Barwne związki chromu. Lekcja z przedmiotu fakultatywnego „Chrom i jego związki”. Wskazania i zastosowanie chromu, zalecane dzienne spożycie, przeciwwskazania, pokarmowe źródła chromu
Odkrycie chromu wpisuje się w okres szybkiego rozwoju chemiczno-analitycznych badań soli i minerałów. W Rosji chemicy szczególnie interesowali się analizą minerałów znalezionych na Syberii i prawie nieznanych w Europie Zachodniej. Jednym z tych minerałów była syberyjska ruda czerwonego ołowiu (krokoit), opisana przez Łomonosowa. Minerał został zbadany, ale znaleziono w nim tylko tlenki ołowiu, żelaza i aluminium. Jednak w 1797 roku Vauquelin, gotując drobno zmieloną próbkę minerału z potasem i wytrącając węglan ołowiu, otrzymał pomarańczowo-czerwony roztwór. Z tego roztworu wykrystalizował rubinowoczerwoną sól, z której wyodrębniono tlenek i wolny metal, inny niż wszystkie znane metale. Zadzwonił do niego Vauquelin Chrom ( Chrom ) od greckiego słowa- kolorowanie, kolor; To prawda, że nie chodziło tu o właściwość metalu, ale o jego jaskrawo zabarwione sole.
Odnalezienie w naturze.
Najważniejszą rudą chromu o znaczeniu praktycznym jest chromit, którego przybliżony skład odpowiada formule FeCrO4.
Występuje w Azji Mniejszej, na Uralu, w Ameryce Północnej, w południowej Afryce. Wspomniany wyżej minerał krokoit - PbCrO 4 - ma również znaczenie techniczne. Tlenek chromu (3) i niektóre inne jego związki występują również w przyrodzie. W skorupie ziemskiej zawartość chromu w przeliczeniu na metal wynosi 0,03%. Chrom znajduje się na Słońcu, gwiazdach, meteorytach.
Właściwości fizyczne.
Chrom to biały, twardy i kruchy metal, wyjątkowo odporny chemicznie na kwasy i zasady. Utlenia się w powietrzu i ma cienką przezroczystą warstwę tlenku na powierzchni. Chrom ma gęstość 7,1 g / cm 3, jego temperatura topnienia wynosi +1875 0 C.
Paragon.
Przy silnym ogrzewaniu rudy chromowo-żelazowej z węglem, chrom i żelazo ulegają redukcji:
FeO * Cr2O3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO
W wyniku tej reakcji powstaje stop chromu z żelazem, który charakteryzuje się dużą wytrzymałością. Aby otrzymać czysty chrom, jest on redukowany z tlenku chromu(3) za pomocą glinu:
Cr2O3 + 2Al \u003d Al2O3 + 2Cr
W tym procesie zwykle stosuje się dwa tlenki - Cr 2 O 3 i CrO 3
Właściwości chemiczne.
Dzięki cienkiej ochronnej warstwie tlenku pokrywającej powierzchnię chromu jest wysoce odporny na agresywne kwasy i zasady. Chrom nie reaguje ze stężonymi kwasami azotowym i siarkowym, a także z kwasem fosforowym. Chrom oddziałuje z alkaliami w temperaturze t = 600-700 o C. Natomiast chrom oddziałuje z rozcieńczonymi kwasami siarkowym i solnym, wypierając wodór:
2Cr + 3H 2 SO 4 \u003d Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2
W wysokich temperaturach chrom spala się w tlenie, tworząc tlenek (III).
Gorący chrom reaguje z parą wodną:
2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2
Chrom reaguje również z halogenami w wysokich temperaturach, halogeny z wodorami, siarką, azotem, fosforem, węglem, krzemem, borem, np.:
Cr + 2HF = CrF2 + H2
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr2S3
Cr + Si = CrSi
Powyższe właściwości fizyczne i chemiczne chromu znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach nauki i techniki. Na przykład chrom i jego stopy są wykorzystywane do uzyskiwania bardzo wytrzymałych, odpornych na korozję powłok w inżynierii mechanicznej. Stopy w postaci żelazochromu są stosowane jako narzędzia skrawające do metalu. Stopy chromowane znalazły zastosowanie w technice medycznej, przy produkcji aparatury do procesów chemicznych.
Pozycja chromu w układzie okresowym pierwiastków chemicznych:
Chrom stoi na czele bocznej podgrupy grupy VI układu okresowego pierwiastków. Jego elektroniczna formuła jest następująca:
24 Cr IS 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 5 4S 1
Przy wypełnianiu orbitali elektronami przy atomie chromu zostaje naruszona prawidłowość, zgodnie z którą orbital 4S powinien był zostać wypełniony najpierw do stanu 4S 2 . Jednak ze względu na to, że orbital 3d zajmuje korzystniejszą pozycję energetyczną w atomie chromu, jest on zapełniony do wartości 4d 5 . Takie zjawisko obserwuje się w atomach niektórych innych pierwiastków drugorzędowych podgrup. Chrom może wykazywać stopnie utlenienia od +1 do +6. Najbardziej stabilne są związki chromu o stopniach utlenienia +2, +3, +6.
