Общая характеристика хрома как токсиканта. Характеристика хрома
62. Общая характеристика подгруппы хрома
Элементы подгруппы хрома занимают промежуточное положение в ряду переходных металлов. Имеют высокие температуры плавления и кипения, свободные места на электронных орбиталях. Элементы хром и молибден обладают нетипичной электронной структурой – на внешней s-орбитали имеют один электрон (как у Nb из подгруппы VB). У этих элементов на внешних d– и s-орбиталях находится 6 электронов, поэтому все орбитали заполнены наполовину, т. е. на каждой находится по одному электрону. Имея подобную электронную конфигурацию, элемент обладает особенной стабильностью и устойчивостью к окислению. Вольфрам имеет более сильную металлическая связь, нежели молибден . Степень окисления у элементов подгруппы хрома сильно варьирует. В надлежащих условиях все элементы проявляют положительную степень окисления от 2 до 6, максимальная степень окисления соответствует номеру группы. Не все степени окисления у элементов стабильны, у хрома самая стабильная – +3.
Все элементы образуют оксид MVIO3, известны также оксиды с низшими степенями окисления. Все элементы данной подгруппы амфотерны – образуют комплексные соединения и кислоты.
Хром, молибден и вольфрам востребованы в металлургии и электротехнике. Все рассматриваемые металлы покрываются пассивирующей оксидной пленкой при хранении на воздухе или в среде кислоты-окислителя. Удалив пленку химическим или механическим способом, можно повысить химическую активность металлов.
Хром. Элемент получают из хромитной руды Fe(CrO2)2, восстанавливая углем: Fe(CrO2)2 + 4C = (Fe + 2Cr) + 4CO?.
Чистый хром получают восстановлением Cr2O3 с помощью алюминия или электролиза раствора, содержащего ионы хрома. Выделяя хром с помощью электролиза, можно получить хромовое покрытие, используемое в качестве декоративных и защитных пленок.
Из хрома получают феррохром, применяемый при производстве стали.
Молибден. Получают из сульфидной руды. Его соединения используют при производстве стали. Сам металл получают при восстановлении его оксида. Прокаливая оксид молибдена с железом, можно получить ферромолибден. Используют для изготовления нитей и трубок для обмотки печей и электроконтактов. Сталь с добавлением молибдена используют в автомобильном производстве.
Вольфрам. Получают из оксида, добываемого из обогащенной руды. В качестве восстановителя используют алюминий или водород. Получившийся вольфрам в идее порошка впоследствии формуют при высоком давлении и термической обработке (порошковая металлургия). В таком виде вольфрам используют для изготовления нитей накаливания, добавляют к стали.
63. Хром
Хром (Cr) – d-элемент расположенный в 4-м периоде, в VI группе побочной подгруппы. Высшая степень окисления – +6. В соединениях может проявлять степень окисления от + до +6, но наиболее характерными для хрома является степень окисления +3 и +6. В остальных степенях окисления соединения хрома неустойчивы.
Физические свойства: хром – серовато-белый металл с характерным металлическим блеском. Природный хром состоит из смеси 5 изотопов: 50, 52, 53, 54, 56. Это самый твердый из всех известных металлов, его плотность 7,2 г/см3. Температура плавления – 1855 °C, температура кипения – 2642 °C. При обычной температуре хром устойчив к воздействию воды и воздуха.
Химические свойства: электронная конфигурация: 1s22s22p2 3s23p63d54s1 . В образовании химических связей хрома участвуют не только электроны внешнего 4 уровня, но и электроны предпоследнего уровня – 3d-подуровня.
При высокой температуре хром горит в кислороде: 4Cr + 3О2 = 2Cr2О3.
Раскаленный хром реагирует с парами воды, вытесняя из нее кислород: 2Cr + 3Н2О = Cr2О3 + 3Н2?.
При нагревании реагирует с галогеноводородами, S, N2, P4, C, Si, B:
С галогенами реагирует не одинаково:
а) со фтором взаимодействует даже на холоде: Cr + 3F2 = CrF6;
б) с хлором реагирует при нагревании: 2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3.
Разбавленная соляная и серная кислоты растворяют хром с выделением водорода, а в холодной азотной он пассивируется. Хром образует три оксида: CrО, Cr2О3 и CrО3.
Получение: В чистом виде хром получают двумя способами:
1) металлотермический – восстановление металла из его оксида с помощью другого металла;
2) электролитический – электролиз водного раствора хромовых кислот. При этом одновременно с хромом на катоде выделяется водород. Поэтому получаемый хром содержит включения водорода. Для получения чистого хрома его переплавляют в вакууме.
Металлический хром получают алюмотерми-ческим способом (способ Бекетова) из оксида Cr2О3 : Cr2О3 + 2Al = Al2О3 + 2Cr.
Нахождение в природе: в природе хром встречается только в виде соединений, важнейшим из которых является хромистый железняк FeCrO 4 или Fe(CrO)2 , из которого путем восстановления углеродом в электропечах получают сплав – феррохром . Используется хром в инструментальной и автомобильной промышленности: хромирование – покрытие хромом других металлов; в металлургии – при производстве легированной стали.
studfiles.net
Хром (Cr, Chromium) - влияние на организм, польза и вред, описание
История хрома
Первое упоминание о хроме, как о самостоятельном элементе встречается в трудах М.В. Ломоносова 1763 года, после того, как металл открыли Березовском месторождении золотой руды. Автор называл его красной свинцовой рудой. Соединения хрома имеют разнообразные окраски, видимо, поэтому элементы присвоили название хром – от греческого χρῶμα – краска, цвет.
Общая характеристика хрома
Хром является элементом побочной подгруппы VI группы IV периода в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 24 и атомную массу 51,966. Принятое обозначение – Cr (от латинского Chromium).
Нахождение в природе
Хром распространён в земной коре, самые известные соединения – хромит и крокоит. Месторождения хрома находятся в ЮАР, Турции, Зимбабве, Армении, Индии и на Среднем Урале в России.
Физические и химические свойства
Хром является твёрдым металлом (часто его называют чёрным металлом), имеет бело-голубой цвет и одну из самых высоких твёрдостей.
Суточная потребность в хроме
Необходимая суточная дозировка в хроме для детей составляет от 11 до 35 мкг в зависимости от возраста, для женщин необходимо получать 50-70 мкг хрома в сутки, во время беременности потребность вырастает до 100-120 мкг. Взрослые здоровые мужчины должны получать 60-80 мкг хрома в день, при активных занятиях спортом или иных физических нагрузках суточная дозировка составляет 120-200 мкг.
Продукты питания богатые хромом
Основные поставщики хрома в организм человека – говяжья печень и пивные дрожжи, далее следуют картофель в мундире, помидоры, брокколи, редис и зелёный лук, говядина и куриное мясо, хлеб из муки грубого помола, зёрна пшеницы, чёрный перец, есть хром в кукурузном масле и морепродуктах, сыре, тунце, скумбрии и сельди, фруктах и ягодах, бобовых продуктах и некоторых крупах – перловке и манке.
Признаки нехватки хрома
Признаками недостатка хрома в организме человека являются:
- бессонница и быстрая утомляемость,
- головная боль и тревожность,
- повышение уровня «плохого» холестерина,
- дрожь и снижение чувствительности конечностей,
- истощение и выпадение волос.
Признаки избытка хрома
Избыточное содержание хрома в организме характеризуется аллергическими реакциями и воспалительными процессами, возникают язвочки на слизистых, нервные расстройства и нарушения в деятельности печени и почек.
Полезные свойства хрома и его влияние на организм
Хром играет важную роль в жизнедеятельности человека, принимает участие в липидном и углеродном обменах, способствует выведению «плохого» холестерина и отвечает за переработку жировых отложений, тем самым поддерживая вес в норме. Способность хрома замещать йод играет важнейшую роль для щитовидной железы, также хром незаменим для профилактики остеопороза, укрепляя костную ткань. Хром стимулирует процессы регенерации тканей – сохраняет в генах наследственную информацию.
Применение хрома в жизни
Основное применение хром нашёл в металлургической промышленности, где его используют для повышения твёрдости и коррозийной стойкости сплавов, в процессе хромирования, также применяется в авиакосмической отрасли промышленности.
