Ufdjrw

Хром (Cr)
Атомний номер	24
Зовнішній вигляд простої речовини	дуже твердий метал сірого кольору
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	51,9961 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	130 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	652,4(6,76) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Cr] 3d5 4s1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	118 пм
Радіус іона	(+6e)52 (+3e)63 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,66
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	6, 3, 2, 0
Термодинамічні властивості
Густина	7,18 г/см³
Молярна теплоємність	23,35 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	93,9 Вт/(м·К)
Температура плавлення	2130 К
Теплота плавлення	21 кДж/моль
Температура кипіння	2945 К
Теплота випаровування	342 кДж/моль
Молярний об'єм	7,23 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	кубічна об'ємноцентрована
Період ґратки	2,880 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	630[1] К
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Хром у Вікісховищі?

Хром — хімічний елемент, із символом Cr і атомним номером 24, перший елемент шостої групи.

Історія |

У 1766 році в околицях Єкатеринбурга був виявлений мінерал, який отримав назву «сибірський червоний свинець», PbCrO₄. Сучасна назва — крокоїт. У 1797 французький хімік Л. Н. Воклен виділив з нього новий тугоплавкий метал (швидше за все Л. Н. Воклен отримав карбід хрому).

Походження назви |

Назва походить від грец. χρωμα — колір, завдяки яскравій забарвленості його сполук.

Загальний опис |

Хром — це сталево-сірий, блискучий, твердий та крихкий метал^[2], що має високу температуру плавлення. Назва елемента походить від грецького слова «chrōma» (χρώμα), що означає кольоровий^[3], оскільки багато його сполук інтенсивно забарвлені.

Оксид хрому використовували китайці в династії Цінь ще 2000 років тому для покриття металевої зброї. Хром був виявлений як елемент після того, як у поле зору західного світу потрапив червоний кристалічний мінерал крокоїт (хромат свинцю (II) хромату), виявлений у 1761 році. Спочатку використовувався як пігмент. Луї Ніколя Воклен першим виділив металевий хром з мінералу в 1797 році.

Металічний хром та сплав ферохрому добувається з хромітів силікотермічною чи алюмінотермічною реакцію. Хром має високий корозійний опір і твердість. Його додають при виробництві нержавіючої сталі. Цей процес, разом з хромуванням, складають 85 % комерційного використання елемента.

Тривалентний іон Хрому, можливо, знаходиться у слідових кількостях в ліпідіах, хоча це питання залишається в дебатах^[4]. У великих кількостях сполуки металу можуть бути токсичними та канцерогенними. Найвідомішим прикладом токсичної сполуки є шестивалентний хром (Cr(VI)).

Поширеність |

Крокоїт (PbCrO₄)

хромітна руда

Хром — 24-й елемент за поширеністю самих у земній корі із середньою концентрацію 100 частин на мільйон.^[5] Сполуки хрому перебувають в навколишньому середовищі внаслідок ерозії хромсовмісних порід або вивержень вулканів. Діапазон концентрацій у ґрунті становить від 1 до 300 мг/кг, у морській воді від 5 до 800 мкг/л, у річках та озерах 26 мкг/літр до 5.2 мг/л.^[6]

Метал видобувають з хроміту(FeCr₂O₄)^[7]. Близько двох п'ятих хромітових руд і концентратів у світі виробляються в Південній Африці. Видобуванням хромітів також займається Казахстан, Індія, Росія і Туреччина. Нерозвинені родовища хромітів зосереджені в Казахстані та Південній Африці.^[8]

Хоч і рідко, існують поклади самородного хрому^[9][10]. У Росії виробляються зразки самородного металу. У шахті «Удачній», багатій на кімберліт та діаманти у відновному середовищі добувається елементарний хром і алмаз.^[11]

Фізичні властивості |

У вільному вигляді хром — сірий метал з кубічною об'ємно-центрованою ґраткою, а = 0,28845 нм.
Це єдина елементарна тверда сполука, яка виявляє антиферомагнітні властивості при кімнатній температурі (і нижче). При температурі вище 38 °C він перетворюється в парамагнетик.

Хром має твердість за шкалою Мооса 5^[12], найтвердіший із чистих металів. Дуже чистий хром достатньо добре піддається механічній обробці.

Металічний хром на повітрі пасивує під дією кисню, утворюючи тонкий захисний шар поверхневого оксиду. Шар, що складається лише з кількох атомів завтовшки, є дуже щільним і, на відміну від заліза або нелегованої сталі, запобігає дифузії кисню в матеріал та виникненню іржі^[13]. Пасивація може бути підвищена шляхом короткочасного контакту з такою кислотою-окисником як азотна. Протилежний ефект досягається при обробці сильним відновником, який руйнує захисний оксидний шар на металі. Хром, оброблений таким способом, легко розчиняється в навіть в слабких кислотах.