Dwuwartościowe związki chromu.
Tlenek chromu(II)CrO - piroforyczny czarny proszek (piroforyczny - zdolność do zapłonu w powietrzu w stanie drobno rozdrobnionym). CrO rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie solnym:
CrO + 2HCl = CrCl2 + H2O
W powietrzu, po podgrzaniu powyżej 100 0 C, CrO zamienia się w Cr 2 O 3.
Sole dwuwartościowego chromu powstają przez rozpuszczenie chromu metalicznego w kwasach. Reakcje te zachodzą w atmosferze nieaktywnego gazu (na przykład H 2), ponieważ w obecności powietrza Cr(II) łatwo utlenia się do Cr(III).
Wodorotlenek chromu otrzymuje się w postaci żółtego osadu w wyniku działania roztworu alkalicznego na chlorek chromu (II):
CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2 + 2NaCl
Cr(OH) 2 ma właściwości zasadowe, jest reduktorem. Uwodniony jon Cr2+ ma kolor bladoniebieski. Wodny roztwór CrCl2 ma kolor niebieski. W powietrzu w roztworach wodnych związki Cr(II) przekształcają się w związki Cr(III). Jest to szczególnie widoczne w przypadku wodorotlenku Cr(II):
4Cr(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Cr(OH)3
Związki chromu trójwartościowego.
Tlenek chromu (III) Cr 2 O 3 jest ogniotrwałym zielonym proszkiem. Pod względem twardości jest zbliżony do korundu. W laboratorium można go uzyskać przez ogrzewanie dichromianu amonu:
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2
Cr 2 O 3 - tlenek amfoteryczny po stopieniu z alkaliami tworzy chromity: Cr 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O
Wodorotlenek chromu jest również związkiem amfoterycznym:
Cr(OH)3 + HCl = CrCl3 + 3H2O
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O
Bezwodny CrCl 3 ma wygląd ciemnofioletowych liści, jest całkowicie nierozpuszczalny w zimnej wodzie i rozpuszcza się bardzo powoli po ugotowaniu. Bezwodny siarczan chromu (III) Cr 2 (SO 4) 3 różowy, również słabo rozpuszczalny w wodzie. W obecności czynników redukujących tworzy fioletowy siarczan chromu Cr 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O. Znane są również zielone hydraty siarczanu chromu, zawierające mniejszą ilość wody. Ałun chromowy KCr(SO 4) 2 *12H 2 O krystalizuje z roztworów zawierających fioletowy siarczan chromu i siarczan potasu. Roztwór ałunu chromowego zmienia kolor na zielony po podgrzaniu z powodu tworzenia się siarczanów.
Reakcje z chromem i jego związkami
Prawie wszystkie związki chromu i ich roztwory są intensywnie zabarwione. Mając bezbarwny roztwór lub biały osad, możemy z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić, że chromu nie ma.
- Mocno podgrzewamy w płomieniu palnika na porcelanowym kubku taką ilość dwuchromianu potasu, aby zmieściła się na czubku noża. Sól nie uwolni wody krystalizacyjnej, ale stopi się w temperaturze około 400 0 C z utworzeniem ciemnej cieczy. Podgrzewamy jeszcze kilka minut na mocnym ogniu. Po schłodzeniu na odłamku tworzy się zielony osad. Część rozpuszcza się w wodzie (żółknie), a część pozostaje na odłamku. Sól rozkładała się po podgrzaniu, tworząc rozpuszczalny żółty chromian potasu K 2 CrO 4 i zielony Cr 2 O 3 .
- Rozpuścić 3 g sproszkowanego dwuchromianu potasu w 50 ml wody. Do jednej części dodać trochę węglanu potasu. Rozpuści się wraz z uwolnieniem CO 2 , a kolor roztworu stanie się jasnożółty. Chromian powstaje z dichromianu potasu. Jeśli teraz dodamy porcjami 50% roztwór kwasu siarkowego, to ponownie pojawi się czerwono-żółty kolor dwuchromianu.
- Wlać do probówki 5 ml. roztworu dwuchromianu potasu, gotować pod ciśnieniem z 3 ml stężonego kwasu solnego. Żółto-zielony trujący gazowy chlor jest uwalniany z roztworu, ponieważ chromian utlenia HCl do Cl 2 i H 2 O. Sam chromian zamienia się w zielony chlorek chromu trójwartościowego. Można go wyizolować przez odparowanie roztworu, a następnie w połączeniu z sodą i azotanem przekształcić w chromian.
- Po dodaniu roztworu azotanu ołowiu wytrąca się żółty chromian ołowiu; podczas interakcji z roztworem azotanu srebra powstaje czerwono-brązowy osad chromianu srebra.
