;
  • твердость по шкале Мооса – 5;
  • электропроводность – 9 · 106 1/(Ом м). По этому показателю хром уступает только серебру, и золоту;
  • удельное сопротивление –127 (Ом мм2)/м;
  • теплопроводность вещества составляет 93,7 Вт/(м K);
  • удельная теплоемкость –45 Дж/(г K).

Теплофизические характеристики вещества несколько аномальны. В точке Нееля, где изменяется объем металла, коэффициент его теплового расширения резко увеличивается и продолжает расти с увлечением температуры. Также аномально ведет себя и теплопроводность – падает в точке Нееля и уменьшается при нагреве.

Элемент относится к числу необходимых: в человеческом организме ионы хрома являются участниками углеводного обмена и процесса регулировки выделения инсулина. Суточная доза составляет 50–200 мкг.

Хром нетоксичен, хотя в виде металлического порошка может вызвать раздражение слизистой. Трехвалентные его соединения тоже относительно безопасны и даже применяются в пищевой и спортивной промышленности. А вот шестивалентные для человека являются ядом, вызывают тяжелые поражения дыхательных путей и ЖКТ.

О производстве и цене на металл хром за кг сегодня мы поговорим далее.

В этом видеоролике будет показано, является ли покрытие хромовым:

Производство

В большом количестве разных минералов – часто сопровождает и . Однако его содержание недостаточное, чтобы иметь промышленное значение. Перспективными являются лишь породы, включающие не менее 40% элемента, поэтому пригодных для добычи минералов немного, в основном это хромовый железняк или хромит.

Добывают минерал шахтным и карьерным методом в зависимости от глубины залегания. А так как руда изначально содержит большую долю металла, то практически никогда не обогащается, что, соответственно, упрощает и удешевляет процесс производства.

Для легирования стали используется около 70% добытого металла. Причем применяют его зачастую не в чистом виде, а в виде феррохрома. Последний можно получить прямо в шахтной электропечи или доменной – так получают углеродистый феррохром. Если требуется соединение с низким содержанием углерода, прибегают к алюминотермическому методу.

  • Этим способом получают и чистый хром, и феррохром. Для этого в плавильную шахту загружают шихту, включающую хромистый железняк, оксид хрома, натриевую селитру и . Первую порцию – запальная смесь, поджигают, а остальную часть шихты загружают в расплав. В конце добавляют флюс – известь, чтоб облегчить извлечение хрома. Плавка занимает около 20 минут. После некоторого охлаждения шахту наклоняют, выпускают шлак, снова возвращают в исходное положение и вновь наклоняют, теперь уже в изложницу выводится и хром, и шлак. После охлаждения полученный блок разделяют.
  • Применяют и другой метод – металлотермической плавки. Проводится она в электропечи в поворачивающейся шахте. Шихту здесь разделяют на 3 части, каждая отличается составом. Этот метод позволяет извлечь большее количество хрома, но, главное – сокращает расход .
  • Если же требуется получить химически чистый металл, прибегают к лабораторному методу: высаживают кристаллы путем электролиза растворов хроматов.

Стоимость металла хром за 1 кг заметно колеблется, поскольку зависит от объема выпускаемого металлопроката – главного потребителя элемента. В январе 2017 года 1 тонна металла оценивалась в 7655 $.

Применение

Категории

Итак, . Основной потребитель хрома – черная металлургия. Связано это со способностью металла передавать такие свои свойства, как стойкость к коррозии и твердость своим сплавам. Причем влияние он оказывает при добавлении в очень небольших количествах.

Все сплавы хрома и железа разделяют на 2 категории:

  • низколегированные – с долей хрома до 1,6%. В этом случае хром добавляет стали прочности и твердости. Если у обычной стали предел прочности составит 400–580 МПа, то та же марка стали с добавкой 1% вещества продемонстрирует предел равный 1000 МПа;
  • высоколегированные – содержат более 12% хрома. Здесь металл обеспечивает сплаву такую же стойкость к коррозии, какой обладает сам. Все нержавеющие стали называют хромовыми, поскольку именно этот элемент обеспечивает это качество.

Низколегированные стали относятся к конструкционным: из них изготавливают многочисленные детали машин – валы, зубчатые колеса, толкатели и так далее. Сфера использования нержавеющей стали огромна: металлические части турбин, корпуса корабля и подводных лодок, камеры сгорания, крепеж любого рода, трубы, швеллеры, уголки, листовая сталь и так далее.

Кроме того, хром увеличивает стойкость сплава к температуре: при содержании вещества от 30 до 66%, изделия из жаропрочной стали может выполнять свои функции при нагреве до 1200 С. Это материал для клапанов поршневых двигателей, для крепежа, для деталей турбин и прочего.

Если 70% хрома уходит на нужды металлургии, то остальные почти 30% используются для хромирования. Суть процесса сводится к нанесению на поверхность предмета из металла тонкого слоя хрома. Используются для этого самые разные методы, многие доступны домашним мастерам.

Хромирование

Хромирование можно разделить на 2 категории:

  • функциональное – его целью является предупредить коррозию изделия. Толщина слоя здесь больше, так что процесс хромирования занимает больше времени – порой до 24 часов. Кроме того, что хромовый слой предупредит ржавление, он заметно увеличивает износостойкость детали;
  • декоративное – хром создает зеркально-блестящую поверхность. Автолюбители и мотогонщики редко когда отказываются от возможности украсить свою машину хромированными деталями. Слой декоративности покрытия намного тоньше – до 0,0005 мм.

Хромирование активно используется в современном строительстве и при изготовлении мебели. Фурнитура с зеркальным покрытием, аксессуары ванной и кухни, кухонная утварь, детали мебели – изделия с хромовым покрытием на редкость популярны. А так как благодаря современным методом хромирования, покрытие можно создать буквально на любом предмете, появились и несколько нетипичные методы применения. Так, например, хромированную сантехнику к тривиальным решениям отнести нельзя.

Хром – металл с очень необычными свойствами, причем его качества востребованы в промышленности. В большинстве своем интерес представляют его сплавы и соединения, что лишь повышает значение металла для народного хозяйства.