Ізотопи |

Природний хром складається з трьох стабільних ізотопів: ⁵²Cr, ⁵³Cr і ⁵⁴Cr; ⁵² Cr є найбільш поширеним (83.789 %). Із 19 досліджених радіоізотопів найбільш стабільним є ⁵⁰Cr з періодом напіврозпаду більше 1.8×10¹⁷ років, а для ⁵¹Cr період напіврозпаду становить 27,7 днів. Усі інші радіоактивні ізотопи мають періоди напіврозпаду менше 24 годин, більшість з них мають — менше 1 хвилини. Цей елемент також має 2 метастани.^[14]

Всього відомо 25 ізотопів хрому з ⁴²Cr по ⁶⁷Cr.

Хімічні властивості |

Хром є елементом перехідних металів, перший елемент шостої групи. Хром (0) має електронну конфігурацію 4s¹3d⁵. Метал володіє широким спектром можливих окиснення, де +3 є найбільш енергетично стабільним, тому сполуки Хрому +3 і +6 більш характерні, у той час як +1, +4 і +5 — рідкісні.

Нижче наведена Діаграма Пурбе для хрому в чистій воді, соляній кислоті або гідроксиді натрію:

Проста речовина |

Хром нітрид Cr₃N₂

Стійкий на повітрі за рахунок пасивації, не реагує з нітратною кислотою. З хлоридною кислотою в інертному середовищі взаємодіє, окиснюючись до двохвалентного хлориду. Реакція з концентрованою сульфатною кислотою протікає наступним чином:

2 Cr+6 H2SO4⟶displaystyle mathrm 2 Cr+6 H_2SO_4longrightarrow    Cr2(SO4)3+2 SO2+6 H2O displaystyle mathrm Cr_2(SO_4)_3+2 SO_2+6 H_2O

При 2000 ° C згоряє з утворенням зеленого оксиду хрому(III) Cr₂O₃, що володіє амфотерними властивостями. Синтезовано сполуки хрому з бором (бориди Cr₂B, CrB, Cr₃B₄, CrB₂, CrB₄ та Cr₅B₃), з вуглецем (карбіди Cr₂₃C₆, Cr₇C₃ та Cr₃C₂), c кремнієм (силіциди Cr₃Si, Cr₅Si₃ і CrSi) і азотом (нітриди CrN і Cr₂N).

Сполуки Хрому (+2) |

Ступені окиснення +2 відповідає основний оксид CrO чорного кольору. Солі Cr²⁺ (розчини блакитного кольору) утворюються при відновленні солей Cr³⁺ або дихроматів цинком в кислому середовищі (воднем в момент виділення):

2Cr3+→Zn,HCl[H]2Cr2+displaystyle mathrm 2Cr^3+xrightarrow[Zn,HCl][H]2Cr^2+

Солі Cr²⁺ — сильні відновники, при стоянні витісняють водень із води^[15]. Киснем повітря, особливо в кислому середовищі, Cr²⁺ окиснюється, внаслідок чого блакитний розчин швидко зеленіє:
4 CrSO4+2 H2SO4+O2⟶displaystyle mathrm 4 CrSO_4+2 H_2SO_4+O_2longrightarrow    Cr2(SO4)3+2 H2O displaystyle mathrm Cr_2(SO_4)_3+2 H_2O

Коричневий або жовтий гідроксид Cr(OH)₂ осідає при додаванні лугів до розчинів солей хрому(II).

Синтезовано дигалогеніди CrF₂, CrCl₂, CrBr₂ та CrI₂.

Сполуки Хрому (+3) |

Хром(III) хлорид

Ступені окиснення +3 відповідає амфотерний оксид Cr₂O₃ та гідроксид Cr(OH)₃ (обидва зеленого кольору). Це найбільш стійка ступінь окиснення для хрому. Його сполуки мають колір від брудно-лілового (іон [Cr(H₂O) ₆]³⁺) до зеленого (в координаційній сфері присутні аніони).