- Dodać nadtlenek wodoru do roztworu dwuchromianu potasu i zakwasić roztwór kwasem siarkowym. Roztwór nabiera ciemnoniebieskiego koloru w wyniku tworzenia się nadtlenku chromu. Nadtlenek po wstrząśnięciu z odrobiną eteru zamieni się w rozpuszczalnik organiczny i zmieni kolor na niebieski. Ta reakcja jest specyficzna dla chromu i jest bardzo czuła. Może być stosowany do wykrywania chromu w metalach i stopach. Przede wszystkim konieczne jest rozpuszczenie metalu. Przy dłuższym gotowaniu z 30% kwasem siarkowym (można również dodać kwas solny), chrom i wiele stali częściowo się rozpuszcza. Otrzymany roztwór zawiera siarczan chromu(III). Aby móc przeprowadzić reakcję wykrywania, najpierw neutralizujemy ją sodą kaustyczną. Wytrąca się szarozielony wodorotlenek chromu (III), który rozpuszcza się w nadmiarze NaOH i tworzy zielony chromit sodu. Przefiltrować roztwór i dodać 30% nadtlenek wodoru. Po podgrzaniu roztwór zmieni kolor na żółty, ponieważ chromit utlenia się do chromianu. Zakwaszenie spowoduje niebieskie zabarwienie roztworu. Zabarwiony związek można wyekstrahować przez wytrząsanie z eterem.
Reakcje analityczne dla jonów chromu.
- Do 3-4 kropli roztworu chlorku chromu CrCl 3 dodać 2M roztwór NaOH do rozpuszczenia początkowego osadu. Zwróć uwagę na kolor utworzonego chromitu sodu. Otrzymany roztwór ogrzać w łaźni wodnej. Co się dzieje?
- Do 2-3 kropli roztworu CrCl 3 dodać równą objętość 8M roztworu NaOH i 3-4 krople 3% roztworu H 2 O 2 . Ogrzać mieszaninę reakcyjną w łaźni wodnej. Co się dzieje? Jaki osad powstaje, jeśli otrzymany barwny roztwór zobojętni się, doda do niego CH 3 COOH, a następnie Pb (NO 3) 2?
- Do probówki wlać po 4-5 kropli roztworów siarczanu chromu Cr 2 (SO 4) 3, IMH 2 SO 4 i KMnO 4. Ogrzewać miejsce reakcji przez kilka minut na łaźni wodnej. Zwróć uwagę na zmianę koloru roztworu. Co to spowodowało?
- Do 3-4 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 zakwaszonego kwasem azotowym dodać 2-3 krople roztworu H 2 O 2 i wymieszać. Pojawiający się niebieski kolor roztworu wynika z pojawienia się kwasu nadchromowego H 2 CrO 6:
Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O 2 + 2H + = 2H 2 CrO 6 + 3H 2 O
Zwróć uwagę na szybki rozkład H 2 CrO 6:
2H 2CrO 6 + 8H+ = 2Cr 3+ + 3O 2 + 6H 2O
kolor niebieski kolor zielony
Kwas nadchromowy jest znacznie bardziej stabilny w rozpuszczalnikach organicznych.
- Do 3-4 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 zakwaszonego kwasem azotowym dodać 5 kropli alkoholu izoamylowego, 2-3 krople roztworu H 2 O 2 i wstrząsnąć mieszaniną reakcyjną. Warstwa rozpuszczalnika organicznego, która unosi się na wierzchu, jest zabarwiona na jasnoniebiesko. Kolor blaknie bardzo powoli. Porównaj stabilność H 2 CrO 6 w fazie organicznej i wodnej.
- Gdy jony CrO 4 2- i Ba 2+ oddziałują ze sobą, wytrąca się żółty osad chromianu baru BaCrO 4.
- Azotan srebra tworzy ceglasty osad chromianu srebra z jonami CrO 4 2 .
- Weź trzy probówki. Do jednego z nich wlej 5-6 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 , do drugiego taką samą objętość roztworu K 2 CrO 4 , a do trzeciego po trzy krople obu roztworów. Następnie dodaj trzy krople roztworu jodku potasu do każdej probówki. Wyjaśnij wynik. Zakwasić roztwór w drugiej probówce. Co się dzieje? Dlaczego?
Zabawne eksperymenty ze związkami chromu
- Mieszanina CuSO 4 i K 2 Cr 2 O 7 zabarwia się na zielono po dodaniu zasady i żółknie w obecności kwasu. Ogrzewając 2 mg glicerolu z niewielką ilością (NH 4) 2 Cr 2 O 7, a następnie dodając alkohol, otrzymuje się po filtracji jasnozielony roztwór, który po dodaniu kwasu zmienia kolor na żółty, a zielony w odczynie obojętnym lub zasadowym średni.
