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 К
	;
	; Хром у Вікісховищі?

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Хром (значення).

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

Зміст

1 Історія

2 Походження назви

3 Загальний опис

4 Поширеність

5 Фізичні властивості

6 Ізотопи

7 Хімічні властивості
- 7.1 Проста речовина
- 7.2 Сполуки Хрому (+2)
- 7.3 Сполуки Хрому (+3)
- 7.4 Сполуки Хрому (+4)
- 7.5 Сполуки Хрому (+6)

8 Отримання

9 Застосування

10 Біологічна роль

11 Див. також

12 Примітки

13 Література

14 Посилання

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.

Ступені окиснення
0	Cr(C₆H₆)₂
+1	K₃[Cr(CN)₅NO]
+2	CrCl₂
+3	CrCl₃
+4	K₂CrF₆
+5	K₃CrO₈
+6	K₂CrO₄

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:

mathrm2 Cr + 6 H_2SO_4 longrightarrow

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):

mathrm2Cr^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:
$mathrm4 CrSO_4 + 2 H_2SO_4 + O_2 longrightarrow$ $mathrm Cr_2(SO_4)_3 + 2 H_2O$

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) :

mathrmCr^3+ + 3NH_3 + 3H_2O rightarrow Cr(OH)_3downarrow + 3NH_4^+

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

mathrmCr^3+ + 3OH^-rightarrow Cr(OH)_3downarrow

mathrmCr(OH)_3 + 3OH^-rightarrow [Cr(OH)_6]

Сплавлені Cr₂O₃ з лугами отримують хроміти:

mathrmCr_2O_3 + 2NaOH rightarrow 2NaCrO_2 + H_2O

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

mathrmCr_2O_3 + 6HCl rightarrow 2CrCl_3 + 3H_2O

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

mathrm2Na_3[Cr(OH)_6] + 3H_2O_2 rightarrow 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):

mathrm2Cr_2O_3 + 8NaOH + 3O_2 rightarrow 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:

mathrm2CrO_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:

mathrmCr_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:

mathrmH_2Cr_nO_3n+1 rightarrow 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:

mathrmBa^2+ + CrO_4^2- rightarrow BaCrO_4downarrow

mathrm2Ba^2+ + Cr_2O_7^2- + H_2O rightarrow 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:

mathrmK_2Cr_2O_7 + 14HCl rightarrow 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.

mathrm K_2Cr_2O_7 + 4 H_2O_2 + H_2SO_4 longrightarrow

mathrm 2 CrO_5 cdot (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:

mathrm4 FeCr_2O_4 + 8 Na_2CO_3 + 7 O_2 longrightarrow

mathrm8 Na_2CrO_4 + 2 Fe_2O_3 + 8 CO_2

Хромат розчиняють у воді і сірчаною кислотою переводять у дихромат:

mathrm2 Na_2CrO_4 + H_2SO_4 longrightarrow

mathrmNa_2Cr_2O_7 + Na_2SO_4 + H_2O

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

mathrmNa_2Cr_2O_7 cdot 2 H_2O + 2 C longrightarrow

mathrmCr_2O_3 + Na_2CO_3 + 2 H_2O + CO

У кінцеві стадії відновлюють хром алюмотермічно:

mathrmCr_2O_3 + 2 Al longrightarrow 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 |

↑ A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)

↑ Brandes, E. A.; Greenaway, H. T.; Stone, H. E. N. (1956). Ductility in Chromium. Nature 178 (587): 587. Bibcode:1956Natur.178..587B. doi:10.1038/178587a0.

↑ χρώμα, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus

↑ Cronin, Joseph R. (2004). The Chromium Controversy. Alternative and Complementary Therapies 10 (1): 39–42. doi:10.1089/107628004772830393.

↑ Emsley, John (2001). Chromium. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. с. 495–498. ISBN 0-19-850340-7.

↑ Kotaś, J.; Stasicka, Z (2000). Chromium occurrence in the environment and methods of its speciation. Environmental Pollution 107 (3): 263–283. PMID 15092973. doi:10.1016/S0269-7491(99)00168-2.

↑ National Research Council (U.S.). Committee on Biologic Effects of Atmospheric Pollutants (1974). Chromium. National Academy of Sciences. с. 155. ISBN 978-0-309-02217-0.

↑ Papp, John F. Commodity Summary 2009: Chromium. United States Geological Survey. Процитовано 2009-03-17.

↑ Fleischer, Michael (1982). New Mineral Names. American Mineralogist 67: 854–860.

↑ Chromium (with location data), Mindat

↑ Chromium from Udachnaya-Vostochnaya pipe, Daldyn, Daldyn-Alakit kimberlite field, Saha Republic (Sakha Republic; Yakutia), Eastern-Siberian Region, Russia, Mindat

↑ Поварьонних А. С. Твердість мінералів. — К. : АН УРСР, 1963. — С. 197-208.

↑ Wallwork, G. R. (1976). The oxidation of alloys. Reports on the Progress Physics 39 (5): 401–485. Bibcode:1976RPPh...39..401W. doi:10.1088/0034-4885/39/5/001.

↑ Georges, Audi; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (2003). The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

↑ Некрасов Б. В. Курс общей химии. — М.: ГНХТИ, 1952. — С. 334

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

[1] A Course In Thermodynamics, Volume 2(англ.)

[2] Brandes, E. A.; Greenaway, H. T.; Stone, H. E. N. (1956). Ductility in Chromium. Nature 178 (587): 587. Bibcode:1956Natur.178..587B. doi:10.1038/178587a0.

[3] χρώμα, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus

[Cronin-4] Cronin, Joseph R. (2004). The Chromium Controversy. Alternative and Complementary Therapies 10 (1): 39–42. doi:10.1089/107628004772830393.

[Emsley-5] Emsley, John (2001). Chromium. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. с. 495–498. ISBN 0-19-850340-7.

[Crspeci-6] Kotaś, J.; Stasicka, Z (2000). Chromium occurrence in the environment and methods of its speciation. Environmental Pollution 107 (3): 263–283. PMID 15092973. doi:10.1016/S0269-7491(99)00168-2.

[NRC-7] National Research Council (U.S.). Committee on Biologic Effects of Atmospheric Pollutants (1974). Chromium. National Academy of Sciences. с. 155. ISBN 978-0-309-02217-0.

[USGS2002CR-8] Papp, John F. Commodity Summary 2009: Chromium. United States Geological Survey. Процитовано 2009-03-17.

[9] Fleischer, Michael (1982). New Mineral Names. American Mineralogist 67: 854–860.

[10] Chromium (with location data), Mindat

[11] Chromium from Udachnaya-Vostochnaya pipe, Daldyn, Daldyn-Alakit kimberlite field, Saha Republic (Sakha Republic; Yakutia), Eastern-Siberian Region, Russia, Mindat

[12] Поварьонних А. С. Твердість мінералів. — К. : АН УРСР, 1963. — С. 197-208.

[13] Wallwork, G. R. (1976). The oxidation of alloys. Reports on the Progress Physics 39 (5): 401–485. Bibcode:1976RPPh...39..401W. doi:10.1088/0034-4885/39/5/001.

[NUBASE-14] Georges, Audi; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (2003). The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

[15] Некрасов Б. В. Курс общей химии. — М.: ГНХТИ, 1952. — С. 334

搜尋此網誌