Хром является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 24 и условным обозначением Cr. Хром в свободном виде представляет собой стально-серый, блестящий, твердый и хрупкий переходный металл.
Открытие
История открытия такого химического элемента как хром начинается в середине XVIII века. Михаил Васильевич Ломоносов сообщил в 1763 году о том, что профессор химии немецкого происхождения работавший в Петербурге обнаружил в золотом руднике на Среднем Урале необычный свинцовый минерал и начал проводить его исследования. Иоганн Готтлоб Леман описал оранжево-красный минерал в 1766 году и назвал его «Сибирский красный свинец», который впоследствии стал называться крокоитом (PbCrO4) . Так как он ошибочно предположил, что данный минерал является железосодержащим соединением свинца новый химический элемент так и не был открыт.
Спустя 30 лет в 1797 году французский химик Луи Николя Воклен из крокоита получил оксид хрома (Cr2O3) с помощью соляной кислоты. В 1798 году ему удалось получить загрязненный элементарный хром путем восстановления оксида хрома (III) древесным углем. Примерно в то же время немецкий химик Мартин Генрих Клапрот также работал над минералом и также открыл данный элемент, но Воклен опубликовал свои исследования раньше. Рене-Жюст Аюи, друг Воклена, предложил назвать недавно открытый металл хромом (от греческого χρῶμα chrṓma «цвет») из-за многоцветной природы его солей в разных степенях окисления. Первоначально Воклену не понравилось предложенное название, так как обнаруженный металл имел неприметный серый цвет и не оправдывал название, но товарищи убедили его в названии. Воклен также смог обнаружить следы хрома в таких драгоценных камнях, как рубин и изумруд.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 1907 °С |
| Точка кипения | 2482°С |
| Плотность при Н.У. | 7,14 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 8.5 |
| Мол. теплота плавления | 21,0 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 347 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 23,35 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 7,23 · 10 -6 м 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 24 |
| Атомная масса | 51,9961 |
| Электронная конфигурация | 3d54s1 |
| Радиус атома | 140 пм |
| Ковалентный радиус | 139 пм |
| Степени окисления | 0, +2, +3, +4, +6 |
| Радиус иона | 63 пм |
| Электроотрицательность | 1.66 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 652,4 кДж/моль |
| Изотопы | ⁴⁸Cr; ⁴⁹Cr; ⁵⁰Cr; ⁵¹Cr; ⁵²Cr; ⁵³Cr; ⁵⁴Cr |
Интересное:
Добыча и производство
Такой химический элемент как хром является 21 по распространенности в земной коре со средней концентрацией около 100 частей на миллион. Он признан Международной минералогической ассоциацией самостоятельным минералом, но известных мест образования сегодня не очень много. В общей сложности хром в качестве самостоятельного минерала встречается в десяти местах по всему миру. Коммерческая добыча хрома осуществляется преимущественно из так называемых «хромсодержащих минеральных образований».
На сегодняшний день, хром относится к критически важному сырью во многих странах и это означает, что данные о добыче и производстве не могут оглашаться. Следует отметить, что разработанные рудники имеются во многих странах мира, но лидерами по добыче являются ЮАР, Казахстан, Турция, Россия и Индия. В России самыми известными рудниками по добыче хрома являются Донской и Сарановский. Хромсодержащих минералов на сегодняшний день известно более ста и у некоторых из них содержание хрома оценивается выше 80%. Для коммерческой добычи хрома главным минералом является хромит, который имеет химическую формулу FeCr2O4. Проблема в том, что минерал с такой химической формулой является достаточно редким. Наиболее распространенными минералами, которые используются для коммерческой добычи являются магнохромит (Mg, Fe)Cr2O4, хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 и алюмохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. Данные минералы являются одинаковыми по внешним признакам и их ошибочно относят к хромитам, но все учебники цитируют получиние чистого хрома из минерала хромит. Средний ежегодный показатель добычи хромитовой руды составляет порядка 25 млн тонн.