- Na środku puszki umieścić termitową „mieszankę rubinową” – dokładnie zmieloną i umieszczoną w folii aluminiowej Al 2 O 3 (4,75 g) z dodatkiem Cr 2 O 3 (0,25 g). Aby słoik nie stygł dłużej, należy go zakopać pod górną krawędzią w piasku, a po zapaleniu termitu i rozpoczęciu reakcji przykryć go żelazną blachą i wypełnić piaskiem. Bank do wykopania w jeden dzień. Rezultatem jest czerwono-rubinowy proszek.
- 10 g dwuchromianu potasu rozciera się z 5 g azotanu sodu lub potasu i 10 g cukru. Mieszaninę zwilża się i miesza z kolodionem. Jeśli proszek zostanie ściśnięty w szklanej rurce, a następnie wypchnięty patyk i podpalony od końca, wtedy „wąż” zacznie się czołgać, najpierw czarny, a po schłodzeniu - zielony. Patyk o średnicy 4 mm pali się z prędkością około 2 mm na sekundę i wydłuża się 10 razy.
- Jeśli zmieszasz roztwory siarczanu miedzi i dichromianu potasu i dodasz trochę roztworu amoniaku, wypadnie bezpostaciowy brązowy osad o składzie 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, który rozpuszcza się w kwasie chlorowodorowym, tworząc żółty roztwór i w nadmiarze amoniaku otrzymuje się zielony roztwór. Jeśli do tego roztworu doda się więcej alkoholu, powstanie zielony osad, który po odsączeniu staje się niebieski, a po wysuszeniu niebiesko-fioletowy z czerwonymi iskierkami, wyraźnie widocznymi w mocnym świetle.
- Tlenek chromu pozostały po eksperymentach z „wulkanem” czy „wężem faraona” można zregenerować. Aby to zrobić, konieczne jest stopienie 8 g Cr 2 O 3 i 2 g Na 2 CO 3 i 2,5 g KNO 3 i potraktowanie schłodzonego stopu wrzącą wodą. Otrzymuje się rozpuszczalny chromian, który można również przekształcić w inne związki Cr(II) i Cr(VI), w tym oryginalny dichromian amonu.
Przykłady przejść redoks z udziałem chromu i jego związków
1. Cr 2 O 7 2- -- Cr 2 O 3 -- CrO 2 - -- CrO 4 2- -- Cr 2 O 7 2-
a) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4 H 2 O b) Cr2O3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO2 + H2O
c) 2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH = 6NaBr + 2Na2CrO4 + 4H2O
d) 2Na2CrO4 + 2HCl = Na2Cr2O7 + 2NaCl + H2O
2. Cr(OH) 2 -- Cr(OH) 3 -- CrCl 3 -- Cr 2 O 7 2- -- CrO 4 2-
a) 2Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H2O = 2Cr(OH) 3
b) Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
c) 2CrCl3 + 2KMnO4 + 3H2O = K2Cr2O7 + 2Mn(OH)2 + 6HCl
d) K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH = 2 K 2 CrO 4 + H 2 O
3. CrO - Cr (OH) 2 - Cr (OH) 3 - Cr (NO 3) 3 - Cr 2 O 3 - CrO - 2
Cr2+
a) CrO + 2HCl = CrCl2 + H2O
b) CrO + H2O \u003d Cr (OH) 2
c) Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H2O = 2Cr(OH) 3
d) Cr(OH) 3 + 3HNO 3 = Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O
e) 4Cr (NO 3) 3 \u003d 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
f) Cr2O3 + 2 NaOH = 2NaCrO2 + H2O
Element Chrome jako artysta
Chemicy dość często zwracali się do problemu tworzenia sztucznych pigmentów do malowania. W XVIII-XIX wieku opracowano technologię pozyskiwania wielu materiałów obrazowych. Louis Nicolas Vauquelin w 1797 roku, który odkrył nieznany wcześniej pierwiastek chrom w rudzie czerwieni syberyjskiej, przygotował nową, niezwykle stabilną farbę – chromową zieleń. Jego chromoforem jest wodny tlenek chromu (III). Pod nazwą „szmaragdowozielony” zaczęto go produkować w 1837 roku. Później L. Vauquelen zaproponował kilka nowych farb: barytową, cynkową i żółcień chromową. Z czasem zastąpiono je bardziej trwałymi żółtymi, pomarańczowymi pigmentami na bazie kadmu.