Про снятие хрома с металла расскажет видео ниже:

Хром

ХРОМ -а; м. [от греч. chrōma - цвет, краска]

1. Химический элемент (Сr), твёрдый металл серо-стального цвета (используется при изготовлении твёрдых сплавов и для покрытия металлических изделий).

2. Мягкая тонкая кожа, выдубленная солями этого металла. Сапоги из хрома.

3. Род жёлтой краски, получаемой из хроматов.

◁ Хро́мовый (см.).

хром

(лат. Chromium), химический элемент VI группы периодической системы. Назван от греч. chrōma - цвет, краска (из-за яркой окраски соединений). Голубовато-серебристый металл; плотность 7,19 г/см 3 , t пл 1890°C. На воздухе не окисляется. Главные минералы - хромшпинелиды. Хром - обязательный компонент нержавеющих, кислотоупорных, жаростойких сталей и большого числа других сплавов (нихромы, хромали, стеллит). Применяется для хромирования. Соединения хрома - окислители, неорганические пигменты, дубители.

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: 50 Cr (содержание в смеси 4,35%), 52 Cr (83,79%), 53 Cr (9,50%) и 54 Cr (2,36%). Конфигурация двух внешних электронных слоев 3s 2 р 6 d 5 4s 1 . 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): Cr 2+ 0,073 нм, Cr 3+ 0,0615 нм, Cr 4+ 0,055 нм, Cr 5+ 0,049 нм и Cr 6+ 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 (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,66.
История открытия
В 1766 в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO 4 . Современное название - крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен (см. ВОКЛЕН Луи Никола) выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома).
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 FeCr 2 O 4 , волконскоит, уваровит, вокеленит и др.). Некоторые метеориты содержат сульфидные соединения хрома.
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:
2Cr 2 O 3 + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 4Na 2 CrO 4 + 4CO 2
Образующийся хромат натрия Na 2 CrO 4 выщелачивают водой, раствор фильтруют, упаривают и обрабатывают кислотой. При этом хромат Na 2 CrO 4 переходит в дихромат Na 2 Cr 2 O 7:
2Na 2 CrO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 Cr 2 O 7 + Na 2 SO 4 + H 2 O
Полученный дихромат восстанавливают серой:
Na 2 Cr 2 O 7 + 3S = Na 2 S + Cr 2 O 3 + 2SO 2 ,
Образующийся чистый оксид хрома(III) Cr 2 O 3 подвергают алюминотермии:
Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr.
Также используют кремний:
2Cr 2 O 3 + 3Si = 3SiO 2 + 4Cr
Для получения хрома высокой чистоты, технический хром электрохимически очищают от примесей.
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/дм 3 .
Устойчив на воздухе. При 300°C сгорает с образованием зеленого оксида хрома (III) Cr 2 O 3 , обладающего амфотерными свойствами. Сплавляя Cr 2 O 3 со щелочами получают хромиты:
Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
Непрокаленный оксид хрома (III) легко растворяется в щелочных растворах и в кислотах:
Cr 2 O 3 + 6НСl = 2CrСl 3 + 3Н 2 О
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) CrO 3 в гидротермальных условиях получают диоксид хрома(IV) CrO 2 , который является ферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.
При взаимодействии концентрированной серной кислоты с растворами дихроматов образуются красные или фиолетово-красные кристаллы оксида хрома(VI) CrO 3 . Типично кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовая H 2 CrO 4 , дихромовая H 2 Cr 2 O 7 и другие.
Известны галогениды, соответствующие разным степеням окисления хрома. Синтезированы дигалогениды хрома CrF 2 , CrCl 2 , CrBr 2 и СrI 2 и тригалогениды CrF 3 , CrCl 3 , CrBr 3 и СrI 3 . Однако, в отличие от аналогичных соединений алюминия и железа, трихлорид CrCl 3 и трибромид CrBr 3 хрома нелетучи.
Среди тетрагалогенидов хрома устойчив CrF 4 , тетрахлорид хрома CrCl 4 существует только в парах. Известен гексафторид хрома CrF 6 .
Получены и охарактеризованы оксигалогениды хрома CrO 2 F 2 и CrO 2 Cl 2 .
Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr 2 B, CrB, Cr 3 B 4 , CrB 2 , CrB 4 и Cr 5 B 3), с углеродом (карбиды Cr 23 C 6 , Cr 7 C 3 и Cr 3 C 2), c кремнием (силициды Cr 3 Si, Cr 5 Si 3 и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr 2 N).
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 3- .
При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):
2Na 3 + 3H 2 O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2NaOH + 8H 2 O
Cr (VI) отвечает ряд существующих только в водных растворах кислот: хромовая H 2 CrO 4 , дихромовая H 2 Cr 2 O 7 , трихромовая H 3 Cr 3 O 10 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 K 2 CrO 4 образуется оранжевый дихромат калия K 2 Cr 2 O 7:
2K 2 CrO 4 + 2НСl = K 2 Cr 2 O 7 + 2КСl + Н 2 О
Но если к оранжевому раствору K 2 Cr 2 O 7 прилить раствор щелочи, как окраска вновь переходит в желтую т. к. снова образуется хромат калия K 2 CrO 4:
K 2 Cr 2 O 7 + 2КОН = 2K 2 CrO 4 + Н 2 О
При добавлении к желтому раствору, содержащему хромат-ионы, раствора соли бария выпадает желтый осадок хромата бария BаCrO 4:
Bа 2+ + CrO 4 2- = BаCrO 4
Соединения хрома(III)- сильные окислители, например:
K 2 Cr 2 O 7 + 14 НСl = 2CrCl 3 + 2KCl + 3Cl 2 + 7H 2 O
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 Cr 3+ входит в состав хромкалиевых KCr(SO 4) 2 ·12H 2 O квасцов, использующихся при выделке кожи.
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/м 3 .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "хром" в других словарях:

    хром - хром, а … Русский орфографический словарь

    хром - хром/ … Морфемно-орфографический словарь

    - (от греч. chroma цвет, краска). Металл сероватого цвета, добываемый из хромовой руды. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ХРОМ металл сероватого цвета; в чистом виде х. не употребляется; соединения же с … Словарь иностранных слов русского языка