Автор: Виктория Н. (специально для Calorizator.ru)Копирование данной статьи целиком или частично запрещено.
www.calorizator.ru
Свойства хрома. Задача 1084
Задача 1084. Охарактеризовать свойства хрома, указав: а) его положение в периодической системе и строение атома; б) отношение металлического хрома к воздуху, воде и кислотам; в) состав и характер оксидов и гидроксидов хрома. Решение:
Строение и свойства металлического хрома
а) Хром (элемент №24) - металл находящейся в шестой группе побочной подгруппы, период 4, ряд 4. Электронное строение атома хрома можно представить формулой +24Cr [Ar] 3d54s1. Для хрома наблюдается проскок (или провал) электрона на d-уровень (второй s-электрон покидает 4s-подуровень и проскакивает на 3d-подуровень): Cr – 3d54s1. Это объясняется близостью энергий ns- и (n – 1)d-уровней и стабильностью наполовину и полностью заполненных уровней. У хрома d-уровень заполнен наполовину, что и объясняет стабильность атома +24Cr [Ar] 3d54s1 по сравнению с атомом +24Cr [Ar] 3d44s2. Массовая доля хрома в земной коре – 0,02%. Для его соединений характерны степени окисления +2, +3, +6, а степени окисления +1,+4,+5 могут проявляются теоретически. Этот металл имеет амфотерные свойства за счёт незавершённой электронной оболочки. Поэтому он реагирует с щелочами и с кислотами.
б) Хром устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами:
4Cr + 3O2 Na2Cr2O7 
+ 2Cr2O3
Химически хром довольно инертен вследствие образования на его поверхности прочной тонкой пленки оксида. Он не окисляется на воздухе даже в присутствии влаги, а при нагревании окисление проходит только на поверхности. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами:
4Cr + 3O2 Na2Cr2O7 + 2Cr2O3
Хром пассивируется разбавленной и концентрированной азотной кислотой, царской водкой, и даже при кипячении металла с этими реагентами растворяется лишь незначительно. Пассивированный азотной кислотой хром, в отличие от металла без защитного слоя, не растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах даже при длительном кипячении в растворах этих кислот, тем не менее, в определенный момент начинается быстрое растворение, сопровождающееся вспениванием от выделяющегося водорода – из пассивной формы хром переходит в активированную, не защищенную пленкой оксида:
Cr + 2HCl = CrCl2 + h3↑
Если в процессе растворения добавить азотной кислоты, то реакция сразу прекращается – хром снова пассивируется.
Амфотерные оксиды хрома
в) Оксид хрома II (CrО) – основный оксид – черный порошок. Сильный восстановитель. CrО растворяется в разбавленной соляной кислоте:
CrО + 2НСl = CrСl2 + Н2О.
Гидроксид хрома(II) — неорганическое соединение, гидроокись металла хрома с формулой Сr(OH)2, коричневое (гидрат — жёлтое) аморфное вещество, не растворимое в воде образует кристаллогидрат. Гидроксид хрома (II) имеет основной характер.
Cr(OH)2 + 2HCl → CrCl2 + 2h3O
Оксид хрома(III) Cr2O3, представляет собой зеленые микрокристаллы с плотностью 5220 кг/м3 и высокой температурой плавления (2437° С). Оксид хрома(III) проявляет амфотерные свойства, но весьма инертен и его трудно растворить в водных кислотах и щелочах. При сплавлении с гидроксидами или карбонатами щелочных металлов переходит в соответствующие хроматы:
Cr2O3 + 4KOH + KClO3 = 2K2CrO4 + KCl + 2h3O.
Cr2O3 — амфотерное соединение.
Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3 - нерастворимое в воде вещество зелёного цвета.
Cr2(SO4)3 + 6NaOH → 2Cr(OH)3↓+ 3Na2SO4
Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами - растворяется как в кислотах, так и в щелочах:
2Cr(OH)3 + 3h3SO4 → Cr2(SO4)3 + 6h3O Cr(OH)3 + KOH → K[Cr(OH)4]
Хромовый ангидрид и хромовые кислоты
Оксид хрома(VI) (хромовый ангидрид) CrO3, расплывающиеся на воздухе красные кристаллы, легко растворимые в воде (до 68,2%). Тпл. =197° С (с частичным разложением). Хромовый ангидрид – сильный окислитель.
При растворении в воде, в зависимости от концентрации, образует гидроксиды хрома(VI) - хромовые кислоты различного состава:
CrO3 + h3O = h3CrO4 (желтый р-р) – хромовая кислота; 2CrO3 + h3O = h3Cr2O7 (оранжевый р-р) - двухромовая кислота; 3CrO3 + h3O = h3Cr3O10 (красный р-р) = трихромовая кислота.
Хромовая кислота — электролит средней силы. Изополихромовые кислоты — сильные окислители.
buzani.ru
Общая характеристика хрома как т
Нахождение в природе
Хром встречается в виде соединений в различных минералах. Наиболее распространен минерал хромит, или хромистый железняк FeCr2 О4, богатые месторождения которого имеются на Урале и в Казахстане. Массовая доля хрома в земной коре составляет 0,03%. Хром обнаружен на Солнце, звездах и в метеоритах.
Еще в 1766 году петербургский профессор химии И. Г. Леман описал новый минерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга (ныне Свердловск). Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П. С. Паллас. «Березовские копи, – писал он, – состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...».
В 1936 году в Казахстане, в районе Актюбинска, были найдены огромные залежи хромита – основного промышленного сырья для производства феррохрома. В годы войны на базе этого месторождения был построен Актюбинский ферросплавный завод, который впоследствии стал крупнейшим предприятием по выпуску феррохрома и хрома всех марок.
Богат хромистой рудой и Урал. Здесь расположено большое число месторождений этого металла: Сарановское, Верблюжьегорское, Алапаевское, Монетная дача, Халиловское и др. По разведанным запасам хромистых руд Россия занимает ведущее место в мире.
Руды хрома имеются в Турции, Индии, Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии, некоторых странах Африки. В то же время такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, Норвегия, совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь очень бедными рудами, практически не пригодными для производства феррохрома. Всего же на долю хрома приходится 0,02% земной коры.
ПроисхождениеНайденный минерал был назван «сибирским красным свинцом». Впоследствии за ним закрепилось название «крокоит».
Образец этого минерала был в конце XVIII века привезен Палласом в Париж. Крокоитом заинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минерал химическому анализу. «Все образцы этого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, – писал Воклен в своем отчете, – были получены из этого (т. е. Березовского С. В.) золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала в руднике истощились и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности, если он желтый. Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе... Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он был найден; большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...».
Один из друзей Воклена предложил ему назвать элемент хромом (по-гречески «хрома» – окраска) из–за яркого разнообразного цвета его соединений. Между прочим, слог «хром» в значении «окрашенный» входит во многие термины, не связанные с элементом хромом: слово «хромосома», например, в переводе с греческого означает «тело, которое окрашивается»; для получения цветного, изображения пользуются прибором хромоскопом; фотолюбителям хорошо известны пленки «изопанхром», «панхром», «ортохром»; яркие образования в атмосфере Солнца астрофизики называют хромосферными вспышками и т. д.
Сначала Воклену не понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, после того как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово «хром» в списки известных науке элементов.
Свое название хром получил от греческого слова «хрома» — краска за то, что все соединения хрома имеют яркие окраски.
ПолучениеМеталлический хром получают восстановлением оксида хрома (III) при нагревании с алюминием:
Сr2 О3 + 2Аl = Аl2 О3 +2Сr
Металлический хром получают также электролизом водных растворов соединений хрома.
В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был хромовый ангидрид) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходное вещество. Так впервые был выделен новый элемент.
Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и металлического хрома.
Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси окислов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. К этому же времени относятся и первые попытки выплавить углеродистый феррохром в доменной печи. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь. Потребность в феррохроме начала резко расти.
Важную роль в развитии производства феррохрома сыграл электрический ток, точнее электротермический способ получения металлов и сплавов. В 1893 году французский ученый Муассан выплавил в электропечи углеродистый феррохром, содержащий 60% хрома и 6% углерода.
В дореволюционной России ферросплавное производство развивалось черепашьими темпами. Мизерные количества ферросилиция и ферромарганца выплавляли доменные печи южных заводов. В 1910 году на берегу реки Сатки (Южный Урал) был построен маленький электрометаллургический завод «Пороги», который стал производить феррохром, а затем и ферросилиций. Но об удовлетворении нужд своей промышленности не могло быть и речи: потребность России в ферросплавах приходилось почти полностью покрывать ввозом их из других стран.