Zieleń chromowa jest najbardziej trwałą i światłoodporną farbą, na którą nie mają wpływu gazy atmosferyczne. Wcierana w olej, chromowana zieleń ma dużą siłę krycia i jest w stanie szybko schnąć, dlatego od XIX wieku. jest szeroko stosowany w malarstwie. Ma to ogromne znaczenie w malarstwie porcelany. Faktem jest, że wyroby porcelanowe można dekorować zarówno malowaniem podszkliwnym, jak i nadszkliwnym. W pierwszym przypadku farby nakłada się na powierzchnię tylko lekko wypalonego produktu, którą następnie pokrywa się warstwą glazury. Następnie następuje główny, wysokotemperaturowy wypalanie: w celu spiekania masy porcelanowej i stopienia glazury produkty są podgrzewane do 1350 - 1450 0 C. Bardzo niewiele farb może wytrzymać tak wysoką temperaturę bez zmian chemicznych, aw starych dni było ich tylko dwóch - kobaltu i chromu. Czarny tlenek kobaltu, naniesiony na powierzchnię porcelany, podczas wypalania stapia się ze szkliwem, wchodząc z nim w interakcję chemiczną. W rezultacie powstają jasnoniebieskie krzemiany kobaltu. Ta kobaltowa porcelana jest wszystkim dobrze znana. Tlenek chromu (III) nie wchodzi w interakcje chemiczne ze składnikami szkliwa i po prostu zalega między odłamkami porcelany a przezroczystym szkliwem z „głuchą” warstwą.
Oprócz chromowanej zieleni artyści używają farb pochodzących z Volkonskoite. Ten minerał z grupy montmorylonitów (minerał ilasty z podklasy złożonych krzemianów Na (Mo, Al), Si 4 O 10 (OH) 2) został odkryty w 1830 r. przez rosyjskiego mineraloga Kemmerera i nazwany na cześć M.N. Wołkonskiej, córki bohatera bitwy pod Borodino, generała N. N. Raevsky'ego, żony dekabrysty S. G. Volkonsky'ego Volkonskoite to glina zawierająca do 24% tlenku chromu, a także tlenki glinu i żelaza (III). od koloru przyciemnionej zimowej jodły do jasnozielonego koloru żaby bagiennej.
Pablo Picasso zwrócił się do geologów naszego kraju z prośbą o zbadanie rezerw Volkonskoite, co nadaje farbie wyjątkowo świeży odcień. Obecnie opracowano metodę otrzymywania sztucznego wolkonskoitu. Warto zauważyć, że według współczesnych badań rosyjscy malarze ikon używali farb z tego materiału już w średniowieczu, na długo przed jego „oficjalnym” odkryciem. Popularna wśród artystów była także zieleń Guiniera (utworzona w 1837 r.), której chromoformą jest hydrat tlenku chromu Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, w którym część wody jest chemicznie związana, a część adsorbowana. Ten pigment nadaje farbie szmaragdowy odcień.
strona, z pełnym lub częściowym kopiowaniem materiału, wymagany jest link do źródła.
Chrom to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 24. Jest twardym, błyszczącym, stalowoszarym metalem, który dobrze się poleruje i nie matowieje. Stosowany w stopach, takich jak stal nierdzewna i jako powłoka. Organizm ludzki potrzebuje niewielkich ilości trójwartościowego chromu do metabolizowania cukru, ale Cr(VI) jest wysoce toksyczny.
Różne związki chromu, takie jak tlenek chromu (III) i chromian ołowiu, mają jaskrawe kolory i są stosowane w farbach i pigmentach. Czerwony kolor rubinu wynika z obecności tego pierwiastka chemicznego. Niektóre substancje, zwłaszcza sód, są utleniaczami stosowanymi do utleniania związków organicznych oraz (wraz z kwasem siarkowym) do czyszczenia szkła laboratoryjnego. Ponadto do produkcji taśmy magnetycznej wykorzystywany jest tlenek chromu (VI).
Odkrycie i etymologia
Historia odkrycia pierwiastka chemicznego chromu jest następująca. W 1761 roku Johann Gottlob Lehmann znalazł pomarańczowo-czerwony minerał na Uralu i nazwał go „czerwonym ołowiem syberyjskim”. Chociaż został błędnie zidentyfikowany jako związek ołowiu z selenem i żelazem, w rzeczywistości był to chromian ołowiu o wzorze chemicznym PbCrO 4 . Dziś jest znany jako minerał croconte.
W 1770 roku Peter Simon Pallas odwiedził miejsce, w którym Leman znalazł minerał ołowiu, który miał bardzo przydatne właściwości pigmentowe w farbach. Szybko rozwinęło się zastosowanie syberyjskiego czerwonego ołowiu jako farby. Ponadto modny stał się jasnożółty z croconte.
W 1797 roku Nicolas-Louis Vauquelin uzyskał próbki czerwieni Mieszając croconte z kwasem solnym, otrzymał tlenek CrO 3 . Chrom jako pierwiastek chemiczny został wyizolowany w 1798 roku. Vauquelin uzyskał go, ogrzewając tlenek z węglem drzewnym. Był również w stanie wykryć ślady chromu w kamieniach szlachetnych, takich jak rubin i szmaragd.