    ХРОМ - см. ХРОМ (Сг). Соединения хрома встречаются в сточных водах многих промышленных предприятий, производящих хромовые соли, ацетилен, дубильные вещества, анилин, линолеум, бумагу, краски, пестициды, пластмассы и др. В воде встречаются трехвалентные… … Болезни рыб: Справочник

    ХРОМ, а, муж. 1. Химический элемент, твёрдый светло серый блестящий металл. 2. Род жёлтой краски (спец.). | прил. хромистый, ая, ое (к 1 знач.) и хромовый, ая, ое. Хромистая сталь. Хромовая руда. II. ХРОМ, а, муж. Сорт мягкой тонкой кожи. | прил … Толковый словарь Ожегова

    хром - а, м. chrome m. <новолат. chromium <лат. chroma <гр. краска. 1. Химический элемент твердый серебристый металл, употребляемый при изготовлении твердых сплаво и для покрытия металлических изделий. БАС 1. Металл, открытый Вокеленом,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

    ХРОМ - ХРОМ, Chromium (от греч. chroma краска), I симв. Сг, хим. элемент с ат. весом 52,01 (изо! топы 50, 52, 53, 54); порядковое число 24, за! нимает место в четной подгруппе VІ группы j таблицы Менделеева. Соединения X. часто i встречаются в природе … Большая медицинская энциклопедия

    - (лат. Chromium) Cr, химический элемент VI группы Периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,9961. Название от греч. chroma цвет, краска (из за яркой окраски Соединения). Голубовато серебристый металл; плотность 7,19… … Большой Энциклопедический словарь

    ХРОМ 1, а, м. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

    ХРОМ 2, а, м. Сорт мягкой тонкой кожи. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Хром является серебристо-белым, твердым, блестящим, но в то же время довольно хрупким металлом. Ранее считалось, что хром практически не обладает пластическими свойствами. Но в 70-е годы прошлого века путем переплава его электронным лучом в вакууме получен металл весьма пластичный, протягивающийся в тонкую проволоку. Курс химии, ч. 2. Специальная для машиностроительных и транспортных вузов/Г.П. Лучинский [и др.]. - М.: Высшая школа, 1972. - С.101.

Основные физические свойства хрома приведены ниже: Лаврухина А.К. Аналитическая химия хрома/А.К. Лаврухина, Л.В. Юкина. - М.: Наука, 1979. - С.9-10.

Атомная масса 51,996

Атомный объем, см 3 /г-атом 7,23

Атомный радиус Е

ковалентный 1,18

металлический 1,27

Давление пара (1560°К), атм 1,50 10 -6

Период решетки (а )* I , Б 2,8829

Плотность, г/см 3

рентгеновская 7,194

пикнометрическая 7,160

Потенциалы ионизации

I 1 = 6,764 I 4 = (51)

I 2 = 16,49 I 5 = 73

I 3 = 31 I 6 = 90,6

Твердость по Бринеллю (20°), Мпа 1120* 2

Температура плавления, °К 2176,0

Температура кипения, °К 2840,0

Теплота плавления, кал/моль 3300,0* 3

Теплота сублимации, ккал/моль 94,8* 3

Теплопроводность, вт/м град 88,6

Удельная электронная 1,40

теплоемкость г, мдж (моль град)

Энергия атомизации, ккал/моль

Энтропия S° Т (298° К)

газообразного Cr, кал/(г-атом град) 41,64

металлического Cr, кал/(моль град) 5,70

Главная руда хрома - это минерал хромит FeCr 2 O 4 , имеющий структуру шпинели, в которой атомы Cr (III) занимают октаэдрические, а Fe (II) - тетраэдрические положения. Коттон Ф. Основы неорганической химии/Ф. Коттон, Дж.Уилкинсон. - М.: Мир, 1979. - С.458.

Хромит восстанавливают углеродом, причем для получения феррохрома содержание оксида хрома в руде должно быть не менее 48%. В процессе плавки протекает реакция:

FeO Cr 2 O 3 + 4C > Fe + 2Cr + 4CO^

Помимо этого, хром входит в состав многих минералов, в частности в состав крокоита PbCrO 4 ; к другим минералам, содержащим хром, относятся финицит, менахлоит или феникохлоит 3PbO*2Cr 2 O 3 , березовит, трапакалит, магнохромит и др. Свойства элементов: справ.изд./М.Е.Дриц [и др.]. - М: Металлургия, 1985. - С.368.

На физические и химические свойства хрома существенно влияют и другие примеси. Так, например, в присутствии примесей Al, Cu, Ni, Fe, Co, Si, W, Mo (до ~ 1%) порог хрупкости хрома резко увеличивается; примеси водорода, кислорода и азота оказывают очень малое влияние. А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.9.

Хром технической чистоты получают алюминотермическими, силикотермическими, электролитическими и другими методами из оксида хрома, который получают их хромистого железняка. М.Е. Дриц. Указ. соч. - С.368.

Если нужно получить чистый хром, то хромит сначала сплавляют с NaOH и окисляют кислородом, чтобы перевести Cr (III) в CrO 4 2-. Сплав растворяют в воде, осаждают из нее бихромат натрия, который затем восстанавливают углеродом:

Na 2 Cr 2 O 7 + 2C > Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 + CO^

Образовавшийся оксид восстанавливают до металлического хрома:

Cr 2 O 3 + 2Al > Al 2 O 3 + 2Cr Ф. Коттон. Указ. соч. - С.458.

Наиболее чистый хром для лабораторных исследований получают йодидным методом. Этот процесс основан на образовании летучих йодидов хрома (при 700-900°С) и их диссоциации н нагретой поверхности (при 1000-1100°С). Металлический хром после йодидного рафинирования пластичен в литом состоянии (удлинение при растяжении 9-18%). М.Е. Дриц. Указ. соч. - С.368-369.

Для металлического хрома известны полиморфные видоизменения, одно из которых является устойчивым - это б-хром. в-хром является менее устойчивой модификацией, получается при электролитическом осаждении. Кристаллические решетки б-хрома и в-хрома приведены ниже на рисунке. Г.П. Лучинский. Указ. соч. - С.101-102.