Физические свойстваХром — серовато-белый блестящий металл по внешнему виду похож на сталь. Из металлов он самый твердый, его плотность 7,19 г/см3, т. пл. 1855 °С. Природный хром состоит из смеси пяти изотопов с массовыми числами 50, 52, 53, 54 и 56. Радиоактивные изотопы получены искусственно.
Хром обладает всеми характерными свойствами металлов — хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет присущий большинству металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома: при температуре около 37°С он ведет себя явно «вызывающе» — многие его физические свойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут объяснить эту аномалию.
Даже незначительные примеси делают хром очень хрупким, поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют, зато как легирующий элемент он издавна пользуется у металлургов почетом. Небольшие добавки его придают стали твердость и износостойкость. Такие свойства присущи шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом (до 1,5%), входит углерод (около 1%). Образующиеся в ней карбиды хрома отличаются исключительной твердостью — они-то и позволяют металлу уверенно сопротивляться одному из опаснейших врагов — износу.
В качестве представителя металлов, относящихся к побочным подгруппам периодической системы, рассмотрим хром: он возглавляет побочную подгруппу VI группы. Хром — металл, по внешнему виду похожий на сталь. От ранее рассмотренных металлов он, как и все металлы с достраивающимся предпоследним электронным слоем атома, отличается тугоплавкостью и твердостью. По твердости хром превосходит все металлы, он царапает стекло.
Химические свойства
Хром может проявлять в соединениях различные степени окисления — от +1 до +6; из них наиболее устойчивы соединения хрома со степенями окисления +2, +3, +6. Таким образом, в образовании химических связей участвует не только электрон внешнего уровня, но и пять электронов d-подуровня второго снаружи уровня.
Как и у алюминия, на поверхности хрома образуется оксидная пленка Сr2 О3. Поэтому хром в разбавленных серной и соляной кислотах начинает растворяться не сразу, а после растворения оксидной пленки:
Cr + 2H+=Cr5+ + h3
В азотной и концентрированной серной кислотах хром не растворяется, так как его оксидная пленка упрочняется, т. е. хром переходит в пассивное состояние. По этой же причине не взаимодействуют с хромом разбавленные серная и соляная кислоты, содержащие растворенный кислород. Пассивацию хрома можно устранить очисткой поверхности металла.
При высокой температуре хром горит в кислороде, образуя оксид Cr2 О3. Раскаленный хром реагирует с парами воды:
2Cr + ЗН2 О = Cr2 О3 + ЗН2
Металлический хром при нагревании реагирует также с галогенами, галогеноводородами, серой, азотом, фосфором, углем, кремнием и бором. Например:
Cr + 2HF = CrF2 + h3 ; 2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr2 S3; Cr + Si = CrSi
На воздухе хром совершенно не изменяется. Поэтому хромом с помощью электролиза его соединений покрывают — хромируют — стальные изделия для предохранения их от ржавления и механического износа. Эти же качества хром придает своим сплавам с железом — хромистым сталям. К ним относится нержавеющая сталь, содержащая около 12% хрома.
В быт нержавеющая сталь вошла в виде вилок, ножей и других предметов домашнего обихода. Блестящие, серебристого цвета полосы нержавеющей стали украшают арки станции «Маяковская» Московского метрополитена.
При химических реакциях атом хрома может отдавать, кроме единственного электрона наружного слоя, до 5 электронов предпоследнего слоя, т. е. проявлять высшую степень окисления (+6). Но, как и все элементы с достраивающимся предпоследним слоем атома, хром проявляет несколько значений степеней окисления, т. е. кроме высшего и низшие значения, а именно + 2 и + 3.
biofile.ru
Хром, Вступление | |
| Символ | Cr |
| Латинское название | Chromium |
| Тип вещества | простой химический элемент |
| Год открытия | 1797 |
Основные параметры хрома по таблице Менделеева | |
| Атомный номер Z | 24 |
| Атомная масса | 51.9961 |
| Группа | 6 |
| Период | 4 |
| Принадлежность к группе | переходные металлы |
Механические свойства хрома | |
| Скорость звука | 5940 (Метр / Секунда) |
Термодинамические свойства хрома | |
| Агрегатное состояние при нормальных условиях | твердое тело |
| Точка плавления по Кельвину | 2180.15 (Кельвин) |
| Точка плавления по Цельсию | 1907 (°C) |
| Точка кипения по Кельвину | 2944.15 (Кельвин) |
| Точка кипения по Цельсию | 2671 (°C) |
Электрические свойства хрома | |
| Тип электрической проводимости | проводник |
Магнитные свойства хрома | |
| Тип магнитной проницаемости | антиферомагнетик |
Свойства атома хрома | |
| Конфигурация электронного облака | 1s2 | 2s22p6 | 3s23p63d54s1 |
| Радиус атома | 166 · 10 − 12 (Метр) |
| Массовое число A | 52 |
Химические свойства хрома | |
| Валентность | 6 |
Распространенность хрома | |
| Вселенная состоит из хрома на | 0.0015% |
| Солнце состоит из хрома на | 0.002% |
| Мировой океан состоит из хрома на | 6×10-8% |
| Человеческое тело состоит из хрома на | 3×10-6% |
Вселенная | |
| Вселенная состоит из хрома на | 0.0015% |
www.fxyz.ru
Реферат - Исследование свойств хрома и его соединений
Исследование свойств хрома и его соединений
План.
- Краткая характеристика.
- Физические свойства хрома.
- Химические свойства хрома.
- История открытия.
- Нахождение в природе.
- Виды соединений хрома.
- Лабораторные исследования.
- Область применения.
- Влияние на окружающую среду.
- Заключение.
1. Краткая характеристика.
Общие сведения.
Область применения хрома достаточно широка.
Хром и его соединения активно используются в промышленном производстве, в частности, в металлургии, химической и огнеупорной промышленности.
Хром Cr - химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996, радиус атома 0,0125, радиусы ионов Cr2+ - 0,0084; Cr3+ - 0,0064; Cr4+ - 6,0056.
Хром проявляет степени окисления +2, +3, +6, соответственно имеет валентности II, III, VI.
Имеет четыре стабильных изотопа с атомными массами 50, 52, 53, 54 . Самым распространенным из них, конечно, является хром с атомной массой 52 – 83,79% в природе.
Структура атома хрома изображена на рисунке:
2. Физические свойства хрома.
Хром представляет собой твердый, пластичный, довольно тяжелый, ковкий металл серо-стального цвета.
Кипит при 2469 0 С, плавится при 1878± 22 0 С. Обладает всеми характерными свойствами металлов - хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет блеск, присущий большинству металлов. И в то же время, устойчив к коррозии на воздухе и в воде.
Примеси кислорода, азота и углерода, даже в самых малых количествах, резко изменяют физические свойства хрома, например, делая его очень хрупким. Но, к сожалению, получить хром без этих примесей очень трудно.
Структура кристаллической решетки - объемноцентрированная кубическая. Особенностью хрома является резкое изменение его физических свойств при температуре около 37°С. Это аномальное явление ученым не удалось объяснить достоверно до сих пор. Дело в том, что в этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила.
Ниже приведена сводная таблица основных физических свойств хрома:
|
Параметр |
Значение |
|
Температура кипения |
2469-2480 0 C |
|
Температура плавления |
1878± 22 0 С |
|
Теплота парообразования |
344,4 кДж/Моль |
|
Плотность при 20 0 C |
7,19 г/см 3 |
|
Теплопроводность |
93,7 Вт/(мґ К) |
|
Температурный коэффициент линейного расширения |
6,2ґ 10 -6 |
|
Удельное электрическое сопротивление |
12,7ґ 10 -8 Омґ м |
|
Твердость по Бринеллю |
687 МПа |
|
Удельная магнитная восприимчивость |
+4,45ґ 10 -8 м/кг 3 |
3. Химические свойства хрома.
В зависимости от температур меняется и химическая активность хрома.
Так при небольших температурах хром мало активен и взаимодействует только со фтором.
С увеличением температуры от 600 0 C, начинает взаимодействовать с галогенами, серой, азотом, кремнием, бором, углеродом, кислородом.
Реакция с кислородом протекает сначала довольно активно, но через некоторое время резко замедляется, так как поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой, препятствующему дальнейшему окислению.
Это явление получило название – пассивирование.