W XIX wieku Cr był używany głównie w farbach i solach skórzanych. Obecnie 85% metalu jest wykorzystywane w stopach. Pozostała część wykorzystywana jest w przemyśle chemicznym, produkcji materiałów ogniotrwałych oraz przemyśle odlewniczym.
Wymowa pierwiastka chemicznego chrom odpowiada greckiemu χρῶμα, co oznacza „kolor”, ze względu na wiele kolorowych związków, które można z niego uzyskać.
Wydobycie i produkcja
Element wykonany jest z chromitu (FeCr 2 O 4). Około połowa tej rudy na świecie wydobywana jest w Afryce Południowej. Ponadto jego głównymi producentami są Kazachstan, Indie i Turcja. Jest wystarczająco dużo zbadanych złóż chromitu, ale geograficznie są one skoncentrowane w Kazachstanie i południowej Afryce.
Złoża rodzimego chromu metalicznego są rzadkie, ale istnieją. Na przykład jest wydobywany w kopalni Udachnaya w Rosji. Jest bogaty w diamenty, a środowisko redukujące pomogło w utworzeniu czystego chromu i diamentów.
Do przemysłowej produkcji metali rudy chromitu są traktowane stopionymi alkaliami (sodą kaustyczną, NaOH). W tym przypadku powstaje chromian sodu (Na 2 CrO 4), który jest redukowany węglem do tlenku Cr 2 O 3. Metal otrzymuje się przez ogrzewanie tlenku w obecności aluminium lub krzemu.
W 2000 r. wydobyto około 15 mln ton rudy chromitu i przerobiono na 4 mln ton żelazochromu, zawierającego 70% chromu i żelaza, o szacowanej wartości rynkowej na 2,5 mld USD.
Główna charakterystyka
Charakterystyka pierwiastka chemicznego chrom wynika z faktu, że jest to metal przejściowy czwartego okresu układu okresowego pierwiastków i znajduje się między wanadem a manganem. Zaliczany do grupy VI. Topi się w temperaturze 1907 °C. W obecności tlenu chrom szybko tworzy cienką warstwę tlenku, która chroni metal przed dalszą interakcją z tlenem.
Jako pierwiastek przejściowy reaguje z substancjami w różnych proporcjach. W ten sposób tworzy związki, w których ma różne stopnie utlenienia. Chrom jest pierwiastkiem chemicznym o stanach podstawowych +2, +3 i +6, z których +3 jest najbardziej stabilny. Ponadto w rzadkich przypadkach obserwuje się stany +1, +4 i +5. Związki chromu na stopniu utlenienia +6 są silnymi utleniaczami.
Jakiego koloru jest chrom? Pierwiastek chemiczny nadaje rubinowy odcień. Stosowany Cr 2 O 3 jest również używany jako pigment zwany „zielenią chromową”. Jego sole barwią szkło w szmaragdowo zielonym kolorze. Chrom jest pierwiastkiem chemicznym, którego obecność nadaje rubinową czerwień. Dlatego jest używany do produkcji syntetycznych rubinów.
izotopy
Izotopy chromu mają masy atomowe od 43 do 67. Zazwyczaj ten pierwiastek chemiczny składa się z trzech stabilnych postaci: 52 Cr, 53 Cr i 54 Cr. Spośród nich najczęściej występuje 52 Cr (83,8% całego naturalnego chromu). Ponadto opisano 19 radioizotopów, z których najbardziej stabilny jest 50 Cr, którego okres półtrwania przekracza 1,8 x 10 17 lat. 51 Cr ma okres półtrwania 27,7 dni, a dla wszystkich innych izotopów promieniotwórczych nie przekracza 24 godzin, a dla większości z nich trwa mniej niż minutę. Element ma również dwa przerzuty.
Izotopy chromu w skorupie ziemskiej z reguły towarzyszą izotopom manganu, który znajduje zastosowanie w geologii. 53 Cr powstaje podczas rozpadu radioaktywnego 53 Mn. Stosunek izotopów Mn/Cr wzmacnia inne informacje o wczesnej historii Układu Słonecznego. Zmiany stosunków 53Cr/52Cr i Mn/Cr z różnych meteorytów dowodzą, że nowe jądra atomowe powstały tuż przed powstaniem Układu Słonecznego.
Pierwiastek chemiczny chrom: właściwości, wzory związków
Tlenek chromu (III) Cr 2 O 3, znany również jako półtoratlenek, jest jednym z czterech tlenków tego pierwiastka chemicznego. Otrzymuje się go z chromitu. Zielony związek jest powszechnie określany jako „zieleń chromowa”, gdy jest używany jako pigment do malowania emalią i szkłem. Tlenek może rozpuszczać się w kwasach, tworząc sole oraz w stopionych zasadach, chromitach.