Cr³⁺ схильний до утворення подвійних сульфатів виду M^ICr(SO₄) ₂·12H₂O (галунів)

Гідроксид хрому(III) отримують, діючи амоніаком на розчини солей хрому(III) :

Cr3++3NH3+3H2O→Cr(OH)3↓+3NH4+displaystyle mathrm Cr^3++3NH_3+3H_2Orightarrow Cr(OH)_3downarrow +3NH_4^+

Можна використовувати розчини лугів, але при їх надлишку утворюється розчинний гідроксокомплекс:

Cr3++3OH−→Cr(OH)3↓displaystyle mathrm Cr^3++3OH^-rightarrow Cr(OH)_3downarrow

Cr(OH)3+3OH−→[Cr(OH)6]displaystyle mathrm Cr(OH)_3+3OH^-rightarrow [Cr(OH)_6]

Сплавлені Cr₂O₃ з лугами отримують хроміти:

Cr2O3+2NaOH→2NaCrO2+H2Odisplaystyle mathrm Cr_2O_3+2NaOHrightarrow 2NaCrO_2+H_2O

Непрожарений оксид хрому(III) розчиняється в лужних розчинах і в кислотах:

Cr2O3+6HCl→2CrCl3+3H2Odisplaystyle mathrm Cr_2O_3+6HClrightarrow 2CrCl_3+3H_2O

При окисненні сполук хрому(III) в лужному середовищі утворюються сполуки хрому(VI) :

2Na3[Cr(OH)6]+3H2O2→2Na2CrO4+2NaOH+8H2Odisplaystyle mathrm 2Na_3[Cr(OH)_6]+3H_2O_2rightarrow 2Na_2CrO_4+2NaOH+8H_2O

Те ж саме відбувається при сплавленні оксиду хрому(III) з лугом та окислювачами, або з лугом на повітрі (розплав при цьому набуває жовтого забарвлення):

2Cr2O3+8NaOH+3O2→4Na2CrO4+4H2Odisplaystyle mathrm 2Cr_2O_3+8NaOH+3O_2rightarrow 4Na_2CrO_4+4H_2O

Сполуки Хрому (+4) |

При обережному розкладанні оксиду хрому(VI) CrO₃ в гідротермальних умовах отримують хром(IV) оксид CrO₂, який є феромагнетиком і має металеву провідність.

Серед тетрагалогенідів хрому стійким є флуорид CrF₄, а тетрахлорид хрому CrCl₄ існує лише в парах.

Сполуки Хрому (+6) |

Хромат натрію

Ступені окислення +6 відповідає кислотний оксид хрому(VI) CrO₃ та цілий ряд кислот, між якими існує рівновага. Найпростіші з них — хроматна H₂CrO₄ та дихроматна H₂Cr₂O₇. Вони утворюють два ряди солей: жовті хромати та помаранчеві дихромати відповідно.

Оксид хрому(VI) CrO₃ утворюється при взаємодії концентрованої сірчаної кислоти з розчинами дихроматів. Типовий кислотний оксид, при взаємодії з водою він утворює сильні нестійкі хромові кислоти: хромову H₂CrO₄, дихромову H₂Cr₂O₇ та інші ізополікислоти із загальною формулою H₂Cr_nO_3n+1. Збільшення ступеня полімеризації відбувається зі зменшенням рН, тобто збільшенням кислотності:

2CrO42−+2H+→Cr2O72−+H2Odisplaystyle mathrm 2CrO_4^2-+2H^+rightarrow Cr_2O_7^2-+H_2O

Але якщо до помаранчевого розчину K₂Cr₂O₇ прилити розчин лугу, забарвлення знову переходить в жовте, оскільки знову утворюється хромат K₂CrO₄:

Cr2O72−+2OH−→2CrO42−+H2Odisplaystyle mathrm Cr_2O_7^2-+2OH^-rightarrow 2CrO_4^2-+H_2O

До високого ступеня полімеризації, як це відбувається у вольфраму та молібдену, не доходить, оскільки поліхромова кислота розпадається на оксид хрому(VI) і воду:

H2CrnO3n+1→H2O+nCrO3displaystyle mathrm H_2Cr_nO_3n+1rightarrow H_2O+nCrO_3

Розчинність хроматів приблизно відповідає розчинності сульфатів. Зокрема, жовтий хромат барію BaCrO₄ випадає при додаванні солей барію як до розчинів хроматів, так і до розчинів дихроматів:

Ba2++CrO42−→BaCrO4↓displaystyle mathrm Ba^2++CrO_4^2-rightarrow BaCrO_4downarrow

2Ba2++Cr2O72−+H2O→2BaCrO4↓+2H+displaystyle mathrm 2Ba^2++Cr_2O_7^2-+H_2Orightarrow 2BaCrO_4downarrow +2H^+

Відомі пентафлуорид хрому CrF₅ та малостійкий гексафлуорид хрому CrF₆. Також отримані леткі оксогалогеніди хрому CrO₂F₂ та CrO₂Cl₂.