Хром пассивируется холодными концентрированными h3SO4 и HNO3, однако при сильном нагревании он растворяется в этих кислотах:
2Cr + 6h3SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6h3O
Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3h3O
Дальше, уже при 1200 0 C пленка начинает разрушаться и окисление снова идет быстро.
При 2000 0 C хром воспламеняется в кислороде с образованием темно-зеленого оксида Cr2O3.
В сильных разбавленных кислотах - HCl и h3SO4, хром имеет свойство растворяться.
В отсутствии воздуха при этом образуются соли Cr2+, а на воздухе - соли Cr3+:
Cr + 2HCl = CrCl2+ h3
4Cr + 12HCl +3O2 = 4CrCl3 + 6h3O
Благодаря защитной пленке, хром не растворим кислотах в h4PO4, HClO4.
Приведем основные химические реакции чистого хрома:
1.При температурах 0…600 0 С:
- реакция со фтором 2Cr 0 + 3F 2 0 = 2Cr +3 F 3 -
- При температурах 600…1200 0 С:
- При температурах 1200…2000 0 С:
- История открытия хрома.
- с кислородом 4Cr + 3O
2
2Cr
2
O
3
Хром был обнаружен в конце XVIII века.
В 1766 году петербургский профессор химии И.Г.Леман описал новый минерал,
найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга. Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец.
Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П.С.Паллас.
Вот как он описывал хром в своих работах:
“Березовские копи, состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...”.
Сначала обнаруженный минерал был назван “сибирским красным свинцом”. Впоследствии за ним закрепилось название “крокоит”.
В конце XVIII века образец крокоита был привезен Палласом в Париж.
Этим минералом заинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минерал химическому анализу.
Он проводит анализ минерала в своем отчете: “Все образцы этого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, были получены из Березовского золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала в руднике истощились, и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности, если он желтый.
Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе...
Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он был найден. Большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...”
В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был оксид шестивалентного хрома) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходное вещество.
Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзей Воклена предложил ему назвать элемент хромом (по-гречески “хрома” - окраска) из-за яркого разнообразного цвета его соединений. Сначала Воклену не понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, после того как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово “хром” в списки известных науке элементов.
В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. В металлургии, где расход хрома для легирования сталей очень велик, используют не сам хром, а его сплав с железом - феррохром.
Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь.
5. Нахождение в природе.
Среднее содержание хрома в земной коре 83 г/т, по массе содержание хрома в земной коре составляет 0,035%, в воде морей и океанов 2 x10 -5 мг/л. Мировые подтвержденные запасы хромовых руд составляют 1,8 млрд. т. Более 60% cосредоточено в ЮАР. Крупными запасами обладают Зимбабве, Казахстан Турция, Индия, Бразилия. Руды хрома имеются в Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии. В то же время такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь очень бедными рудами.
Запасы хромовых руд России сосредоточены, главным образом, в группе Сарановских месторождений (Верблюжьегорское, Алапаевское, Халиловское и др.) на Урале (Пермская область) и составляют 6,4 млн. т. (0,36%от мировых запасов).
Добыча хромовых руд в мире составляет около 12 млн. т. в год, в том числе 108 тыс. т. в России. Главные производители товарной хромовой руды - ЮАР, Казахстан, на долю которых приходится более 60% добычи сырья ежегодно. В Красноярском крае месторождения хрома отсутствуют. Но на правом берегу р.Енисей, в устье р.Березовой (к югу от устья р. Подкаменная Тунгуска) есть рудопроявление с выходом пород 1,5´ 4 м, возраст пород оценивается в 500 млн. лет. Содержание чистого хрома в руде порядка 42% .
По содержанию Cr2O3 хромовые руды подразделяются на очень богатые (более 65%), богатые (65-52%), средние (52-45%), бедные (45-30%), убогие (30-10%). Руды, содержащие более 45% Cr2O3 не требуют обогащения.
- Виды соединений хрома.
- Лабораторные исследования.
1.Оксиды
Оксид хрома (II) CrO (основной) - сильный восстановитель, чрезвычайно неустойчив в присутствии влаги и кислорода. Практического значения не имеет.
Оксид хрома (III) Cr2O3 (амфотерный) устойчив на воздухе и в растворах.
Cr2O3 + h3SO4 = Cr2(SO4)3 + h3O
Cr2O3 + 2NaOH = Na2CrO4 + h3O
Образуется при нагревании некоторых соединений хрома (VI), например:
4CrO3 2Cr2O3 + 3О2
(Nh5)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + 4h3O
4Cr + 3O2 2Cr2O3
Оксид хрома (III) используется для восстановления металлического хрома невысокой чистоты с помощью алюминия (алюминотермия) или кремния (силикотермия):
Cr2O3 +2Al = Al2O3 +2Cr
2Cr2O3 + 3Si = 3SiO3 + 4Cr
Оксид хрома (VI) CrO3 (кислотный) - темно малиновые игольчатые кристаллы.
Получают действием избытка концентрированной h3SO4 на насыщенный водный раствор бихромата калия:
K2Cr2O7 + 2h3SO4 = 2CrO3 + 2KHSO4 + h3O
Оксид хрома (VI) - сильный окислитель, одно из самых токсичных соединений хрома.
При растворении CrO3 в воде образуется хромовая кислота h3CrO4
CrO3 + h3O = h3CrO4
Кислотный оксид хрома, реагируя со щелочами, образует желтые хроматы CrO42
CrO3 + 2KOH = K2CrO4 + h3O
2.Гидроксиды
Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь как в
кислотах (ведет себя как основание),так и в щелочах (ведет себя как кислота):
2Cr(OH)3 + 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 + 6h3O
Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4]
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2h3O
При прокаливании гидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III) Cr2O3.
Нерастворим в воде.
2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3h3O
3.Кислоты
Кислоты хрома, отвечающие его степени окисления +6 и различающиеся соотношением числа молекул CrO3 и h3O, существуют только в виде растворов. При растворении кислотного оксида CrO3, образуется монохромовая кислота (просто хромовая) h3CrO4.
CrO3 + h3O = h3CrO4
Подкисление раствора или увеличение в нем CrO3 приводит к кислотам общей формулы nCrO3 h3O
при n=2, 3, 4 это, соответственно, ди, три, тетрохромовые кислоты.
Самая сильная из них - дихромовая, то есть h3Cr2O7. Хромовые кислоты и их соли- сильные окислители и ядовиты.
4.Соли
Различают два вида солей: хромиты и хроматы.
Хромитами с общей формулой RCrO2 называются соли хромистой кислоты HCrO2.
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2h3O
Хромиты обладают различной окраской - от темно коричневой до совершенно черной и обычно встречаются в виде сплошных массивов. Хромит мягче многих других минералов, температура плавления хромита зависит от его состава 1545-1730 0 С.
Хромит имеет металлический блеск и почти нерастворим в кислотах.
Хроматы - соли хромовых кислот.
Соли монохромовой кислоты h3CrO4 называют монохроматами (хроматы) R2CrO4, соли дихромовой кислоты h3Cr2O7 дихроматы (бихроматы) - R2Cr2O7. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет. Они устойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются в оранжево-красные бихроматы:
2Na2CrO4 + h3SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + h3O
1.Получение оксида хрома (III)
Приборы и реактивы: асбестированная сетка; спички; бихромат аммония (Nh5)2Cr2O7 (измельченный).
Выполнение опыта.
Расстилаю большой лист бумаги, на который кладу
асбестированную сетку. Тонко измельченный бихромат аммония насыпаю в виде горки. До бихромата аммония дотрагиваюсь зажженной спичкой.
Начинается разложение бихромата, которое протекает с выделением тепла и
постепенно захватывает все большие и большие количества соли. В конце реакция идет все более бурно - появляются искры, пламя, летит рыхлый и легкий пепел - типичное извержение вулкана в миниатюре. Образовалось большое количество рыхлого темно-зеленого вещества.
Вывод: оксид хрома (III) Cr2O3 получается путем нагревания бихромата аммония:
(Nh5)2Cr2O7Cr2O3+N2+4h3O
2.Получение гидроксида хрома.
Приборы и реактивы: раствор соли хрома (III) CrCl3, едкий натр (гидроксид
натрия) NaOH.
Выполнение опыта. В пробирку с раствором хлорида хрома (III) по каплям добавляю раствор едкого натра до образования серо-зеленого осадка.
