Хром щелочь. Соединения хрома. Оксиды, гидроксиды. Хроматы. Дихроматы. Окислительные свойства соединений хрома (VI). Физические свойства хрома

Среди многообразия химических элементов и их соединений сложно выделить наиболее полезное для человечества вещество. Каждое уникально по своим свойствам и возможностям применения. Технический прогресс значительно облегчает исследовательский процесс, но и ставит перед ним новые задачи. Химические элементы, открытые несколько сотен лет назад и изученные во всех проявлениях, получают в современном мире более технологичные направления использования. Данная тенденция распространяется на соединения, существующие в природе и созданные людьми.

Оксид

В земной коре и на просторах Вселенной существует множество химических соединений, которые отличаются по классам, типам, характеристикам. Одним из самых распространенных видов соединений является оксид (окись, окисел). К нему относят песок, воду, углекислый газ, т. е. основополагающие вещества для существования человечества и всей биосферы Земли. Оксидами называют вещества, которые имеют в составе атомы кислорода со степенью окисления -2, при этом связь между элементами является бинарной. Их образование происходит в результате химической реакции, условия которой разнятся в зависимости от состава оксида.

Характерными признаками данного вещества являются три позиции: вещество сложное, состоит из двух атомов, один из них - кислород. Большое количество существующих оксидов объясняется тем, что многие химические элементы образуют несколько веществ. Они идентичны по составу, но атом, вступающий в реакцию с кислородом, проявляет несколько степеней валентности. Например, оксид хрома (2, 3, 4, 6), азота (1, 2, 3, 4 ,5) и т. д. При этом их свойства зависят от степени валентности элемента, вступающего в окислительную реакцию.

По принятой классификации оксиды бывают основными и кислотными. Также выделяется амфотерный вид, который проявляет свойства основного окисла. Кислотные оксиды - это соединения неметаллов или элементов с высокой валентностью, их гидратами являются кислоты. К основным окислам относят все вещества, имеющие связь кислород + металл, их гидратами являются основания.

Хром

В 18 веке химик И. Г. Леман обнаружил неизвестный минерал, который был назван красным сибирским свинцом. Профессор Парижской минералогической школы Вокелен провел ряд химических реакций с полученным образцом, в результате которых был выделен неизвестный металл. Основными свойствами, обозначенными ученым, стали его устойчивость к кислотным средам и тугоплавкость (жаропрочность). Название "хром" (Chromium) возникло из-за широкой цветовой гаммы, которая характеризуется соединениям элемента. Металл достаточно инертен, в чистом виде не встречается в природных условиях.

Основными минералами, содержащими хром, являются: хромит (FeCr 2 O 4), меланохроит, вокеленит, дитцеит, тарапакаит. Химический элемент Cr располагается в 6 группе периодической системы Д. И. Менделеева, имеет атомный номер 24. Электронная конфигурация атома хрома позволяет элементу иметь валентность +2, +3, +6, при этом наиболее устойчивыми являются соединения трехвалентного металла. Возможны реакции, при которых степень окисления равна +1, +5, +4. Хром химически не активен, поверхность металла покрывается пленкой (эффект пассивирования), предотвращающей реакции с кислородом и водой при нормальных условиях. Оксид хрома, образующийся на поверхности, предохраняет металл от взаимодействия с кислотами и галогенами при отсутствии катализаторов. Соединения с простыми веществами (не металлами) возможны при температуре от 300 о С (хлор, бром, сера).

При взаимодействии со сложными веществами требуются дополнительные условия, например, с раствором щелочи реакция не происходит, с ее расплавами процесс происходит очень медленно. С кислотами хром вступает в реакцию при наличии в качестве катализатора высокой температуры. Оксид хрома можно получить из различных минералов путем воздействия температуры. В зависимости от будущей степени окисления элемента применяются концентрированные кислоты. При этом валентность хрома в соединении варьируется от +2 до +6 (высший оксид хрома).

Применение

За счет уникальных антикоррозийных свойств и жаропрочности большое практическое значение имеют сплавы на основе хрома. При этом в процентном соотношении его доля не должна превышать половины общего объема. Большим недостатком хрома является его хрупкость, что уменьшает возможности обработки сплавов. Наиболее распространенным способом применения металла является изготовление покрытий (хромирование). Защитная пленка может составлять слой в 0,005 мм, но она будет надежно предохранять металлическое изделие от коррозии и внешних воздействий. Соединения хрома используются для изготовления жаропрочных конструкций в металлургической промышленности (плавильные печи). Антикоррозийные покрытия декоративного направления (металлокерамика), специальная легированная сталь, электроды для сварочных аппаратов, сплавы на основе кремния, алюминия являются востребованными на мировых рынках. Оксид хрома за счет низкой возможности окисления и высокой жаропрочности служит катализатором многих химических реакций, протекающих при высоких температурах (1000 о С).

