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 металлический достаточно распространен. Основной элемент – хромистый железняк или крокоит.

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. 

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. 

История открытия

Эта история началась в 1766 году. В окрестностях Екатеринбурга обнаружили 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.

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

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.

  • 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. 

Роль хрома

Вообще, хром входит постоянно в состав тканей растений и животных, с помощью него происходит обмен углеводов, липидов и белков.

Но хром в чистом виде достаточно токсичен, он может раздражать легкие из-за металлической пыли.

Также соединения хрома могут привести к заболеваниям человека, плоть до дерматитов и онкологии.

Кстати (красавицам на заметку -)), пиколинат хрома входит в средства для похудения.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

6 − 3 =

Пролистать наверх