Вывод: Гидроксид хрома Cr(OH)3 получается при действии на соль трехвалентного хрома щелочью:
CrCl 3 + 3NaOH = Cr(OH) 3Ї + 3NaCl
3.Исследование свойств оксида хрома (III)
Приборы и реактивы: колба, вода h3O, оксид хрома (III) Cr2O3, серная кислота.
Выполнение опыта.
Добавляю полученный зеленый порошок оксида хрома (III) сначала в колбу с водой Cr2O3 + 3h3O = 2Cr(OH)3,
затем в колбу с серной кислотой Cr2O3 + 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 + 3h3O.
Наблюдаю растворение оксида в обоих колбах.
Вывод: Оксид хрома растворяется в воде и в кислотах.
4.Переход хромата в бихромат и обратно.
Приборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор бихромата калия
K2Cr2O7, серная кислота, гидроксид натрия.
Выполнение опыта.
К раствору хромата калия добавляю серную кислоту, в результате
происходит изменение окраски раствора из желтого в оранжевый.
2K2CrO4 + h3SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + h3O
К раствору бихромата калия добавляю щелочь, в результате происходит изменение окраски раствора из оранжевого в желтый.
K2Cr2O7 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 2KOH + h3O
Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы, ион CrO42- желтого цвета превращается в ион Cr2O72- оранжевого цвета, а в щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении
2CrO 4 2- + 2H + ® ¬ Cr 2 O 7 2- + H 2 O.
® - кислая среда,
¬ - щелочная среда.
5.Исследование свойств солей хрома (VI)
Приборы и реактивы:концентрированная соляная кислота HCl, концентрированный раствор бихромата калия K2Cr2O7.
Выполнение опыта. Концентрированная соляная кислота HCl добавляется к концентрированному раствору бихромата калия K2Cr2O7.
Наблюдаем при нагревании выделение резкого хлорного запаха, от которого жжет нос и горло.
Вывод: Так как все соединения хрома (VI) являются сильными окислителями, то при реакции с соляной кислотой:
K2Cr2O7 + 14HCl = 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7h3O
происходит восстановление хлора:
2Cl-2е = Cl 2 0
6.Получение малорастворимых солей хромовых кислот.
Приборы и реактивы: раствор бихромата калия K2Cr2O7, раствор нитрата серебра AgNO3, раствор хромата калия K2CrO4.
Выполнение опыта.
Наливаю в одну пробирку раствор хромата калия, в другую - раствор бихромата калия, и добавляю в обе пробирки раствор нитрата серебра, в обоих случаях наблюдаю образование красно-бурого осадка.
K2CrO4 + 2AgNO3= Ag2CrO4¯ + 2KNO3
K2Cr2O7 + AgNO3 ® Ag2CrO4¯ + KNO3
Вывод: Растворимые соли хрома при взаимодействии с нитратом серебра образуют нерастворимый осадок.
7.Окислительные свойства солей хрома (VI)
Приборы и реактивы: раствор сульфита натрия Na2SO3, серная кислота h3SO4,раствор бихромата калия K2Cr2O7.
Выполнение опыта.
К раствору K2Cr2O7, подкисленному серной кислотой, добавляю раствор Na2SO4. Происходит изменение окраски.
Оранжевый раствор стал зелено- фиолетовым.
Вывод: В кислой среде хром восстанавливается сульфитом натрия от хрома (VI) до хрома (III):
K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4h3SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4h3O
8. Область применения.
Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на
ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и
металлического хрома.
В химической промышленности используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.
Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовления
огнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химически пассивен, устойчив при температурах выше 22000С, хорошо выдерживает резкие колебания температур.
Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Своды из хромомагнезитового кирпича выдерживают вдвое больше плавок, чем своды из упорного кварцевого материала.
Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также
хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.
Растворимые в воде хроматы натрия и калия применяются в текстильном и кожевенном производстве, как консерванты древесины (они уничтожают древесные грибки).
Хромовая смесь - сернокислый раствор бихромата калия или натрия используется для мытья химической посуды в лабораториях. Наиболее часто применяется раствор содержащей по массе приблизительно 12 частей K2Cr2O7, 70 частей воды и 22 части h3SO4.
Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в
производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной
промышленности.
Нерастворимые хроматы некоторых металлов (PbCrO4, ZnCrO4, SrCrO4) - прекрасные художественные краски. Богатством оттенков – от розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи по фарфору.
В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза.
Технология получения искусственного рубина заключается в следующем: в оксид
алюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксида хрома (III), - ему-то и
обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины
ценятся не только за свои “внешние данные”: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса.
Оксид хрома (III) позволил тракторостроителям значительно сократить сроки
обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны “привыкнуть” друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.
Замена в рабочем слое магнитофонной пленки оксида железа на частицы оксида хрома (III) позволила резко улучшить качество звучания, пленка стала надежнее в работе.
Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия - всюду хром оказывается “при деле”.
Особое внимание следует уделить хромовым покрытиям. Коснемся их более подробно.
Хромирование.
Известно, что хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами, и самое главное, не имеет конукурентов по степени твердости среди металлов.
Сначала, тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и различных повреждений.
Но хромовые покрытия оказались пористыми и легко отслаивались.
И лишь в начале XIX века проблема была решена. Дело в том, что использовавшийся трехвалентный хром, содержащийся в электоролите, не мог создать нужного покрытия. Опыт удался, когда стали использовать электролит, содержащий хром – шестивалентный.
В качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней валентность хрома равна 6.
Иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома (0,0002-0,0005 миллиметра).
Толщина защитных покрытий на некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов составляет до 0,1 миллиметра.
Литовскими химиками был разработан способ многослойного покрытия, для особо
ответственных деталей.
Верхний слой этого покрытия состоит из хрома и по внешнему виду напоминает кольчугу. В процессе эксплуатации на этот слой приходится вся нагрузка, но пройдут многие годы, прежде чем он начнет окисляться.
Изделия из пластмасс так же подвергаются хромированию. Так полистирол, широко известный полимер, заключенный в хромовую оболочку, стал намного прочнее, для него оказались менее страшными истирание, удары и изгибы.
Следующий способ хромирования – диффузионный.
Принципиальное его отличие в том, что он протекает не в гальванических ваннах, а в печах.
Первоначально стальную деталь помещали в
порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких температур.
На поверхности детали при таком способе появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь.
Недостатком такого способа являлось то, что при температуре примерно 1000°С хромовый порошок на поверхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь.
Потому для этой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома, вместо порошка. Соли хрома, так называемый хлорид или иодид, позволяют снизить температуру процесса.
Получают хлорид (йодид) хрома непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром.
При этом образуется газообразный хлорид, который обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. С основным материалом такое покрытие гораздо прочнее связано, чем гальваническое.
Еще одна область применения хрома, которую следует рассмотреть более подробно - это сплавы.
Хромовые сплавы весьма многочисленны.
Приведем основные из них в виде таблицы:
|
Название |
Хром Cr |
Никель Ni |
Кобальт Co |
Алюминий Al |
Железо Fe |
Вольфрам W |
|
Феррохром |
65% |
35 % |
||||
|
Хромаль |
17-30% |
4-6% |
64-79% |
|||
|
Стеллит |
20-25% |
45-60% |
1-3% |
5-29% |
||
|
Нихром |
15-30% |
70-85% |
Феррохром в идеале – это чистый сплав хрома с железом.
Хром в таком сплаве вводится в жидкую сталь для ее легирования. Однако, температура плавления хрома выше, чем у стали и вводить его в сталь в чистом виде весьма затруднительно.
У феррохрома же температура плавления такая же, как у стали, или ниже.
Стеллит – сплав хрома и кобальта. Применяется в металлообрабатывающей промышленности. Его хорошо использовать для изготовления режущих инструментов. Это очень твердый сплав.
Стоек против износа и коррозии.
Хромали и нихромы используются в основном в приборостроении, в частности, для изготовления нагревателей в электрических печах сопротивления, т.к. весьма устойчивы в температурном интервале 1000-1300 0 C и обладают высоким электросопротивлением.
Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена. Используется в медицине, в восстановительной хирургии. Этот сплав безвреден для человеческого организма.
Вообще, добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена позволяет металлу переносить большие нагрузки при 650-900° С.
Всем известна сталь с добавлением хрома и никеля – “нержавейка”. Эта сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Содержание углерода в такой стали допускается не более 0,1%.