Двухвалентные соединения

Оксид хрома (2) CrO (закись) является порошком ярко-красного или черного цвета. В воде нерастворим, при нормальных условиях не окисляется, проявляет ярко выраженные основные свойства. Вещество твердое, тугоплавкое (1550 о С), не является токсичным. В процессе нагревания до 100 о С окисляется до Cr 2 O 3 . В слабых растворах азотной и серной кислот не растворяется, реакция происходит с хлороводородной кислотой.

Получение, применение

Данное вещество считается низшим оксидом. Имеет достаточно узкую сферу применения. В химической промышленности оксид хрома 2 используется для очистки углеводородов от кислорода, который он притягивает в процессе окисления при температуре свыше 100 о С. Получить закись двухвалентного хрома можно тремя способами:

1. Разложением карбонила Cr(CO) 6 при наличии в качестве катализатора высокой температуры.
2. Восстанавливая при помощи фосфорной кислоты оксид хрома 3.
3. Амальгама хрома окисляется кислородом или азотной кислотой.

Трехвалентные соединения

Для оксидов хрома степень окисления +3 является самой устойчивой формой вещества. Cr 2 O 3 (хромовая зелень, сесквиоксид, эсколаид) в химическом отношении инертен, нерастворим в воде, имеет высокую температуру плавления (более 2000 о С). Оксид хрома 3 - зеленый тугоплавкий порошок, очень твердый, имеет амфотерные свойства. Вещество растворимо в концентрированных кислотах, реакция со щелочами происходит в результате сплавления. Может восстанавливаться до чистого металла при взаимодействии с сильным восстановителем.

Получение и применение

За счет высокой твердости (сопоставимой с корундом) наиболее распространено использование вещества в абразивных и полирующих материалах. Оксид хрома (формула Cr 2 O 3) имеет зеленый цвет, поэтому его применяют в качестве пигмента при изготовлении стекол, красок, керамики. Для химической промышленности данное вещество используется как катализатор для протекания реакций с органическими соединениями (синтез аммиака). Трехвалентный оксид хрома применяется для создания искусственных драгоценных камней и шпинелей. Для получения используется несколько видов химических реакций:

1. Окисление закиси хрома.
2. Нагревание (прокаливанием) бихромата или хромата аммония.
3. Разложение гидроксида трехвалентного хрома или шестивалентного оксида.
4. Прокаливание хромата или бихромата ртути.

Шестивалентные соединения

Формула высшего оксида хрома - CrO 3 . Вещество фиолетового или темно-красного цвета, может существовать в виде кристаллов, игл, пластин. Химически активен, токсичен, при взаимодействии с органическими соединениями существует опасность самовозгорания и взрыва. Оксид хрома 6 - хромовый ангидрид, трёхокись хрома - хорошо растворим в воде, при нормальных условиях взаимодействует с воздухом (расплывается), температура плавления - 196 о С. Вещество имеет ярко выраженные кислотные характеристики. При химической реакции с водой образуется дихромовая или хромовая кислота, без дополнительных катализаторов взаимодействует со щелочами (хроматы желтого цвета). Для галогенов (йод, сера, фосфор) является сильным окислителем. В результате нагревания свыше 250 о С образуется свободный кислород и трехвалентный оксид хрома.

Как получают и где применяют

Оксид хрома 6 получают обработкой хроматов (бихроматов) натрия или калия концентрированной серной кислотой либо при реакции хромата серебра с хлороводородной кислотой. Высокая химическая активность вещества обуславливает основные направления его применения:

1. Получение чистого металла - хрома.
2. В процессе хромирования поверхностей, в том числе электролитическим способом.
3. Окисление спиртов (органических соединений) в химической промышленности.
4. В ракетной технике используется в качестве воспламенителя топлива.
5. В химических лабораториях очищает посуду от органических соединений.
6. Используется в пиротехнической отрасли.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хром расположен в четвертом периоде VI группы побочной (B) подгруппы Периодической таблицы. Обозначение – Cr. В виде простого вещества - серовато-белый блестящий металл.

Хром имеет структуру объемно-центрированной кубической решетки. Плотность - 7,2 г/см 3 . Температуры плавления и кипения равны 1890 o С и 2680 o С, соответственно.

Степень окисления хрома в соединениях

Хром может существовать в виде простого вещества - металла, а степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю , так как распределение электронной плотности в них равномерно.

Степени окисления (+2) и (+3) хром проявляет в оксидах (Cr +2 O, Cr +3 2 O 3), гидроксидах (Cr +2 (OH) 2 , Cr +3 (OH) 3), галогенидах (Cr +2 Cl 2 , Cr +3 Cl 3), сульфатах (Cr +2 SO 4 , Cr +3 2 (SO 4) 3) и др. соединениях.

Для хрома также характерна степень окисления (+6) : Cr +6 O 3 ,H 2 Cr +6 O 4 , H 2 Cr +6 2 O 7 , K 2 Cr +6 2 O 7 и т.д.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Хром – тугоплавкий, очень твердый металл, обладающий необыкновенной стойкостью к коррозии. Эти уникальные качества и обеспечили ему столь высокую востребованность в промышленности и строительстве.