Dwuchromian potasu
K 2 Cr 2 O 7 jest silnym środkiem utleniającym i jest preferowany jako środek czyszczący do szkła laboratoryjnego z substancji organicznych. Wykorzystuje się do tego jego roztwór nasycony, czasem jednak zastępuje się go dichromianem sodu, ze względu na wyższą rozpuszczalność tego ostatniego. Ponadto może regulować proces utleniania związków organicznych, przekształcając alkohol pierwszorzędowy w aldehyd, a następnie w dwutlenek węgla.
Dwuchromian potasu może powodować chromowe zapalenie skóry. Chrom jest prawdopodobnie przyczyną uczulenia prowadzącego do rozwoju zapalenia skóry, zwłaszcza dłoni i przedramion, które jest przewlekłe i trudne do leczenia. Podobnie jak inne związki Cr(VI), dwuchromian potasu jest rakotwórczy. Należy go obsługiwać w rękawicach i odpowiednim sprzęcie ochronnym.
Kwas chromowy
Związek ma hipotetyczną budowę H 2 CrO 4 . Ani kwasy chromowe, ani dichromowe nie występują w naturze, ale ich aniony występują w różnych substancjach. „Kwas chromowy”, który można znaleźć w sprzedaży, to w rzeczywistości jego bezwodnik kwasowy - trójtlenek CrO 3.
Chromian ołowiu(II).
PbCrO 4 ma jasnożółty kolor i jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Z tego powodu znalazł zastosowanie jako pigment barwiący pod nazwą „żółta korona”.
Cr i wiązanie pięciowartościowe
Chrom wyróżnia się zdolnością do tworzenia wiązań pięciowartościowych. Związek jest tworzony przez Cr(I) i rodnik węglowodorowy. Między dwoma atomami chromu powstaje wiązanie pięciowartościowe. Jego wzór można zapisać jako Ar-Cr-Cr-Ar, gdzie Ar jest określoną grupą aromatyczną.
Aplikacja
Chrom jest pierwiastkiem chemicznym, którego właściwości zapewniły mu wiele różnych zastosowań, z których niektóre wymieniono poniżej.
Nadaje metalom odporność na korozję i błyszczącą powierzchnię. Dlatego chrom jest zawarty w stopach, takich jak stal nierdzewna, stosowana na przykład w sztućcach. Jest również używany do chromowania.
Chrom jest katalizatorem różnych reakcji. Służy do wykonywania form do wypalania cegieł. Jego sole opalają skórę. Dwuchromian potasu służy do utleniania związków organicznych, takich jak alkohole i aldehydy, a także do czyszczenia szkła laboratoryjnego. Służy jako środek utrwalający do barwienia tkanin, jest również używany w fotografii i drukowaniu zdjęć.
CrO 3 jest używany do produkcji taśm magnetycznych (na przykład do nagrywania dźwięku), które mają lepsze właściwości niż filmy z tlenku żelaza.
Rola w biologii
Chrom trójwartościowy jest pierwiastkiem chemicznym niezbędnym do metabolizmu cukru w organizmie człowieka. Natomiast sześciowartościowy Cr jest wysoce toksyczny.
Środki ostrożności
Chrom metaliczny i związki Cr(III) nie są generalnie uważane za niebezpieczne dla zdrowia, ale substancje zawierające Cr(VI) mogą być toksyczne w przypadku połknięcia lub wdychania. Większość z tych substancji działa drażniąco na oczy, skórę i błony śluzowe. W przypadku długotrwałego narażenia związki chromu (VI) mogą powodować uszkodzenie oczu, jeśli nie są odpowiednio leczone. Ponadto jest uznanym czynnikiem rakotwórczym. Śmiertelna dawka tego pierwiastka chemicznego wynosi około pół łyżeczki. Zgodnie z zaleceniami Światowej Organizacji Zdrowia maksymalne dopuszczalne stężenie Cr(VI) w wodzie pitnej wynosi 0,05 mg na litr.
Ponieważ związki chromu są stosowane w barwnikach i garbowaniu skóry, często znajdują się w glebie i wodach gruntowych opuszczonych terenów przemysłowych, które wymagają oczyszczenia i rekultywacji środowiska. Podkład zawierający Cr(VI) jest nadal szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.
Właściwości elementu
Główne właściwości fizyczne chromu są następujące:
- Liczba atomowa: 24.
- Masa atomowa: 51,996.
- Temperatura topnienia: 1890°C.
- Temperatura wrzenia: 2482 °C.
- Stan utlenienia: +2, +3, +6.
- Konfiguracja elektronowa: 3d 5 4s 1 .