Чтобы при высоких температурах сталь ложилась гладко и не покрывалась “чешуей”, когда детали нагреваются до сотен градусов, в нее вводят 25-30% хрома. Такой прием позволяет стали выдерживает температуры до 1000°С.
9. Влияние на окружающую среду.
Здесь я хочу рассмотреть вредное влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на состояние окружающей среды и живые организмы.
Хром – очень токсичный элемент, но не всегда это учитывается при проведении геологоразведочных работ. А меры защиты окружающей среды при этом процессе необходимы.
Для исключения попадания рудной пыли в воздух населенных пунктов, при добыче хромовых руд, следует выполнять ряд условий:
- соблюдение определенного расстояния от населенных пунктов,
- орошение дорог в карьерах и в складах добытой руды.
Как уже было отмечено выше, хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки, иногда с образованием язв.
Главным образом соли хрома опасны тем, что поражают верхние дыхательные пути, легкие и глаза.
Оксиды хрома менее токсичны, чем чистый металл.
Значительное нарушение окружающей среды связано с переработкой хромового сырья.
В процессе переработки сырья, при сухом долблении и сортировке, в воздух попадает большое количество пыли.
А в процессе переработки сырья, при мокром обогащении, хром и его оксиды попадают в сточные воды. При этом сброс сточных вод в водоемы не возможен без очистки.
Для хранения отходов предусматривается строительство экранированных шламохранилищ.
10.Заключение
В данной работе проведен анализ хрома и его соединений по всем направлениям.
Дана общая характеристика хрома, как металла, подробно изложена информация о физических и химических свойствах данного металла. Отмечены малая химическая активность хрома, сильные окислительные свойства и высокая токсичность его соединений.
Приведен ряд экспериментов, с указанием реагентов и реакций образования.
Большое внимание уделено исследованию различных соединений хрома - оксидов, гидроксидов и солей.
Отдельным пунктом приведены интересные факты из истории открытия хрома, от его открытия до присвоения настоящего названия.
Указаны основные месторождения хрома.
А так же рассмотрен важный, на мой взгляд вопрос, об экологическом загрязнении окружающей среды, при добыче и переработке хромовых руд.
Список литературы.
1. Салли А., Брендз Э. Хром.- Изд. 2-е переработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971.- 360 с.
2. Лисицын А.Е., Остапенко П.Е. Минеральное сырье. Хром // Справочник. - М :ЗАО Геоинформмарк, 1999. - 25 с.
3. Энциклопедический словарь юного химика/ Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо.- М.: Педагогика, 1982.- 368 с.
4. Химия. Решение задач: учеб. пособие для уч. сред. и ст. шк. возраста/ Авт.- сост. А.Е.Хасанов. - Мн.: Современный литератор, 1999. -448 с.
5. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника/ Гл. ред. И.П.Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.
referat.store
Исследование свойств хрома и его соединений
Исследование свойств хрома и его соединений
План.
- Краткая характеристика.
- Физические свойства хрома.
- Химические свойства хрома.
- История открытия.
- Нахождение в природе.
- Виды соединений хрома.
- Лабораторные исследования.
- Область применения.
- Влияние на окружающую среду.
- Заключение.
1. Краткая характеристика.
Общие сведения.
Область применения хрома достаточно широка.
Хром и его соединения активно используются в промышленном производстве, в частности, в металлургии, химической и огнеупорной промышленности.
Хром Cr - химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996, радиус атома 0,0125, радиусы ионов Cr2+ - 0,0084; Cr3+ - 0,0064; Cr4+ - 6,0056.
Хром проявляет степени окисления +2, +3, +6, соответственно имеет валентности II, III, VI.
Имеет четыре стабильных изотопа с атомными массами 50, 52, 53, 54 . Самым распространенным из них, конечно, является хром с атомной массой 52 – 83,79% в природе.
Структура атома хрома изображена на рисунке:
2. Физические свойства хрома.
Хром представляет собой твердый, пластичный, довольно тяжелый, ковкий металл серо-стального цвета.
Кипит при 24690С, плавится при 1878± 220С. Обладает всеми характерными свойствами металлов - хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет блеск, присущий большинству металлов. И в то же время, устойчив к коррозии на воздухе и в воде.
Примеси кислорода, азота и углерода, даже в самых малых количествах, резко изменяют физические свойства хрома, например, делая его очень хрупким. Но, к сожалению, получить хром без этих примесей очень трудно.
Структура кристаллической решетки - объемноцентрированная кубическая. Особенностью хрома является резкое изменение его физических свойств при температуре около 37°С. Это аномальное явление ученым не удалось объяснить достоверно до сих пор. Дело в том, что в этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила.
Ниже приведена сводная таблица основных физических свойств хрома:
Параметр | Значение |
Температура кипения |
2469-2480 0C |
Температура плавления |
1878± 220С |
Теплота парообразования |
344,4 кДж/Моль |
Плотность при 200C |
7,19 г/см3 |
Теплопроводность |
93,7 Вт/(мґ К) |
Температурный коэффициент линейного расширения | 6,2ґ 10-6 |
Удельное электрическое сопротивление |
12,7ґ 10-8Омґ м |
Твердость по Бринеллю |
687 МПа |
Удельная магнитная восприимчивость |
+4,45ґ 10-8м/кг3 |
3. Химические свойства хрома.
В зависимости от температур меняется и химическая активность хрома.
Так при небольших температурах хром мало активен и взаимодействует только со фтором.
С увеличением температуры от 6000C, начинает взаимодействовать с галогенами, серой, азотом, кремнием, бором, углеродом, кислородом.
Реакция с кислородом протекает сначала довольно активно, но через некоторое время резко замедляется, так как поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой, препятствующему дальнейшему окислению.
Это явление получило название – пассивирование.
Хром пассивируется холодными концентрированными h3SO4 и HNO3, однако при сильном нагревании он растворяется в этих кислотах:
2Cr + 6h3SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6h3O
Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3h3O
Дальше, уже при 1200 0C пленка начинает разрушаться и окисление снова идет быстро.
При 20000C хром воспламеняется в кислороде с образованием темно-зеленого оксида Cr2O3.
В сильных разбавленных кислотах - HCl и h3SO4, хром имеет свойство растворяться.
В отсутствии воздуха при этом образуются соли Cr2+, а на воздухе - соли Cr3+:
Cr + 2HCl = CrCl2+ h3
4Cr + 12HCl +3O2 = 4CrCl3 + 6h3O
Благодаря защитной пленке, хром не растворим кислотах в h4PO4, HClO4.
Приведем основные химические реакции чистого хрома:
1.При температурах 0…600 0С:
- реакция со фтором 2Cr0 + 3F20 = 2Cr+3F3-
- При температурах 600…1200 0С:
- При температурах 1200…2000 0С:
- с кислородом 4Cr + 3O2 
2Cr2O3
Хром был обнаружен в конце XVIII века.
В 1766 году петербургский профессор химии И.Г.Леман описал новый минерал,
найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга. Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец.
Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П.С.Паллас.
Вот как он описывал хром в своих работах:
“Березовские копи, состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...”.
Сначала обнаруженный минерал был назван “сибирским красным свинцом”. Впоследствии за ним закрепилось название “крокоит”.
В конце XVIII века образец крокоита был привезен Палласом в Париж.
Этим минералом заинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минерал химическому анализу.
Он проводит анализ минерала в своем отчете: “Все образцы этого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, были получены из Березовского золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала в руднике истощились, и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности, если он желтый.
Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе...
Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он был найден. Большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...”
В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был оксид шестивалентного хрома) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходное вещество.
Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзей Воклена предложил ему назвать элемент хромом (по-гречески “хрома” - окраска) из-за яркого разнообразного цвета его соединений. Сначала Воклену не понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, после того как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово “хром” в списки известных науке элементов.
В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. В металлургии, где расход хрома для легирования сталей очень велик, используют не сам хром, а его сплав с железом - феррохром.
Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь.
5. Нахождение в природе.
Среднее содержание хрома в земной коре 83 г/т, по массе содержание хрома в земной коре составляет 0,035%, в воде морей и океанов 2 x10-5 мг/л. Мировые подтвержденные запасы хромовых руд составляют 1,8 млрд. т. Более 60% cосредоточено в ЮАР. Крупными запасами обладают Зимбабве, Казахстан Турция, Индия, Бразилия. Руды хрома имеются в Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии. В то же время такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь очень бедными рудами.