Потребитель чаще всего знаком не с изделиями из хрома, а с предметами, покрытыми тонким слоем металла. Ослепительный зеркальный блеск такого покрытия привлекателен сам по себе, однако имеет и чисто практическое значение. Хром устойчив к коррозии и способен защитить сплавы и металлы от ржавчины.

И сегодня мы ответим на вопросы о том, хром — это металл или неметалл, и если металл, то какой: черный или цветной, тяжелый или легкий. Также мы расскажем в каком виде хром встречается в природе, и каковы отличия хрома от и других подобных металлов.

Для начала поговорим о том, как выглядит хром, каковы металлы его содержащие, и в чем особенность такого вещества. Хром — это типичный металл серебристо-голубоватого цвета, тяжелый, по плотности превосходит , к тому же относится к категории тугоплавких – температура его плавления и кипения очень велики.

Элемент хром размещается в побочной подгруппе 6 группы в 4 периоде. Близок по свойствам к молибдену и вольфраму, хотя имеет и заметные отличия. Последние чаще всего проявляют лишь высшую степень окисления, в то время как хром проявляет валентность и два, и три, и шесть. Это означает, что элемент образует множество разнообразных соединений.

Именно соединения и дали название самому элементу – от греческого краска, цвет. Дело в том, что его соли и оксиды окрашены в самые разнообразные яркие цвета.

Данное видео расскажет о том, что такое хром:

Особенности и отличия по сравнению с другими металлами

При изучении металла наибольший интерес вызывали 2 свойства вещества: твердость и тугоплавкость. Хром относится к наиболее твердым металлам – занимает пятое место и уступает урану, иридию, вольфраму и бериллию. Однако качество это оказалось невостребованным, поскольку у металла были обнаружены более важные для промышленности свойства.

Хром плавится при 1907 С. Вольфраму или молибдену по этому показателю он уступает, но все равно относится к тугоплавким веществам. Правда, на температуру его плавления сильно влияют примеси.

• Как многие из металлов, устойчивых к коррозии, хром образует на воздухе тонкую и очень плотную оксидную пленку. Последняя прикрывает доступ кислорода, азота и влаги к веществу, что и делает его неуязвимым. Особенность в том, что это качество он передает своему сплаву с : в присутствии элемента увеличивается потенциал а-фазы железа и в итоге сталь на воздухе тоже покрывается плотной оксидной пленкой. Это и есть секрет стойкости нержавеющей .
• Являясь тугоплавким веществом, металл повышает и температуру плавления сплава. Жаропрочные и жаростойкие стали обязательно включают долю хрома, причем порой очень большую – до 60%. Еще более сильный эффект оказывает добавка и , и хрома.
• Хром образует сплавы и со своими собратьями по группе – молибденом и вольфрамом. Их используют для покрытия деталей, где требуется особенно высокая износостойкость в условиях высокой температуры.

Достоинства и недостатки хрома описаны ниже.

Хром как металл (фото)

Достоинства

Как и всякое другое вещество, металл обладает своими достоинствами и недостатками, а их совокупность определяет его использование.

• Безусловный плюс вещества – коррозийная стойкость и возможность передавать это свойство своим сплавам. Хромовые нержавеющие стали имеют огромное значение, поскольку разом решили целый ряд проблем при строительстве судов, подводных лодок, каркасов зданий и так далее.
• Устойчивость к коррозии обеспечивают другим способом – покрывают предмет тонким слоем металла. Популярность этого метода очень велика, на сегодня существует не меньше десятка способов хромирования в разных условиях и для получения разного результата.
• Хромовый слой создает яркий зеркальный блеск, так что к хромированию прибегают не только для целей защиты сплава от коррозии, но и для получения эстетичного внешнего вида. Причем современные методы хромирования позволяют создать покрытие на любом материале – не только на металле, но и на пластике, и на керамике.
• Получение жаропрочной стали при добавке хрома тоже стоит отнести к достоинствам вещества. Есть множество областей, где металлические детали должны работать при высоких температурах, а железо само по себе такой стойкостью к нагрузкам при температуре не обладает.
• Из всех тугоплавких веществ он наиболее устойчив к кислотам и основаниям.
• Плюсом вещества можно считать и его распространенность – 0,02% в земной коре, и относительно простой способ добычи и получения. Конечно, он требует энергозатрат, но не сравнить со сложной , например.

Недостатки

К недостаткам стоит отнести качества, не позволяющие в полной мере использовать все свойства хрома.

• В первую очередь, это сильная зависимость физических, а не только химических свойств от примесей. Даже температуру плавления металла было сложно установить, так как при наличии ничтожной доли азота или углерода показатель заметно менялся.
• Несмотря на более высокую электропроводность по сравнению с , хром гораздо меньше используется в электротехнике и стоимость его довольно высока. Изготовить из него что-либо намного труднее: высокая температура плавления и твердость заметно ограничивают применение.
• Чистый хром является ковким металлом, содержащий примеси становится очень твердым. Чтобы получить хотя бы относительно пластичный металл, его приходится подвергать дополнительной обработке, что, конечно, увеличивает расходы на изготовление.

Структура металла

Кристалл хрома имеет объемно-центрированную кубическую решетку, а=0,28845 нм. Выше температуры в 1830 С можно получить модификацию с гранецентрированной кубической решеткой.