Процесов получения чистого хрома достаточно много, но самым простым способом является восстановление хромитовой руды в электродуговой печи при температуре 2800 °C по химической формуле:
FeCr2O4 + 4C → Fe + 2 Cr + 4CO
Хром с чистотой выше 99% получают в процессе Ван Аркеля-де Бура, который заключается в нагревании хрома при низком давлении в вакуумированном колоколообразном сосуде с йодом до температуры реакции с образованием иодида хрома, а затем разлагают получая чрезвычайно чистый металл по химической формуле:
2Cr + 3I2 ←700°C→ 2CrI3
Интересное:
Применение
Применение хрома является достаточно разнообразным и подавляющее большинство современных людей в той или иной степени пользуются изделиями содержащими хром в своем составе или которые изготавливаются с его применением. В частности около 85% всего добываемого хрома используется для изготовления сплавов в металлургии, а остальное приходится литейную, огнеупорную и химическую промышленность.
Укрепляющий эффект образования стабильных карбидов металлов на границах зерен и сильное увеличение коррозионной стойкости сделали хром важным легирующим материалом для стали. Быстрорежущие инструментальные стали содержат от 3 до 5% хрома. Нержавеющая сталь, которая является основным устойчивым к коррозии металлическим сплавом, образуется при введении хрома в железо в концентрации выше 11%. Для изготовления нержавеющей стали в расплавленный чугун добавляют феррохром. Также сплавы на основе никеля обладают повышенной прочностью за счет образования дискретных стабильных металлических карбидных частиц на границах зерен.
В результате огромное количество сплавов могут использоваться для производства различного рода инструмента (ключи, отвертки, сверла), изделий и запасных частей подвижной техники(автомобили, корабли, самолеты, космические аппараты), производственных агрегатов (станки, производственные линии), суперсплавов (ASTM B163, ASTM A567), бытовой техники и приборов(тостеры, шуруповерты, ложки, вилки), микроэлектроники и многого другого.
Кроме того, хромированный арсенат меди используется при обработке древесины для его защиты от гниющих грибов, насекомых, поражающих древесину, включая термитов и морских бурильщиков. Составы содержат хром в пересчете на оксид CrO3 от 35,3% до 65,5%. Соли хрома (III), особенно хромо-алюминиевые квасцы и сульфат хрома (III), используются при дублении кожи. Хром(III) стабилизирует кожу, сшивая коллагеновые волокна и после операции может содержать 4 – 5% хрома, который прочно связан с белками. Высокая термостойкость и высокая температура плавления делают хромит и оксид хрома (III) отличным материалом для высокотемпературных огнеупорных применений, таких как доменные печи, цементные печи, формы для обжига кирпича и в качестве формовочных песков для литья металлов. В этих случаях огнеупорные материалы изготавливаются из смесей хромита и магнезита.
Некоторые соединения хрома используются в качестве катализаторов переработки углеводородов. Например, катализатор Филлипса, приготовленный из оксидов хрома, используется для производства около половины мирового полиэтилена. Смешанные оксиды Fe-Cr используются в качестве высокотемпературных катализаторов реакции конверсии водяного газа. Хромит меди является полезным катализатором гидрирования и многое многое другое. В общем каждый человек на планете в той или иной степени сталкивался с применением данного химического элемента.
Интересное:
Безопасность
Металлический хром и водонерастворимые соединения хрома (III) принято считать безопасными, но соединения хрома (VI) известны своей токсичностью и канцерогенностью очень с давних времен. Усредненная острая токсичность хрома (VI) при пероральном приеме наблюдается при поступлении в организм от 1,5 до 3,3 мг/кг. Острая токсичность хрома(VI) обусловлена его сильными окислительными свойствами. Попадая в кровоток, он повреждает почки, печень и клетки крови в результате реакций окисления. В результате может наблюдаться гемолиз, почечная и печеночная недостаточность.
Кроме того, отмечается, что соединения хрома (VI) обладают канцерогенными свойствами и его воздействие способно повредить ДНК. Они могут попадать в организм человека через дыхательные пути и повреждают легочную ткань. Люди, хронически подвергающиеся воздействию таких соединений, имеют увеличенный шанс риска возникновения рака легких . Токсическое действие увеличивается с увеличением нерастворимости соли.