Запасы хромовых руд России сосредоточены, главным образом, в группе Сарановских месторождений (Верблюжьегорское, Алапаевское, Халиловское и др.) на Урале (Пермская область) и составляют 6,4 млн. т. (0,36%от мировых запасов).
Добыча хромовых руд в мире составляет около 12 млн. т. в год, в том числе 108 тыс. т. в России. Главные производители товарной хромовой руды - ЮАР, Казахстан, на долю которых приходится более 60% добычи сырья ежегодно. В Красноярском крае месторождения хрома отсутствуют. Но на правом берегу р.Енисей, в устье р.Березовой (к югу от устья р. Подкаменная Тунгуска) есть рудопроявление с выходом пород 1,5´ 4 м, возраст пород оценивается в 500 млн. лет. Содержание чистого хрома в руде порядка 42% .
По содержанию Cr2O3 хромовые руды подразделяются на очень богатые (более 65%), богатые (65-52%), средние (52-45%), бедные (45-30%), убогие (30-10%). Руды, содержащие более 45% Cr2O3 не требуют обогащения.
- Виды соединений хрома.
1.Оксиды
Оксид хрома (II) CrO (основной) - сильный восстановитель, чрезвычайно неустойчив в присутствии влаги и кислорода. Практического значения не имеет.
Оксид хрома (III) Cr2O3 (амфотерный) устойчив на воздухе и в растворах.
Cr2O3 + h3SO4 = Cr2(SO4)3 + h3O
Cr2O3 + 2NaOH = Na2CrO4 + h3O
Образуется при нагревании некоторых соединений хрома (VI), например:
4CrO3 2Cr2O3 + 3О2
(Nh5)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + 4h3O
4Cr + 3O2 2Cr2O3
Оксид хрома (III) используется для восстановления металлического хрома невысокой чистоты с помощью алюминия (алюминотермия) или кремния (силикотермия):
Cr2O3 +2Al = Al2O3 +2Cr
2Cr2O3 + 3Si = 3SiO3 + 4Cr
Оксид хрома (VI) CrO3 (кислотный) - темно малиновые игольчатые кристаллы.
Получают действием избытка концентрированной h3SO4 на насыщенный водный раствор бихромата калия:
K2Cr2O7 + 2h3SO4 = 2CrO3 + 2KHSO4 + h3O
Оксид хрома (VI) - сильный окислитель, одно из самых токсичных соединений хрома.
При растворении CrO3 в воде образуется хромовая кислота h3CrO4
CrO3 + h3O = h3CrO4
Кислотный оксид хрома, реагируя со щелочами, образует желтые хроматы CrO42
CrO3 + 2KOH = K2CrO4 + h3O
2.Гидроксиды
Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь как в
кислотах (ведет себя как основание),так и в щелочах (ведет себя как кислота):
2Cr(OH)3 + 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 + 6h3O
Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4]
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2h3O
При прокаливании гидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III) Cr2O3.
Нерастворим в воде.
2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3h3O
3.Кислоты
Кислоты хрома, отвечающие его степени окисления +6 и различающиеся соотношением числа молекул CrO3 и h3O, существуют только в виде растворов. При растворении кислотного оксида CrO3, образуется монохромовая кислота (просто хромовая) h3CrO4.
CrO3 + h3O = h3CrO4
Подкисление раствора или увеличение в нем CrO3 приводит к кислотам общей формулы nCrO3 h3O
при n=2, 3, 4 это, соответственно, ди, три, тетрохромовые кислоты.
Самая сильная из них - дихромовая, то есть h3Cr2O7. Хромовые кислоты и их соли- сильные окислители и ядовиты.
4.Соли
Различают два вида солей: хромиты и хроматы.
Хромитами с общей формулой RCrO2 называются соли хромистой кислоты HCrO2.
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2h3O
Хромиты обладают различной окраской - от темно коричневой до совершенно черной и обычно встречаются в виде сплошных массивов. Хромит мягче многих других минералов, температура плавления хромита зависит от его состава 1545-1730 0С.
Хромит имеет металлический блеск и почти нерастворим в кислотах.
Хроматы - соли хромовых кислот.
Соли монохромовой кислоты h3CrO4 называют монохроматами (хроматы) R2CrO4, соли дихромовой кислоты h3Cr2O7 дихроматы (бихроматы) - R2Cr2O7. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет. Они устойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются в оранжево-красные бихроматы:
2Na2CrO4 + h3SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + h3O
1.Получение оксида хрома (III)
Приборы и реактивы: асбестированная сетка; спички; бихромат аммония (Nh5)2Cr2O7 (измельченный).
Выполнение опыта.
Расстилаю большой лист бумаги, на который кладу
асбестированную сетку. Тонко измельченный бихромат аммония насыпаю в виде горки. До бихромата аммония дотрагиваюсь зажженной спичкой.
Начинается разложение бихромата, которое протекает с выделением тепла и
постепенно захватывает все большие и большие количества соли. В конце реакция идет все более бурно - появляются искры, пламя, летит рыхлый и легкий пепел - типичное извержение вулкана в миниатюре. Образовалось большое количество рыхлого темно-зеленого вещества.
Вывод: оксид хрома (III) Cr2O3 получается путем нагревания бихромата аммония:
(Nh5)2Cr2O7Cr2O3+N2+4h3O
2.Получение гидроксида хрома.
Приборы и реактивы: раствор соли хрома (III) CrCl3, едкий натр (гидроксид
натрия) NaOH.
Выполнение опыта. В пробирку с раствором хлорида хрома (III) по каплям добавляю раствор едкого натра до образования серо-зеленого осадка.
Вывод: Гидроксид хрома Cr(OH)3 получается при действии на соль трехвалентного хрома щелочью:
CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3Ї + 3NaCl
3.Исследование свойств оксида хрома (III)
Приборы и реактивы: колба, вода h3O, оксид хрома (III) Cr2O3, серная кислота.
Выполнение опыта.
Добавляю полученный зеленый порошок оксида хрома (III) сначала в колбу с водой Cr2O3 + 3h3O = 2Cr(OH)3,
затем в колбу с серной кислотой Cr2O3 + 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 + 3h3O.
Наблюдаю растворение оксида в обоих колбах.
Вывод: Оксид хрома растворяется в воде и в кислотах.
4.Переход хромата в бихромат и обратно.
Приборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор бихромата калия
K2Cr2O7, серная кислота, гидроксид натрия.
Выполнение опыта.
К раствору хромата калия добавляю серную кислоту, в результате
происходит изменение окраски раствора из желтого в оранжевый.
2K2CrO4 + h3SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + h3O
К раствору бихромата калия добавляю щелочь, в результате происходит изменение окраски раствора из оранжевого в желтый.
K2Cr2O7 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 2KOH + h3O
Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы, ион CrO42- желтого цвета превращается в ион Cr2O72- оранжевого цвета, а в щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении
2CrO42- + 2H+ ® ¬ Cr2O72- + h3O.
® - кислая среда,
¬ - щелочная среда.
5.Исследование свойств солей хрома (VI)
Приборы и реактивы:концентрированная соляная кислота HCl, концентрированный раствор бихромата калия K2Cr2O7.
Выполнение опыта. Концентрированная соляная кислота HCl добавляется к концентрированному раствору бихромата калия K2Cr2O7.
Наблюдаем при нагревании выделение резкого хлорного запаха, от которого жжет нос и горло.
Вывод: Так как все соединения хрома (VI) являются сильными окислителями, то при реакции с соляной кислотой:
K2Cr2O7 + 14HCl = 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7h3O
происходит восстановление хлора:
2Cl-2е = Cl20
6.Получение малорастворимых солей хромовых кислот.
Приборы и реактивы: раствор бихромата калия K2Cr2O7, раствор нитрата серебра AgNO3, раствор хромата калия K2CrO4.
Выполнение опыта.
Наливаю в одну пробирку раствор хромата калия, в другую - раствор бихромата калия, и добавляю в обе пробирки раствор нитрата серебра, в обоих случаях наблюдаю образование красно-бурого осадка.
K2CrO4 + 2AgNO3= Ag2CrO4¯ + 2KNO3
K2Cr2O7 + AgNO3 ® Ag2CrO4¯ + KNO3
Вывод: Растворимые соли хрома при взаимодействии с нитратом серебра образуют нерастворимый осадок.