При температуре в +38 С фиксируется фазовый переход второго рода с увеличением объема. При этом кристаллическая решетка вещества не изменяется, а вот его магнитные свойства становятся совершенно другими. До этой температуры – точки Нееля, хром проявляет свойства антиферромагнетика, то есть, является веществом, которое намагнитить практически невозможно. Выше точки Нееля металл становится типичным парамагнетиком, то есть, проявляет магнитные свойства в присутствии магнитного поля.

Свойства и характеристики

В нормальных условиях металл довольно инертен – и благодаря оксидной пленке и просто по природе своей. Однако при повышении температуры вступает в реакцию и с простыми веществами, и с кислотами, и с основаниями. Его соединения очень разнообразны и применяются очень широко. Физические характеристики металла, как упоминалось, сильно зависят от количества примесей. На практике дело имеют с хромом с чистотой до 99,5%. таковы:

• температура плавления – 1907 С. Эта величина служит границей между тугоплавкими и обычными веществами;
• температура кипения – 2671 С;
• твердость по шкале Мооса – 5;
• электропроводность – 9 · 106 1/(Ом м). По этому показателю хром уступает только серебру, и золоту;
• удельное сопротивление –127 (Ом мм2)/м;
• теплопроводность вещества составляет 93,7 Вт/(м K);
• удельная теплоемкость –45 Дж/(г K).

Теплофизические характеристики вещества несколько аномальны. В точке Нееля, где изменяется объем металла, коэффициент его теплового расширения резко увеличивается и продолжает расти с увлечением температуры. Также аномально ведет себя и теплопроводность – падает в точке Нееля и уменьшается при нагреве.

Элемент относится к числу необходимых: в человеческом организме ионы хрома являются участниками углеводного обмена и процесса регулировки выделения инсулина. Суточная доза составляет 50–200 мкг.

Хром нетоксичен, хотя в виде металлического порошка может вызвать раздражение слизистой. Трехвалентные его соединения тоже относительно безопасны и даже применяются в пищевой и спортивной промышленности. А вот шестивалентные для человека являются ядом, вызывают тяжелые поражения дыхательных путей и ЖКТ.

О производстве и цене на металл хром за кг сегодня мы поговорим далее.

В этом видеоролике будет показано, является ли покрытие хромовым:

Производство

В большом количестве разных минералов – часто сопровождает и . Однако его содержание недостаточное, чтобы иметь промышленное значение. Перспективными являются лишь породы, включающие не менее 40% элемента, поэтому пригодных для добычи минералов немного, в основном это хромовый железняк или хромит.

Добывают минерал шахтным и карьерным методом в зависимости от глубины залегания. А так как руда изначально содержит большую долю металла, то практически никогда не обогащается, что, соответственно, упрощает и удешевляет процесс производства.

Для легирования стали используется около 70% добытого металла. Причем применяют его зачастую не в чистом виде, а в виде феррохрома. Последний можно получить прямо в шахтной электропечи или доменной – так получают углеродистый феррохром. Если требуется соединение с низким содержанием углерода, прибегают к алюминотермическому методу.

• Этим способом получают и чистый хром, и феррохром. Для этого в плавильную шахту загружают шихту, включающую хромистый железняк, оксид хрома, натриевую селитру и . Первую порцию – запальная смесь, поджигают, а остальную часть шихты загружают в расплав. В конце добавляют флюс – известь, чтоб облегчить извлечение хрома. Плавка занимает около 20 минут. После некоторого охлаждения шахту наклоняют, выпускают шлак, снова возвращают в исходное положение и вновь наклоняют, теперь уже в изложницу выводится и хром, и шлак. После охлаждения полученный блок разделяют.
• Применяют и другой метод – металлотермической плавки. Проводится она в электропечи в поворачивающейся шахте. Шихту здесь разделяют на 3 части, каждая отличается составом. Этот метод позволяет извлечь большее количество хрома, но, главное – сокращает расход .
• Если же требуется получить химически чистый металл, прибегают к лабораторному методу: высаживают кристаллы путем электролиза растворов хроматов.

Стоимость металла хром за 1 кг заметно колеблется, поскольку зависит от объема выпускаемого металлопроката – главного потребителя элемента. В январе 2017 года 1 тонна металла оценивалась в 7655 $.

Применение

Категории

Итак, . Основной потребитель хрома – черная металлургия. Связано это со способностью металла передавать такие свои свойства, как стойкость к коррозии и твердость своим сплавам. Причем влияние он оказывает при добавлении в очень небольших количествах.

Все сплавы хрома и железа разделяют на 2 категории:

• низколегированные – с долей хрома до 1,6%. В этом случае хром добавляет стали прочности и твердости. Если у обычной стали предел прочности составит 400–580 МПа, то та же марка стали с добавкой 1% вещества продемонстрирует предел равный 1000 МПа;
• высоколегированные – содержат более 12% хрома. Здесь металл обеспечивает сплаву такую же стойкость к коррозии, какой обладает сам. Все нержавеющие стали называют хромовыми, поскольку именно этот элемент обеспечивает это качество.