Сполуки хрому(VI) — сильні окисники, наприклад:

K2Cr2O7+14HCl→2CrCl3+2KCl+3Cl2↑+7H2Odisplaystyle mathrm K_2Cr_2O_7+14HClrightarrow 2CrCl_3+2KCl+3Cl_2uparrow +7H_2O

Додавання до дихромату перекису водню, сірчаної кислоти та органічного розчинника (етеру) призводить до утворення синього пероксиду хрому CrO₅L (L — молекула розчинника), який екстрагується в органічний шар; ця реакція використовується як аналітична.

 K2Cr2O7+4 H2O2+ H2SO4⟶displaystyle mathrm K_2Cr_2O_7+4 H_2O_2+ H_2SO_4longrightarrow   2 CrO5⋅(C2H5)2O+ K2SO4+5 H2Odisplaystyle mathrm 2 CrO_5cdot (C_2H_5)_2O+ K_2SO_4+5 H_2O

Отримання |

Злиток хрому добутий алюмотермічно

Хроміт заліза (хромистий залізняк) при 1200 °C перетворюють в хромат:

4 FeCr2O4+8 Na2CO3+7 O2⟶displaystyle mathrm 4 FeCr_2O_4+8 Na_2CO_3+7 O_2longrightarrow   8 Na2CrO4+2 Fe2O3+8 CO2 displaystyle mathrm 8 Na_2CrO_4+2 Fe_2O_3+8 CO_2

Хромат розчиняють у воді і сірчаною кислотою переводять у дихромат:

2 Na2CrO4+H2SO4⟶displaystyle mathrm 2 Na_2CrO_4+H_2SO_4longrightarrow   Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O displaystyle mathrm Na_2Cr_2O_7+Na_2SO_4+H_2O

Дихромат натрію кристалізується при охолоджені як дигідрат. При наступному відновленні вуглецем отримують Хром(III) оксид:

Na2Cr2O7⋅2 H2O+2 C⟶displaystyle mathrm Na_2Cr_2O_7cdot 2 H_2O+2 Clongrightarrow   Cr2O3+Na2CO3+2 H2O+CO displaystyle mathrm Cr_2O_3+Na_2CO_3+2 H_2O+CO

У кінцеві стадії відновлюють хром алюмотермічно:

Cr2O3+2 Al⟶Al2O3+2 Cr displaystyle mathrm Cr_2O_3+2 Allongrightarrow Al_2O_3+2 Cr

Застосування |

На початку ХIX ст. сполуки хрому використовувалися як вогнетривкий матеріал для футерування металургійних печей, отримання фарб і дублення шкіри. В кінці ХIX ст. хром почали широко використовувати для легування сталі. Сьогодні основним споживачем хромітів є металургійна промисловість (65 %), значно менше — промисловість вогнетривів (18 %) і хімічна (17 %) промисловість. Хром — один з основних компонентів неіржавної жароміцної, кислототривкої сталі і важливого інгредієнта корозійностійких і жароміцних суперсплавів. Добавка ферохрому (65-70 % Cr, 5-7 % С, інше — Fe) або чарж-хрому (54 % Cr, 6-7 % С, інше Fe) до сталей підвищує їх в'язкість, твердість і антикорозійні властивості (нержавіючі, жароміцні, кислототривкі, інструментальні і інші види сталей). Сплави хрому з кобальтом, вольфрамом або молібденом використовуються як антикорозійні покриття (хромування). Штучний радіоактивний ізотоп ⁵¹Cr — ізотопний індикатор. Сполуки хрому застосовують як фарби, окисники, дубильні речовини, протрави при фарбуванні.

Хром та його аналоги широко використовують як легувальні додатки до спеціальних неіржавних сталей, які містять більше 10 % хрому. При меншому вмісті хрому сталь набуває значної міцності та твердості. Сплав нікелю з хромом ніхром (80 % Ni, 20 % Cr) має високу температуру плавлення, його використовують в нагрівальних елементах печей, які дають можливість досягти температури +1100 °C.

Біологічна роль |

Кристали хрому і куб 1 см³ для порівняння

Хром відіграє важливу біологічну роль в організмі людини. Він позитивно впливає на процеси кровотворення, а також на ферментативні системи. У складі ферменту трипсину Хром бере участь у процесі травлення. Вченими встановлено, що вилучення Хрому з харчового раціону тварин приводить до підвищення у крові та сечі глюкози. Додавання Хрому до їжі хворим на діабет нормалізує вуглеводний обмін. Хром в організм людини потрапляє з такими продуктами харчування, як соя, кукурудзяна та вівсяна крупи. Добова потреба організму в Хромі становить 5-10 мг.

Див. також |

• Хромові руди


• Ресурси і запаси хрому


• Хромати природні


• Кислоти хрому

Примітки |

Література |

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
  


• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.

Посилання |

• 
  ХРОМ //Фармацевтична енциклопедія