7.Окислительные свойства солей хрома (VI)
Приборы и реактивы: раствор сульфита натрия Na2SO3, серная кислота h3SO4,раствор бихромата калия K2Cr2O7.
Выполнение опыта.
К раствору K2Cr2O7, подкисленному серной кислотой, добавляю раствор Na2SO4. Происходит изменение окраски.
Оранжевый раствор стал зелено- фиолетовым.
Вывод: В кислой среде хром восстанавливается сульфитом натрия от хрома (VI) до хрома (III):
K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4h3SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4h3O
8. Область применения.
Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на
ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и
металлического хрома.
В химической промышленности используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.
Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовления
огнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химически пассивен, устойчив при температурах выше 22000С, хорошо выдерживает резкие колебания температур.
Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Своды из хромомагнезитового кирпича выдерживают вдвое больше плавок, чем своды из упорного кварцевого материала.
Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также
хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.
Растворимые в воде хроматы натрия и калия применяются в текстильном и кожевенном производстве, как консерванты древесины (они уничтожают древесные грибки).
Хромовая смесь - сернокислый раствор бихромата калия или натрия используется для мытья химической посуды в лабораториях. Наиболее часто применяется раствор содержащей по массе приблизительно 12 частей K2Cr2O7, 70 частей воды и 22 части h3SO4.
Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в
производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной
промышленности.
Нерастворимые хроматы некоторых металлов (PbCrO4, ZnCrO4, SrCrO4) - прекрасные художественные краски. Богатством оттенков – от розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи по фарфору.
В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза.
Технология получения искусственного рубина заключается в следующем: в оксид
алюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксида хрома (III), - ему-то и
обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины
ценятся не только за свои “внешние данные”: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса.
Оксид хрома (III) позволил тракторостроителям значительно сократить сроки
обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны “привыкнуть” друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.
Замена в рабочем слое магнитофонной пленки оксида железа на частицы оксида хрома (III) позволила резко улучшить качество звучания, пленка стала надежнее в работе.
Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия - всюду хром оказывается “при деле”.
Особое внимание следует уделить хромовым покрытиям. Коснемся их более подробно.
Хромирование.
Известно, что хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами, и самое главное, не имеет конукурентов по степени твердости среди металлов.
Сначала, тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и различных повреждений.
Но хромовые покрытия оказались пористыми и легко отслаивались.
И лишь в начале XIX века проблема была решена. Дело в том, что использовавшийся трехвалентный хром, содержащийся в электоролите, не мог создать нужного покрытия. Опыт удался, когда стали использовать электролит, содержащий хром – шестивалентный.
В качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней валентность хрома равна 6.
Иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома (0,0002-0,0005 миллиметра).
Толщина защитных покрытий на некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов составляет до 0,1 миллиметра.
Литовскими химиками был разработан способ многослойного покрытия, для особо
ответственных деталей.
Верхний слой этого покрытия состоит из хрома и по внешнему виду напоминает кольчугу. В процессе эксплуатации на этот слой приходится вся нагрузка, но пройдут многие годы, прежде чем он начнет окисляться.
Изделия из пластмасс так же подвергаются хромированию. Так полистирол, широко известный полимер, заключенный в хромовую оболочку, стал намного прочнее, для него оказались менее страшными истирание, удары и изгибы.
Следующий способ хромирования – диффузионный.
Принципиальное его отличие в том, что он протекает не в гальванических ваннах, а в печах.
Первоначально стальную деталь помещали в
порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких температур.
На поверхности детали при таком способе появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь.
Недостатком такого способа являлось то, что при температуре примерно 1000°С хромовый порошок на поверхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь.
Потому для этой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома, вместо порошка. Соли хрома, так называемый хлорид или иодид, позволяют снизить температуру процесса.
Получают хлорид (йодид) хрома непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром.
При этом образуется газообразный хлорид, который обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. С основным материалом такое покрытие гораздо прочнее связано, чем гальваническое.
Еще одна область применения хрома, которую следует рассмотреть более подробно - это сплавы.
Хромовые сплавы весьма многочисленны.
Приведем основные из них в виде таблицы:
Название | Хром Cr | Никель Ni | Кобальт Co | Алюминий Al | Железо Fe | Вольфрам W |
Феррохром | 65% |
|
|
| 35 % |
|
Хромаль | 17-30% |
|
| 4-6% | 64-79% |
|
Стеллит
| 20-25% |
| 45-60% |
| 1-3% | 5-29% |
Нихром | 15-30% | 70-85% |
|
|
|
|
Феррохром в идеале – это чистый сплав хрома с железом.
Хром в таком сплаве вводится в жидкую сталь для ее легирования. Однако, температура плавления хрома выше, чем у стали и вводить его в сталь в чистом виде весьма затруднительно.
У феррохрома же температура плавления такая же, как у стали, или ниже.
Стеллит – сплав хрома и кобальта. Применяется в металлообрабатывающей промышленности. Его хорошо использовать для изготовления режущих инструментов. Это очень твердый сплав.
Стоек против износа и коррозии.
Хромали и нихромы используются в основном в приборостроении, в частности, для изготовления нагревателей в электрических печах сопротивления, т.к. весьма устойчивы в температурном интервале 1000-13000C и обладают высоким электросопротивлением.
Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена. Используется в медицине, в восстановительной хирургии. Этот сплав безвреден для человеческого организма.
Вообще, добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена позволяет металлу переносить большие нагрузки при 650-900° С.
Всем известна сталь с добавлением хрома и никеля – “нержавейка”. Эта сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Содержание углерода в такой стали допускается не более 0,1%.
Чтобы при высоких температурах сталь ложилась гладко и не покрывалась “чешуей”, когда детали нагреваются до сотен градусов, в нее вводят 25-30% хрома. Такой прием позволяет стали выдерживает температуры до 1000°С.
9. Влияние на окружающую среду.
Здесь я хочу рассмотреть вредное влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на состояние окружающей среды и живые организмы.
Хром – очень токсичный элемент, но не всегда это учитывается при проведении геологоразведочных работ. А меры защиты окружающей среды при этом процессе необходимы.
Для исключения попадания рудной пыли в воздух населенных пунктов, при добыче хромовых руд, следует выполнять ряд условий:
- соблюдение определенного расстояния от населенных пунктов,
- орошение дорог в карьерах и в складах добытой руды.
Как уже было отмечено выше, хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки, иногда с образованием язв.
Главным образом соли хрома опасны тем, что поражают верхние дыхательные пути, легкие и глаза.
Оксиды хрома менее токсичны, чем чистый металл.
Значительное нарушение окружающей среды связано с переработкой хромового сырья.
В процессе переработки сырья, при сухом долблении и сортировке, в воздух попадает большое количество пыли.
А в процессе переработки сырья, при мокром обогащении, хром и его оксиды попадают в сточные воды. При этом сброс сточных вод в водоемы не возможен без очистки.
Для хранения отходов предусматривается строительство экранированных шламохранилищ.
10.Заключение
В данной работе проведен анализ хрома и его соединений по всем направлениям.
Дана общая характеристика хрома, как металла, подробно изложена информация о физических и химических свойствах данного металла. Отмечены малая химическая активность хрома, сильные окислительные свойства и высокая токсичность его соединений.
Приведен ряд экспериментов, с указанием реагентов и реакций образования.
Большое внимание уделено исследованию различных соединений хрома - оксидов, гидроксидов и солей.
Отдельным пунктом приведены интересные факты из истории открытия хрома, от его открытия до присвоения настоящего названия.
Указаны основные месторождения хрома.
А так же рассмотрен важный, на мой взгляд вопрос, об экологическом загрязнении окружающей среды, при добыче и переработке хромовых руд.
Список литературы.
1. Салли А., Брендз Э. Хром.- Изд. 2-е переработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971.- 360 с.
2. Лисицын А.Е., Остапенко П.Е. Минеральное сырье. Хром // Справочник. - М :ЗАО Геоинформмарк, 1999. - 25 с.
3. Энциклопедический словарь юного химика/ Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо.- М.: Педагогика, 1982.- 368 с.
4. Химия. Решение задач: учеб. пособие для уч. сред. и ст. шк. возраста/ Авт.- сост. А.Е.Хасанов. - Мн.: Современный литератор, 1999. -448 с.
5. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника/ Гл. ред. И.П.Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.
sesii.net