Низколегированные стали относятся к конструкционным: из них изготавливают многочисленные детали машин – валы, зубчатые колеса, толкатели и так далее. Сфера использования нержавеющей стали огромна: металлические части турбин, корпуса корабля и подводных лодок, камеры сгорания, крепеж любого рода, трубы, швеллеры, уголки, листовая сталь и так далее.

Кроме того, хром увеличивает стойкость сплава к температуре: при содержании вещества от 30 до 66%, изделия из жаропрочной стали может выполнять свои функции при нагреве до 1200 С. Это материал для клапанов поршневых двигателей, для крепежа, для деталей турбин и прочего.

Если 70% хрома уходит на нужды металлургии, то остальные почти 30% используются для хромирования. Суть процесса сводится к нанесению на поверхность предмета из металла тонкого слоя хрома. Используются для этого самые разные методы, многие доступны домашним мастерам.

Хромирование

Хромирование можно разделить на 2 категории:

• функциональное – его целью является предупредить коррозию изделия. Толщина слоя здесь больше, так что процесс хромирования занимает больше времени – порой до 24 часов. Кроме того, что хромовый слой предупредит ржавление, он заметно увеличивает износостойкость детали;
• декоративное – хром создает зеркально-блестящую поверхность. Автолюбители и мотогонщики редко когда отказываются от возможности украсить свою машину хромированными деталями. Слой декоративности покрытия намного тоньше – до 0,0005 мм.

Хромирование активно используется в современном строительстве и при изготовлении мебели. Фурнитура с зеркальным покрытием, аксессуары ванной и кухни, кухонная утварь, детали мебели – изделия с хромовым покрытием на редкость популярны. А так как благодаря современным методом хромирования, покрытие можно создать буквально на любом предмете, появились и несколько нетипичные методы применения. Так, например, хромированную сантехнику к тривиальным решениям отнести нельзя.

Хром – металл с очень необычными свойствами, причем его качества востребованы в промышленности. В большинстве своем интерес представляют его сплавы и соединения, что лишь повышает значение металла для народного хозяйства.

Про снятие хрома с металла расскажет видео ниже:

Хром - элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром- твёрдый металл голубовато-белого цвета.

Химические свойства хрома

При обычных условиях хром реагирует только со фтором. При высоких температурах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором.

4Cr + 3O 2 – t° →2Cr 2 O 3

2Cr + 3Cl 2 – t° → 2CrCl 3

2Cr + N 2 – t° → 2CrN

2Cr + 3S – t° → Cr 2 S 3

В раскалённом состоянии реагирует с парами воды:

2Cr + 3H 2 O → Cr 2 O 3 + 3H 2

Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl, H 2 SO 4)

В отсутствии воздуха образуются соли Cr 2+ , а на воздухе – соли Cr 3+ .

Cr + 2HCl → CrCl 2 + H 2 ­

2Cr + 6HCl + O 2 → 2CrCl 3 + 2H 2 O + H 2 ­

Наличие защитной окисной плёнки на поверхности металла объясняет его пассив-ность по отношению к концентрированным растворам кислот – окислителей.

Соединения хрома

Оксид хрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер.

Cr(OH) 2 + 2HCl → CrCl 2 + 2H 2 O

Соединения хрома (II) — сильные восстановители; переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.

2CrCl 2 + 2HCl → 2CrCl 3 + H 2 ­

4Cr(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O → 4Cr(OH) 3

Оксид хрома (III) Cr 2 O 3 – зелёный, нерастворимый в воде порошок. Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия и аммония:

2Cr(OH) 3 – t° → Cr 2 O 3 + 3H 2 O

4K 2 Cr 2 O 7 – t° → 2Cr 2 O 3 + 4K 2 CrO 4 + 3O 2 ­

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 – t° → Cr 2 O 3 + N 2 ­+ 4H 2 O­ (реакция «вулканчик»)

Амфотерный оксид. При сплавлении Cr 2 O 3 со щелочами, содой и кислыми солями получаются соединения хрома со степенью окисления (+3):

Cr 2 O 3 + 2NaOH → 2NaCrO 2 + H 2 O

Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaCrO 2 + CO 2 ­

При сплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степени окисления (+6):

Cr 2 O 3 + 4KOH + KClO 3 → 2K 2 CrO 4 + KCl + 2H 2 O

Гидроксид хрома (III) С r (ОН) 3 . Амфотерный гидроксид. Серо-зеленый, разлагается при нагревании, теряя воду и образуя зеленый метагидроксид СrО(ОН). Не растворяется в воде. Из раствора осаждается в виде серо-голубого и голубовато-зеленого гидрата. Реагирует с кислотами и щелочами, не взаимодействует с гидратом аммиака.