В неравновесных условиях возможно формирование кристаллов хрома с другой структурой; при конденсации паров хрома получена разновидность с примитивной кубической решеткой (а = 4,581Е), близкой к структурному типу в-W. Хром обладает сложной магнитной структурой; для него характерны три магнитных превращения: при 120, 310, 473°К. А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.9.

Как уже говорилось выше, хром является элементом VIБ группы четвертого периода.

Если исключить стехиометрию соединений, хром напоминает элементы VIБ группы (группа серы) только тем, что образует кислый оксид, а CrO 2 Cl 2 имеет ковалентную природу и легко гидролизуется. Ф. Коттон. Указ. соч. - С.458.

Электронная структура его атомов - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 . Хром относится к группе переходных элементов, у которых d-орбитали заполнены лишь частично. Это обусловливает способность хрома образовывать парамагнитные соединения, его переменную валентность и окраску многих соединений.

Характерной особенностью хрома как переходного элемента d-группы является способность к образованию многочисленных комплексных соединений с различными структурой, валентностью и типами связей. Образование комплексных соединений с нейтральными молекулами приводит к стабилизации низших состояний окисления d-элемнтов. В следствии этого существуют соединения хрома в состоянии окисления 0 (система d 6). Одновалентный хром достоверно известен только в виде комплексов K 3 , ClO 4 (где Dip - 2,2?-дипиридил). А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.12.

Чаще всего соединения хрома имеют следующее пространственное строение:

> Октаэдрические структуры, как в 2+ или 3+

> Тетраэдрические структуры, как в Cr(O-трет-C 4 H 9) 4

> Тетраэдрические структуры, как в CrO 4 3- , CrO 4 2- , CrO 3 Ф. Коттон. Указ. соч. - С.459.

Хром, являясь восстановителем, может отдавать от 2 до 6 электронов.

Поэтому для хрома характерны следующие степени окисления: от -2 до +6. В соединениях хром чаще проявляет степени +2, +3, +6, реже +1, +4, +5. М.Е. Дриц. Указ. соч. - С.373.

Для хрома наиболее устойчивая степень окисления +3 (d 3- система; заполнение на половину t 2g- орбиталей при октаэдрической координации). Известны так же соединения с формальной степенью окисления -2. В степени окисления +6 хром несколько напоминает ванадий (+5). Анорганикум/Г. Блументаль [и др.]. - М.: Мир, 1984. - С.617-618.

Растворимость соединений хрома варьируется, главным образом, в зависимости от степени окисления.

Наиболее превалирующими являются 3-валентное и 6-валентное состояния хрома. Регистрационные номера, присвоенные Chemical Abstracts Service (CAS) для 3-валентного и 6-валентного хрома - 16065-83-3 и 18540-29-9 соответственно. Wilbur S, Abadin H, Fay M, et al.

Регистрационный номер хрома Chemical Abstracts Service (CAS) - 7440-47-3. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Хром. Современное издание Программы ООН по окружающей среде. Женева. 1990. Таблица №1.

В чистом виде хром(0) практически не встречается. Тем не менее существует относительно нестойкий хром в 2-валентном состоянии, который под влиянием окружающей среды легко окисляется до хрома (III).

Соединения хрома более стабильны в 3-валентном состоянии более стабильны во внешней среде и встречаются в природе в рудах, таких как - феррохроматы (FeCr 2 O 4). 6-валентный хром, на втором месте по стабильности, однако он встречается в таких редких минералах, как крокоит (PbCrO 4). 6-валентные соединения хрома в первую очередь являются результатом деятельности человека. Wilbur S, Abadin H, Fay M, et al.

Взаимосвязь 3-валентного и 6-валентного состояний хрома описывается уравнением:

Cr 2 6+ O 7 2- + 14H + + 6з > 2Cr (III) +7H 2 O + 1.33V

Различия между двумя состояниями по электронному заряду отражают сильные окислительные свойства 6-валентного хрома и значит энергию, необходимая для окисления 3-валентной формы в 6-валентную. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Хром. Современное издание Программы ООН по окружающей среде. Женева. 1990.

В ряду напряжений хром находится среди электроотрицательных элементов и сравнительно активных металлов, способных переходить в раствор с образованием положительных ионов (хром находится между цинком и железом: Zn¦Zn 2+ - 0,762; Cr¦Cr 3+ - 0,71; Fe ¦ Fe 2+ - 044). Михайленко Я.И. Курс общей и неорганической химии/Я.И. Михайленко. - М.: Высшая школа, 1966. - С.320. Однако на воздухе и в окислительных средах хром легко пассивируется и приобретает свойства благородных металлов.

На воздухе осадки хрома сохраняют свой блеск и окраску. Объясняется это тем, что пассивная пленка на поверхности хрома, отличающаяся малой толщиной и высокой прозрачностью, хорошо предохраняет покрытие от потускнения. При повышении температуры до 400-500°С окисляемость хрома возрастает незначительно. Температура быстрого окисления хрома около 1100°С и более. Черкез М.Б. Хромирование/М.Б. Черкез. - Л.: Машиностроение, 1971. - С.31.

Наиболее распространенным оксидом является Cr 2 O 3 (31,6 О), представляющий собой тугоплавкое вещество зеленого цвета (зеленый хром), применяемое для приготовления клеевой и масляной красок. Высший оксид хрома CrO 3 - темнокрасные игольчатые кристаллы представляет собой хромовый ангидрид, хорошо растворим в воде. М.Е. Дриц. Указ. соч. - С.374.

Фторид CrF 2 - синевато-зеленые кристаллы, слаборастворимые в воде; на воздухе окисляются до Cr 2 O 3 . Получают CrF 2 пропускание газ. HF над порошком металлического хрома при температуре красного каления. Известны двойные фториды с катионами NH 4+ и К + состава M I CrF 3

Фторид хрома (III) существует в безводной и гидратированной формах. Зеленоватые иглы CrF 3 нерастворимы в воде, спирте, аммиаке, плохо растворимы в кислотах. Гидратированная форма нерастворима в этаноле, слегка растворимо в воде. А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.19-20.

При нагревании соединяется непосредственно с другими галогенами, а также с азотом, кремнием, бором и некоторыми металлами:

2Cr + 3Cl 2 > 2CrCl 3

Cr + 2Si > CrSi 2

Известны два нитрида хрома Cr 2 N и CrN. Последний получают пропусканием тока азота над нагретым при 600-900°С тонким порошком пирофорного хрома: А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.21.

2Cr + N 2 > 2CrN

Хлорид CrCl 2 - бесцветное кристаллическое гигроскопичное соединение, растворимое в воде. Получают CrCl 2 пропускание газ. HCl над порошкообразным хромом при температуре красного каления.

Хлорид хрома (III) получают многими способами. Безводный CrCl 3 - красно-фиолетовые кристаллы, плохо растворимы в воде, однако в присутствии следов восстановителей его растворимость увеличивается. Нерастворим в абсолютном этаноле и метаноле, ацетальдегиде, ацетоне, диэтиловом эфире.

Бромид CrBr 2 , соединение желтовато-белого цвета, получают при взаимодействии металлического Cr и сухого HBr при высокой температуре. Растворим в воде с образованием голубого раствора и в этаноле.

Бромид CrBr 3 - черное кристаллическое соединение, которое получают действием брома на нагретый хром. Растворим в горячей воде.

Йодид CrJ 2 соединение бледно-серого цвета, получают при синтезе из Cr и J 2 при 800°С; растворим в воде. Черный CrJ 3 получают нагреванием йода с хромом при 500°С в вакуумированной трубке. Трудно растворяется в воде. А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.20-21.

В 1926 году Вейсельфельдеру удалось впервые получить гидрид хрома CrH 3 . Я.И. Михайленко. Указ. соч. - С.320. Также известен гидрид CrH, эти гидриды различаются кристаллической структурой и свойствами. Они не устойчивы и разлагаются при нагревании. Хром поглощает значительные количества водорода, особенно при его электролитическом выделении из растворов, содержащих в качестве восстановителя сахар. Содержание водорода в образующемся твердом растворе может доходить до 5 ат. %. Г.П. Лучинский. Указ. соч. - С.103.

В результате взаимодействия металлов с углеродом при высоких температурах образуются карбиды разнообразного состава. Наиболее изученными являются Cr 4 C, Cr 2 C 3 , Cr 3 C 2 . Г.П. Лучинский. Указ. соч. - С.103.

С серой хром образует сульфиды CrS (38,1% S), Cr 2 S 3 (47,9% S), Cr 3 S 4 (45,1% S). Сульфид CrS неустойчив при комнатной температуре и распадается с выделением чистого хрома. М.Е. Дриц. Указ. соч. - С.374.

Получают сульфиды при 24-часовом нагревании в электрической печи при 1000°С смесей соответствующих эквивалентных количеств электролитического хрома и очищенной серы в запаянных кварцевых ампулах.

Достоверно изучены только дифосфид CrP 2 , образующийся при синтезе из элементов при высоких температурах, монофосфид CrP, образующийся при синтезе из элементов при пропускании фосфина над нагретым до 850°С порошком хрома, и субфосфид Cr 3 P. А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.22.

Ближайшими аналогами хрома являются молибден и вольфрам, с которыми он образует непрерывные твердые растворы. По мере увеличения различия в физико-химических свойствах хрома и взаимодействующего с ним элемента растворимость уменьшается, а в пределе отсутствует. Элементы IА подгруппы - литий, натрий, калий, рубидий и цезий - при обычных условиях с хромом не взаимодействуют из-за большого различия в размерах атомных диаметров. Золото, медь и серебро крайне ограниченно растворимы в хроме. хром химический оксид металлический

Бериллий образует с хромом ограниченные твердые растворы с переменной по температуре растворимостью, а также металлическое соединение CrBe 2 . Сведения о взаимодействии хрома с магнием, кальцием, стронцием и барием отсутствуют. Возможность образования твердых растворов этих элементов в хроме крайне ограничена из-за большого различия в величинах атомного диаметра хрома и указанных элементов.

Крайне слабо выражена также склонность хрома к взаимодействию с металлами IIБ подгруппы - цинком, кадмием и ртутью. С элементами IIIА подгруппы - иттрием и лантаном - хром образует ограниченные твердые растворы и металлические соединения - бориды и алюминиды; некоторые из них, например, CrB, представляют практический интерес при разработке сплавов с особыми свойствами.

С элементами IVА подгруппы - титаном, цирконием и гафнием - хром образует ограниченные твердые растворы и соединения типа АВ 2 , относящиеся по своей кристаллохимической природе к фазам Лавеса. Эти фазы TiCr 2 , ZrCr 2 , HfCr 2 имеют при комнатной температуре структуру типа MgCu 2 , а при нагреве претерпевают полиморфное превращение MgCu 2 - MgZn 2 .

С кремнием хром образует силициды: Cr 3 Si, Cr 3 Si 2 , Cr 5 Si 3 , CrSi, CrSi 2 .

С элементами VA подгруппы хром взаимодействует по-разному. С ванадием хром образует непрерывные твердые растворы, а с ниобием и танталом - металлические соединения типа фаз Лавеса - NbCr 2 и TaCr 2 .

С марганцем и рением взаимодействие хрома практически одинаково - образуются ограниченно твердые растворы большой протяженности со стороны хрома и промежуточные соединения типа у-фазы.

С элементами VIII группы хром образует ограниченные твердые растворы, а с некоторыми из них (кобальтом, железом, платиной, палладием, иридием и рутением), кроме того, металлические соединения. Металлические соединения хрома с платиной, иридием, рутением имеют кристаллическую решетку типа в-вольфрама. В системах хром-железо и хром-кобальт существует у-фаза, способствующая повышению твердости и охрупчиванию сплавов. М.Е. Дриц. Указ. соч. - С.374-375.

Хром обладает коррозийной стойкостью по отношению ко многим кислотам, щелочам и солям. М.Б. Черкез. Указ.соч. - С.31. Некоторые кислоты, например, концентрированная азотная, фосфорная, хлорноватая, хлорная, образуют на хроме окисную пленку, приводя его к пассивации. В этом состоянии хром обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью и на него не действуют разбавленные минеральные кислоты. Хром является электроотрицательным по отношению к наиболее практически важным металлам и сплавам, и если он с ними образует гальванопару, то ускоряет их коррозию. М.Е. Дриц. Указ. соч. - С.373.