Обладает амфотерными свойствами — растворяется как в кислотах, так и в щелочах:

2Cr(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O Сr(ОН) 3 + ЗН + = Сr 3+ + 3H 2 O

Cr(OH) 3 + KOH → K , Сr(ОН) 3 + ЗОН — (конц.) = [Сr(ОН) 6 ] 3-

Cr(OH) 3 + KOH → KCrO 2 +2H 2 O Сr(ОН) 3 + МОН = МСrO 2(зел.) + 2Н 2 O (300-400 °С, М = Li, Na)

Сr(ОН) 3 →(120 o C – H 2 O ) СrO(ОН) →(430-1000 0 С – H 2 O ) Cr 2 O 3

2Сr(ОН) 3 + 4NаОН (конц.) + ЗН 2 O 2(конц.) =2Na 2 СrO 4 + 8Н 2 0

Получение : осаждение гидратом аммиака из раствора солей хрома(Ш):

Сr 3+ + 3(NH 3 Н 2 O) = С r (ОН) 3 ↓ + ЗNН 4+

Cr 2 (SO 4) 3 + 6NaOH → 2Cr(OH) 3 ↓+ 3Na 2 SO 4 (в избытке щелочи — осадок растворяется)

Соли хрома (III) имеют фиолетовую или тёмно-зелёную окраску. По химическим свойствам напоминают бесцветные соли алюминия.

Соединения Cr (III) могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства:

Zn + 2Cr +3 Cl 3 → 2Cr +2 Cl 2 + ZnCl 2

2Cr +3 Cl 3 + 16NaOH + 3Br 2 → 6NaBr + 6NaCl + 8H 2 O + 2Na 2 Cr +6 O 4

Соединения шестивалентного хрома

Оксид хрома (VI) CrO 3 — ярко-красные кристаллы, растворимые в воде.

Получают из хромата (или дихромата) калия и H 2 SO 4 (конц.).

K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → 2CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

CrO 3 — кислотный оксид, со щелочами образует жёлтые хроматы CrO 4 2- :

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

В кислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы Cr 2 O 7 2- :

2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O

В щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении:

K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH → 2K 2 CrO 4 + H 2 O

Дихромат калия – окислитель в кислой среде:

К 2 Сr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3Na 2 SO 3 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 4H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3NaNO 2 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3NaNO 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6KI = Cr 2 (SO 4) 3 + 3I 2 + 4K 2 SO 4 + 7H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6FeSO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

Хромат калия К 2 Cr О 4 . Оксосоль. Желтый, негигроскопичный. Плавится без разложения, термически устойчивый. Хорошо растворим в воде (желтая окраска раствора отвечает иону СrO 4 2-), незначительно гидролизуется по аниону. В кислотной среде переходит в К 2 Cr 2 O 7 . Окислитель (более слабый, чем К 2 Cr 2 O 7). Вступает в реакции ионного обмена.

Качественная реакция на ион CrO 4 2- — выпадение желтого осадка хромата бария, разлагающегося в сильнокислотной среде. Применяется как протрава при крашении тканей, дубитель кож, селективный окислитель, реактив в аналитической химии.

Уравнения важнейших реакций:

2K 2 CrO 4 +H 2 SO 4(30%)= K 2 Cr 2 O 7 +K 2 SO 4 +H 2 O

2K 2 CrO 4(т) +16HCl (кон ц., гор.) =2CrCl 3 +3Cl 2 +8H 2 O+4KCl

2K 2 CrO 4 +2H 2 O+3H 2 S=2Cr(OH) 3 ↓+3S↓+4KOH

2K 2 CrO 4 +8H 2 O+3K 2 S=2K[Сr(ОН) 6 ]+3S↓+4KOH

2K 2 CrO 4 +2AgNO 3 =KNO 3 +Ag 2 CrO 4(красн.) ↓

Качественная реакция:

К 2 СгO 4 + ВаСl 2 = 2КСl + ВаCrO 4 ↓

2ВаСrO 4 (т)+ 2НСl (разб.) = ВаСr 2 O 7(p) + ВаС1 2 + Н 2 O

Получение : спекание хромита с поташом на воздухе:

4(Сr 2 Fe ‖‖)O 4 + 8К 2 CO 3 + 7O 2 = 8К 2 СrO 4 + 2Fе 2 O 3 + 8СO 2 (1000 °С)

Дихромат калия K 2 Cr 2 O 7 . Оксосоль. Техническое название хромпик . Оранжево-красный, негигроскопичный. Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворим в воде (оранжевая окраска раствора отвечает иону Сr 2 O 7 2-). В щелочной среде образует К 2 CrO 4 . Типичный окислитель в растворе и при сплавлении. Вступает в реакции ионного обмена.

Качественные реакции — синее окрашивание эфирного раствора в присутствии Н 2 O 2 , синее окрашивание водного раствора при действии атомарного водорода.

Применяется как дубитель кож, протрава при крашении тканей, компонент пиротехнических составов, реагент в аналитической химии, ингибитор коррозии металлов, в смеси с Н 2 SO 4 (конц.) — для мытья химической посуды.