В то же время, как уже говорилось выше, хром устойчив к коррозии, поэтому он используется как защитное покрытие, которое наносится электролизом. Ф. Коттон. Указ. соч. - С.458.

В соляной и горячей, концентрированной серной кислоте хром растворяется энергично:

Cr + 2HCl > CrCl 2 + H 2 ^

Cr + H 2 SO 4 > CrSO 4 + H 2 ^

Однако на скорость растворения хрома большое влияние оказывает температура электролита при его осаждении. М.Б. Черкез. Указ.соч. - С.31.

Известно больше число простых и комплексных соединений Cr (II) и Cr (III) с органическими кислотами. Так ацетат хрома (II) - одно из самых распространенных и устойчивых соединений двухвалентного хрома; известны соли карбоновых кислот. Хром (III) образует комплексы со щавелевой кислотой: + , 0 (где ОАс - ацетат-ион), - , 3- .

Изучены реакции комплексообразования Cr (III) c малоновой и янтарной кислотами; получены комплексы состава 1:1, 1:2, 1:3. Аналогичные составы комплексов получены при взаимодействии Cr (III) и фталевой кислоты. Комплексы Cr (III) с адипириновой кислотой (Ad) имеют составы 0 и - . Изучены комплексы Cr (III) с аскорбиновой кислотой и ализаринсульфоновой кислотами. Поучены комплексы Cr (II) и Cr (III) с пиколиновой кислотой составов CrА + и CrА 2+ . Установлено исключительно резкое уменьшение восстановительных свойств Cr (II) в комплексе CrА + ; его окисление не происходит даже в токе кислорода при 20°С.

Хром (III) образует комплексы с этилендиаминтетрауксусной кислотой (H 4 Y) и ее производными очень медленно; этот процесс ускоряется при нагревании. В водных растворах при разных рН существует четыре различных комплекса: фиолетовые Н и - , голубой 2- и в сильно щелочном растворе - зеленый 3- . С нитрилотриуксусной кислотой (Н 3 Х) в щелочных растворах Cr (III) образует гидроскокомплексы - (фиолетовый) и 2- (зеленый). А.К. Лаврухина. Указ. соч. - С.34-25.

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 искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен 51 Cr (период полураспада T ½ = 27,8 суток), который применяется как изотопный индикатор.

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

Распространение Хрома в природе. Среднее содержание Хрома в земной коре (кларк) 8,3·10 -3 % . Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли, так как ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Хромом (2·10 -4 %). Хром образует массивные и вкрапленные руды в ультраосновных горных породах; с ними связано образование крупнейших месторождений Хрома. В основных породах содержание Хрома достигает лишь 2·10 -2 %, в кислых - 2,5·10 -3 %, в осадочных породах (песчаниках) - 3,5·10 -3 %, глинистых сланцах - 9·10 -3 % . Хром - сравнительно слабый водный мигрант; содержание Хрома в морской воде 0,00005 мг/л.

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

Физические свойства Хрома. Хром - твердый, тяжелый, тугоплавкий металл. Чистый Хром пластичен. Кристаллизуется в объемноцентрированной решетке, а = 2,885Å (20 °С); при 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решеткой, а = 3,69Å.

Атомный радиус 1,27 Å; ионные радиусы Cr 2+ 0,83Å, Cr 3+ 0,64Å, Cr 6+ 0,52 Å. Плотность 7,19 г/см 3 ; t пл 1890 °С; t кип 2480 °С. Удельная теплоемкость 0,461 кдж/(кг·К) (25°С); термический коэффициент линейного расширения 8,24·10 -6 (при 20 °С); коэффициент теплопроводности 67 вт/(м·К) (20 °С); удельное электросопротивление 0,414 мком·м(20 °С); термический коэффициент электросопротивления в интервале 20-600 °С составляет 3,01·10 -3 . Хром антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6·10 -6 . Твердость высокочистого Хрома по Бринеллю 7-9 Мн/м 2 (70-90 кгс/см 2).

Химические свойства Хрома. Внешняя электронная конфигурация атома Хрома 3d 5 4s 1 . В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Сr 3+ ; известны отдельные соединения, в которых Хром имеет степени окисления +1, +4, +5. Хром 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 Сr 2 О 3 ; азотом - Cr 2 N, CrN; углеродом - Сr 23 С 6 , Сr 7 С 3 , Сr 3 С 2 ; серой - Cr 2 S 3 . При сплавлении с бором образует борид СrВ, с кремнием - силициды Cr 3 Si, Cr 2 Si 3 , CrSi 2 . Со многими металлами Хром дает сплавы. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла оксидной пленки. При 1200 °С пленка разрушается и окисление снова идет быстро. Хром загорается в кислороде при 2000 °С с образованием темно-зеленого оксида Хрома (III) Сr 2 О 3 . Помимо оксида (III), известны других соединения с кислородом, например CrO, СrО 3 , получаемые косвенным путем. Хром легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата Хрома и выделением водорода; царская водка и азотная кислота пассивируют Хром.

С увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства Хром Производные Сr 2+ - очень сильные восстановители. Ион Сr 2+ образуется на первой стадии растворения Хрома в кислотах или при восстановлении Сr 3+ в кислом растворе цинком. Гидрат закиси Сr(ОН) 2 при обезвоживании переходит в Сr 2 О 3 . Соединения Сr 3+ устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. Сr 3+ можно восстановить в кислом растворе цинком до Сr 2+ или окислить в щелочном растворе до СrО 4 2- бромом и других окислителями. Гидрооксид Сr(ОН) 3 (вернее Сr 2 О 3 ·nН 2 О) - амфотерное соединение, образующее соли с катионом Сr 3+ или соли хромистой кислоты НСrО 2 - хромиты (например, КСrО 2 , NaCrO 2). Соединения Сr 6+ : хромовый ангидрид СrО 3 , хромовые кислоты и их соли, среди которых наиболее важны хроматы и дихроматы - сильные окислители. Хром образует большое число солей с кислородсодержащими кислотами. Известны комплексные соединения Хрома; особенно многочисленны комплексные соединения Сr 3+ , в которых Хром имеет координационное число 6. Существует значительное число переоксидных соединений Хрома

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

2FeCr 2 О 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5О 2 = 4К 2 СrО 4 + Fе 2 О 3 + 4СО 2 .

Образующийся хромат калия К 2 СrО 4 выщелачивают горячей водой и действием H 2 SO 4 превращают его в дихромат К 2 Сr 2 О 7 . Далее действием концентрированного раствора H 2 SО 4 на К 2 Сr 2 О 7 получают хромовый ангидрид С 2 О 3 или нагреванием К 2 Сr 2 О 7 с серой - оксид Хрома (III) С 2 О 3 .

Наиболее чистый Хром в промышленного условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов СrО 3 или Сr 2 О 3 , содержащих H 2 SO 4 , либо электролизом сульфата Хрома Cr 2 (SO 4) 3 . При этом Хром выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Хрома особо чистым водородом при высокой температуре (1500-1700 °С).

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

В небольших количествах Хром получают восстановлением Сr 2 О 3 алюминием или кремнием. При алюминотермическом способе предварительно подогретую шихту из Сr 2 О 3 и порошка или стружек Аl с добавками окислителя загружают в тигель, где реакцию возбуждают поджиганием смеси Na 2 O 2 и Аl до тех пор, пока тигель заполнится Хромом и шлаком. Силикотермически Хром выплавляют в дуговых печах. Чистота получаемого Хрома определяется содержанием примесей в Сr 2 О 3 и в Аl или Si, используемых для восстановления.

В промышленности в больших масштабах производятся сплавы Хрома - феррохром и силикохром.

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

Значительное количество Хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый Хром в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Хром в виде иона Cr 3+ - примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями Хрома протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Хрома 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 Хром (особенно производные Cr 6 +) токсичны.

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

Отравления Хромом, 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 Хрома зависит от их химические структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr(II), Cr(III). 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 Хромом. При длительном контакте с соединениями Хрома развиваются признаки хронические отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и других. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии Хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения Хрома, преимущественно Cr(III), обладают канцерогенным действием.

Хром

Элемент №24. Один из самых твердых металлов. Обладает высокой химической стойкостью. Один из важнейших металлов, используемых в производстве легированных сталей. Большинство соединений хрома имеет яркую окраску, причем самых разных цветов. За эту особенность элемент и был назван хромом, что в переводе с греческого означает «краска».

Как его нашли

Минерал, содержащий хром, был открыт близ Екатеринбурга в 1766 г. И.Г. Леманном и назван «сибирским красным свинцом». Сейчас этот минерал называется крокоитом. Известен и его состав – РbCrО 4 . А в свое время «сибирский красный свинец» вызвал немало разногласий среди ученых. Тридцать лет спорили о его составе, пока, наконец, в 1797 г. французский химик Луи Никола Воклен не выделил из него металл, который (тоже, кстати, после некоторых споров) назвали хромом.

Воклен обработал крокоит поташем К 2 CO 3: хромат свинца превратился в хромат калия. Затем с помощью соляной кислоты хромат калия был превращен в окись хрома и воду (хромовая кислота существует только в разбавленных растворах). Нагрев зеленый порошок окиси хрома в графитовом тигле с углем, Воклен получил новый тугоплавкий металл.

Парижская академия наук по всей форме засвидетельствовала открытие. Но, скорее всего, Воклен выделил не элементарный хром, а его карбиды. Об этом свидетельствует иглообразная форма полученных Вокленом светлосерых кристаллов.

Название «хром» предложили друзья Воклена, но оно ему не понравилось – металл не отличался особым цветом. Однако друзьям удалось уговорить химика, ссылаясь на то, что из ярко окрашенных соединений хрома можно получать хорошие краски. (Кстати, именно в работах Воклена впервые объяснена изумрудная окраска некоторых природных силикатов бериллия и алюминия; их, как выяснил Воклен, окрашивали примеси соединений хрома.) Так и утвердилось за новым элементом это название.

Между прочим, слог «хром», именно в смысле «окрашенный», входит во многие научные, технические и даже музыкальные термины. Широко известны фотопленки «изопанхром», «панхром» и «ортохром». Слово «хромосома» в переводе с греческого означает «тело, которое окрашивается». Есть «хроматическая» гамма (в музыке) и есть гармоника «хромка».

Где он находится

В земной коре хрома довольно много – 0,02%. Основной минерал, из которого промышленность получает хром, – это хромовая шпинель переменного состава с общей формулой (Mg, Fe) О · (Сr, Al, Fе) 2 O 3 . Хромовая руда носит название хромитов или хромистого железняка (потому, что почти всегда содержит и железо). Залежи хромовых руд есть во многих местах. Наша страна обладает огромными запасами хромитов. Одно из самых больших месторождений находится в Казахстане, в районе Актюбинска; оно открыто в 1936 г. Значительные запасы хромовых руд есть и на Урале.

Хромиты идут большей частью на выплавку феррохрома. Это – один из самых важных ферросплавов, абсолютно необходимый для массового производства легированных сталей.

Ферросплавы – сплавы железа с другими элементами, применяемыми главным обрядом для легирования и раскисления стали. Феррохром содержит не менее 60% Cr.

Царская Россия почти не производила ферросплавов. На нескольких доменных печах южных заводов выплавляли низкопроцентные (по легирующему металлу) ферросилиций и ферромарганец. Да еще на реке Сатке, что течет на Южном Урале, в 1910 г. был построен крошечный заводик, выплавлявший мизерные количества ферромарганца и феррохрома.

Молодой Советской стране в первые годы развития приходилось ввозить ферросплавы из-за рубежа. Такая зависимость от капиталистических стран была недопустимой. Уже в 1927...1928 гг. началось сооружение советских ферросплавных заводов. В конце 1930 г. была построена первая крупная ферросплавная печь в Челябинске, а в 1931 г. вступил в строй Челябинский завод – первенец ферросплавной промышленности СССР. В 1933 г. были пущены еще два завода – в Запорожье и Зестафони. Это позволило прекратить ввоз ферросплавов. Всего за несколько лет в Советском Союзе было организовано производство множества видов специальных сталей – шарикоподшипниковой, жароупорной, нержавеющей, автотракторной, быстрорежущей... Во все эти стали входит хром.