Уравнения важнейших реакций:

4К 2 Cr 2 O 7 =4K 2 CrO 4 +2Cr 2 O 3 +3O 2 (500-600 o C)

K 2 Cr 2 O 7 (т) +14HCl (кон ц) =2CrCl 3 +3Cl 2 +7H 2 O+2KCl (кипячение)

K 2 Cr 2 O 7 (т) +2H 2 SO 4(96%) ⇌2KHSO 4 +2CrO 3 +H 2 O (“хромовая смесь”)

K 2 Cr 2 O 7 +KOH (конц) =H 2 O+2K 2 CrO 4

Cr 2 O 7 2- +14H + +6I — =2Cr 3+ +3I 2 ↓+7H 2 O

Cr 2 O 7 2- +2H + +3SO 2(г) =2Cr 3+ +3SO 4 2- +H 2 O

Cr 2 O 7 2- +H 2 O +3H 2 S (г) =3S↓+2OH — +2Cr 2 (OH) 3 ↓

Cr 2 O 7 2- (конц) +2Ag + (разб.) =Ag 2 Cr 2 O 7 (т. красный) ↓

Cr 2 O 7 2- (разб.) +H 2 O +Pb 2+ =2H + + 2PbCrO 4 (красный) ↓

K 2 Cr 2 O 7(т) +6HCl+8H 0 (Zn)=2CrCl 2(син) +7H 2 O+2KCl

Получение: обработка К 2 СrO 4 серной кислотой:

2К 2 СrO 4 + Н 2 SO 4 (30%) = К 2 Cr 2 O 7 + К 2 SO 4 + Н 2 O

Хром (лат. Cromium), Cr, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996; металл голубовато-стального цвета.

Природные стабильные изотопы: 50 Cr (4,31%), 52 Cr (87,76%), 53 Cr (9,55%) и 54 Cr (2,38%). Из искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен 51 Cr (период полураспада T ½ = 27,8 суток), который применяется как изотопный индикатор.

Историческая справка. Хром открыт в 1797 году Л. Н. Вокленом в минерале крокоите - природном хромате свинца РbCrО 4 . Название Хром получил от греческого слова chroma - цвет, краска (из-за разнообразия окраски своих соединений). Независимо от Воклена Хром был открыт в крокоите в 1798 году немецким ученым М. Г. Клапротом.

Распространение Хрома в природе. Среднее содержание Хрома в земной коре (кларк) 8,3·10 -3 % . Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли, так как ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Хромом (2·10 -4 %). Хром образует массивные и вкрапленные руды в ультраосновных горных породах; с ними связано образование крупнейших месторождений Хрома. В основных породах содержание Хрома достигает лишь 2·10 -2 %, в кислых - 2,5·10 -3 %, в осадочных породах (песчаниках) - 3,5·10 -3 %, глинистых сланцах - 9·10 -3 % . Хром - сравнительно слабый водный мигрант; содержание Хрома в морской воде 0,00005 мг/л.

В целом Хром - металл глубинных зон Земли; каменные метеориты (аналоги мантии) тоже обогащены Хромом (2,7·10 -1 %). Известно свыше 20 минералов Хрома. Промышленное значение имеют только хромшпинелиды (до 54% Сr); кроме того, Хром содержится в ряде других минералов, которые нередко сопровождают хромовые руды, но сами не представляют практическое ценности (уваровит, волконскоит, кемерит, фуксит).

Физические свойства Хрома. Хром - твердый, тяжелый, тугоплавкий металл. Чистый Хром пластичен. Кристаллизуется в объемноцентрированной решетке, а = 2,885Å (20 °С); при 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решеткой, а = 3,69Å.

Атомный радиус 1,27 Å; ионные радиусы Cr 2+ 0,83Å, Cr 3+ 0,64Å, Cr 6+ 0,52 Å. Плотность 7,19 г/см 3 ; t пл 1890 °С; t кип 2480 °С. Удельная теплоемкость 0,461 кдж/(кг·К) (25°С); термический коэффициент линейного расширения 8,24·10 -6 (при 20 °С); коэффициент теплопроводности 67 вт/(м·К) (20 °С); удельное электросопротивление 0,414 мком·м(20 °С); термический коэффициент электросопротивления в интервале 20-600 °С составляет 3,01·10 -3 . Хром антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6·10 -6 . Твердость высокочистого Хрома по Бринеллю 7-9 Мн/м 2 (70-90 кгс/см 2).

Химические свойства Хрома. Внешняя электронная конфигурация атома Хрома 3d 5 4s 1 . В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Сr 3+ ; известны отдельные соединения, в которых Хром имеет степени окисления +1, +4, +5. Хром химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя CrF 3 . Выше 600 °С взаимодействует с парами воды, давая Сr 2 О 3 ; азотом - Cr 2 N, CrN; углеродом - Сr 23 С 6 , Сr 7 С 3 , Сr 3 С 2 ; серой - Cr 2 S 3 . При сплавлении с бором образует борид СrВ, с кремнием - силициды Cr 3 Si, Cr 2 Si 3 , CrSi 2 . Со многими металлами Хром дает сплавы. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла оксидной пленки. При 1200 °С пленка разрушается и окисление снова идет быстро. Хром загорается в кислороде при 2000 °С с образованием темно-зеленого оксида Хрома (III) Сr 2 О 3 . Помимо оксида (III), известны других соединения с кислородом, например CrO, СrО 3 , получаемые косвенным путем. Хром легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата Хрома и выделением водорода; царская водка и азотная кислота пассивируют Хром.

С увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства Хром Производные Сr 2+ - очень сильные восстановители. Ион Сr 2+ образуется на первой стадии растворения Хрома в кислотах или при восстановлении Сr 3+ в кислом растворе цинком. Гидрат закиси Сr(ОН) 2 при обезвоживании переходит в Сr 2 О 3 . Соединения Сr 3+ устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. Сr 3+ можно восстановить в кислом растворе цинком до Сr 2+ или окислить в щелочном растворе до СrО 4 2- бромом и других окислителями. Гидрооксид Сr(ОН) 3 (вернее Сr 2 О 3 ·nН 2 О) - амфотерное соединение, образующее соли с катионом Сr 3+ или соли хромистой кислоты НСrО 2 - хромиты (например, КСrО 2 , NaCrO 2). Соединения Сr 6+ : хромовый ангидрид СrО 3 , хромовые кислоты и их соли, среди которых наиболее важны хроматы и дихроматы - сильные окислители. Хром образует большое число солей с кислородсодержащими кислотами. Известны комплексные соединения Хрома; особенно многочисленны комплексные соединения Сr 3+ , в которых Хром имеет координационное число 6. Существует значительное число переоксидных соединений Хрома

Получение Хрома. В зависимости от цели использования получают Хром различной степени чистоты. Сырьем обычно служат хромшпинелиды, которые подвергают обогащению, а затем сплавляют с поташом (или содой) в присутствии кислорода воздуха. Применительно к основному компоненту руд, содержащему Сr 3 +, реакция следующая:

2FeCr 2 О 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5О 2 = 4К 2 СrО 4 + Fе 2 О 3 + 4СО 2 .

Образующийся хромат калия К 2 СrО 4 выщелачивают горячей водой и действием H 2 SO 4 превращают его в дихромат К 2 Сr 2 О 7 . Далее действием концентрированного раствора H 2 SО 4 на К 2 Сr 2 О 7 получают хромовый ангидрид С 2 О 3 или нагреванием К 2 Сr 2 О 7 с серой - оксид Хрома (III) С 2 О 3 .

Наиболее чистый Хром в промышленного условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов СrО 3 или Сr 2 О 3 , содержащих H 2 SO 4 , либо электролизом сульфата Хрома Cr 2 (SO 4) 3 . При этом Хром выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Хрома особо чистым водородом при высокой температуре (1500-1700 °С).

Возможно также получение чистого Хрома электролизом расплавов CrF 3 или СrCl 3 в смеси с фторидами натрия, калия, кальция при температуре около 900 °С в атмосфере аргона.

В небольших количествах Хром получают восстановлением Сr 2 О 3 алюминием или кремнием. При алюминотермическом способе предварительно подогретую шихту из Сr 2 О 3 и порошка или стружек Аl с добавками окислителя загружают в тигель, где реакцию возбуждают поджиганием смеси Na 2 O 2 и Аl до тех пор, пока тигель заполнится Хромом и шлаком. Силикотермически Хром выплавляют в дуговых печах. Чистота получаемого Хрома определяется содержанием примесей в Сr 2 О 3 и в Аl или Si, используемых для восстановления.

В промышленности в больших масштабах производятся сплавы Хрома - феррохром и силикохром.

Применение Хрома. Использование Хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости против коррозии. Больше всего Хрома применяют для выплавки хромистых сталей. Алюмино- и силикотермический Хром используют для выплавки нихрома, нимоника, других никелевых сплавов и стеллита.

Значительное количество Хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый Хром в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Хром в виде иона Cr 3+ - примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями Хрома протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Хрома используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO 4 , ZnCrO 4 , SrCrO 4 - как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия.

Соединения Хром (особенно производные Cr 6 +) токсичны.

Хром в организме. Хром - один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. Среднее содержание Хрома в растениях - 0,0005% (92-95% Хрома накапливается в корнях), у животных - от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. В планктонных организмах коэффициент накопления Хрома огромен - 10 000-26 000. Высшие растения не переносят концентрации Хрома выше 3-10 -4 моль/л. В листьях он присутствует в виде низкомолекулярного комплекса, не связанного с субклеточными структурами. У животных Хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов (структурный компонент глюкозоустойчивого фактора). Основной источник поступления Хрома в организм животных и человека - пища. Снижение содержания Хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови и снижению чувствительности периферийных тканей к инсулину.

Отравления Хромом, и его соединениями встречаются при их производстве; в машиностроении (гальванические покрытия); металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры); при изготовлении кож, красок и т. д. Токсичность соединений Хрома зависит от их химические структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr(II), Cr(III). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем и т. д.; они могут проходить при прекращении контакта с Хромом. При длительном контакте с соединениями Хрома развиваются признаки хронические отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и других. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии Хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения Хрома, преимущественно Cr(III), обладают канцерогенным действием.