На XVII съезде партии нарком тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе говорил: «...если бы у нас не было качественных сталей, у нас не было бы автотракторной промышленности. Стоимость расходуемых нами сейчас качественных сталей определяется свыше 400 млн руб. Если бы надо было ввозить, это – 400 млн руб. ежегодно, вы бы, черт побери, в кабалу попали к капиталистам...»

Завод на базе Актюбинского месторождения построен позже, в годы Великой Отечественной войны. Первую плавку феррохрома он дал 20 января 1943 г. В сооружении завода принимали участие трудящиеся города Актюбинска. Стройка была объявлена народной. Феррохром нового завода шел на изготовление металла для танков и пушек, для нужд фронта.

Прошли годы. Сейчас Актюбинский ферросплавный завод – крупнейшее предприятие, выпускающее феррохром всех марок. На заводе выросли высококвалифицированные национальные кадры металлургов. Из года в год завод и хромитовые рудники наращивают мощность, обеспечивая нашу черную металлургию высококачественным феррохромом.

В нашей стране есть уникальное месторождение природнолегированных железных руд, богатых хромом и никелем. Оно находится в оренбургских степях. На базе этого месторождения построен и работает Орско-Халиловский металлургический комбинат. В доменных печах комбината выплавляют природнолегированный чугун, обладающий высокой жароупорностью. Частично его используют в виде литья, но большую часть отправляют на передел в никелевую сталь; хром при выплавке стали из чугуна выгорает.

Большими запасами хромитов располагают Куба, Югославия, многие страны Азии и Африки.

Как его получают

Хромит применяется преимущественно в трех отраслях промышленности: металлургии, химии и производстве огнеупоров, причем металлургия потребляет примерно две трети всего хромита.

Сталь, легированная хромом, обладает повышенной прочностью, стойкостью против коррозии в агрессивных и окислительных средах.

Получение чистого хрома – дорогой и трудоемкий процесс. Поэтому для легирования стали применяют главным образом феррохром, который получают в дуговых электропечах непосредственно из хромита. Восстановителем служит кокс. Содержание окиси хрома в хромите должно быть не ниже 48%, а отношениеCr: Fe не менее 3: 1.

Полученный в электропечи феррохром обычно содержит до 80% хрома и 4...7% углерода (остальное – железо).

Но для легирования многих качественных сталей нужен феррохром, содержащий мало углерода (о причинах этого – ниже, в главе «Хром в сплавах»). Поэтому часть высокоуглеродистого феррохрома подвергают специальной обработке, чтобы снизить содержание углерода в нем до десятых и сотых долей процента.

Из хромита получают и элементарный, металлический хром. Производство технически чистого хрома (97...99%) основано на методе алюминотермии, открытом еще в 1865 г. известным русским химиком Н.Н. Бекетовым. Сущность метода – в восстановлении окислов алюминием, реакция сопровождается значительным выделением тепла.

Но предварительно надо получить чистую окись хрома Сr 2 О 3 . Для этого тонко измельченный хромит смешивают с содой и добавляют к этой смеси известняк или окись железа. Вся масса обжигается, причем образуется хромат натрия:

2Сr 2 О 3 + 4Na 2 CO 3 + 3О 2 → 4Na 2 CrO 4 + 4CO 2 .

Затем хромат натрия выщелачивают из обожженной массы водой; щелок фильтруют, упаривают и обрабатывают кислотой. В результате получается бихромат натрия Na 2 Cr 2 O 7 . Восстанавливая его серой или углеродом при нагревании, получают зеленую окись хрома.

Металлический хром можно получить, если чистую окись хрома смешать с порошком алюминия, нагреть эту смесь в тигле до 500...600°C и поджечь с помощью перекиси бария, Алюминий отнимает у окиси хрома кислород. Эта реакция Сr 2 О 3 + 2Аl → Аl 2 O 3 + 2Сr – основа промышленного (алюминотермического) способа получения хрома, хотя, конечно, заводская технология значительно сложнее. Хром, полученный алюминотермически, содержит алюминия и железа десятые доли процента, а кремния, углерода и серы – сотые доли процента.

Используют также силикотермический способ получения технически чистого хрома. В этом случае хром из окиси восстанавливается кремнием по реакции

2Сr 2 О 3 + 3Si → 3SiO 2 + 4Сr.

Эта реакция происходит в дуговых печах. Для связывания кремнезема в шихту добавляют известняк. Чистота силикотермического хрома примерно такая же, как и алюминотермического, хотя, разумеется, содержание в нем кремния несколько выше, а алюминия несколько ниже. Для получения хрома пытались применить и другие восстановители – углерод, водород, магний. Однако эти способы не получили широкого распространения.

Хром высокой степени чистоты (примерно 99,8%) получают электролитически.

Технически чистый и электролитический хром идет главным образом на производство сложных хромовых сплавов.

Константы и свойства хрома

Атомная масса хрома 51,996. В менделеевской таблице он занимает место в шестой группе. Его ближайшие соседи и аналоги – молибден и вольфрам. Характерно, что соседи хрома, так же как и он сам, широко применяются для легирования сталей.

Температура плавления хрома зависит от его чистоты. Многие исследователи пытались ее определить и получили значения от 1513 до 1920°C. Такой большой «разброс» объясняется прежде всего количеством и составом содержащихся в хроме примесей. Сейчас считают, что хром плавится при температуре около 1875°C. Температура кипения 2199°C. Плотность хрома меньше, чем железа; она равна 7,19.

По химическим свойствам хром близок к молибдену и вольфраму. Высший окисел его CrО 3 – кислотный, это – ангидрид хромовой кислоты Н 2 CrО 4 . Минерал крокоит, с которого мы начинали знакомство с элементом №24, – соль этой кислоты. Кроме хромовой, известна двухромовая кислота H 2 Cr 2 O 7 , в химии широко применяются ее соли – бихроматы. Наиболее распространенный окисел хрома Cr 2 О 3 – амфотерен. А вообще в разных условиях хром может проявлять валентности от 2 до 6. Широко используются только соединения трех- и шестивалентного хрома.