Odkrycie chromu wpisuje się w okres szybkiego rozwoju chemiczno-analitycznych badań soli i minerałów. W Rosji chemicy szczególnie interesowali się analizą minerałów znalezionych na Syberii i prawie nieznanych w Europie Zachodniej. Jednym z tych minerałów była syberyjska ruda czerwonego ołowiu (krokoit), opisana przez Łomonosowa. Minerał został zbadany, ale znaleziono w nim tylko tlenki ołowiu, żelaza i aluminium. Jednak w 1797 roku Vauquelin, gotując drobno zmieloną próbkę minerału z potasem i wytrącając węglan ołowiu, otrzymał pomarańczowo-czerwony roztwór. Z tego roztworu wykrystalizował rubinowoczerwoną sól, z której wyodrębniono tlenek i wolny metal, inny niż wszystkie znane metale. Zadzwonił do niego Vauquelin Chrom ( Chrom ) od greckiego słowa- kolorowanie, kolor; To prawda, że nie chodziło tu o właściwość metalu, ale o jego jaskrawo zabarwione sole.
Odnalezienie w naturze.
Najważniejszą rudą chromu o znaczeniu praktycznym jest chromit, którego przybliżony skład odpowiada formule FeCrO4.
Występuje w Azji Mniejszej, na Uralu, w Ameryce Północnej, w południowej Afryce. Wspomniany wyżej minerał krokoit - PbCrO 4 - ma również znaczenie techniczne. Tlenek chromu (3) i niektóre inne jego związki występują również w przyrodzie. W skorupie ziemskiej zawartość chromu w przeliczeniu na metal wynosi 0,03%. Chrom znajduje się na Słońcu, gwiazdach, meteorytach.
Właściwości fizyczne.
Chrom to biały, twardy i kruchy metal, wyjątkowo odporny chemicznie na kwasy i zasady. Utlenia się w powietrzu i ma cienką przezroczystą warstwę tlenku na powierzchni. Chrom ma gęstość 7,1 g / cm 3, jego temperatura topnienia wynosi +1875 0 C.
Paragon.
Przy silnym ogrzewaniu rudy chromowo-żelazowej z węglem, chrom i żelazo ulegają redukcji:
FeO * Cr2O3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO
W wyniku tej reakcji powstaje stop chromu z żelazem, który charakteryzuje się dużą wytrzymałością. Aby otrzymać czysty chrom, jest on redukowany z tlenku chromu(3) za pomocą glinu:
Cr2O3 + 2Al \u003d Al2O3 + 2Cr
W tym procesie zwykle stosuje się dwa tlenki - Cr 2 O 3 i CrO 3
Właściwości chemiczne.
Dzięki cienkiej ochronnej warstwie tlenku pokrywającej powierzchnię chromu jest wysoce odporny na agresywne kwasy i zasady. Chrom nie reaguje ze stężonymi kwasami azotowym i siarkowym, a także z kwasem fosforowym. Chrom oddziałuje z alkaliami w temperaturze t = 600-700 o C. Natomiast chrom oddziałuje z rozcieńczonymi kwasami siarkowym i solnym, wypierając wodór:
2Cr + 3H 2 SO 4 \u003d Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2
W wysokich temperaturach chrom spala się w tlenie, tworząc tlenek (III).
Gorący chrom reaguje z parą wodną:
2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2
Chrom reaguje również z halogenami w wysokich temperaturach, halogeny z wodorami, siarką, azotem, fosforem, węglem, krzemem, borem, np.:
Cr + 2HF = CrF2 + H2
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr2S3
Cr + Si = CrSi
Powyższe właściwości fizyczne i chemiczne chromu znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach nauki i techniki. Na przykład chrom i jego stopy są wykorzystywane do uzyskiwania bardzo wytrzymałych, odpornych na korozję powłok w inżynierii mechanicznej. Stopy w postaci żelazochromu są stosowane jako narzędzia skrawające do metalu. Stopy chromowane znalazły zastosowanie w technice medycznej, przy produkcji aparatury do procesów chemicznych.
Pozycja chromu w układzie okresowym pierwiastków chemicznych:
Chrom stoi na czele bocznej podgrupy grupy VI układu okresowego pierwiastków. Jego elektroniczna formuła jest następująca:
24 Cr IS 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 5 4S 1
Przy wypełnianiu orbitali elektronami przy atomie chromu zostaje naruszona prawidłowość, zgodnie z którą orbital 4S powinien był zostać wypełniony najpierw do stanu 4S 2 . Jednak ze względu na to, że orbital 3d zajmuje korzystniejszą pozycję energetyczną w atomie chromu, jest on zapełniony do wartości 4d 5 . Takie zjawisko obserwuje się w atomach niektórych innych pierwiastków drugorzędowych podgrup. Chrom może wykazywać stopnie utlenienia od +1 do +6. Najbardziej stabilne są związki chromu o stopniach utlenienia +2, +3, +6.
Dwuwartościowe związki chromu.
Tlenek chromu(II)CrO - piroforyczny czarny proszek (piroforyczny - zdolność do zapłonu w powietrzu w stanie drobno rozdrobnionym). CrO rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie solnym:
CrO + 2HCl = CrCl2 + H2O
W powietrzu, po podgrzaniu powyżej 100 0 C, CrO zamienia się w Cr 2 O 3.
Sole dwuwartościowego chromu powstają przez rozpuszczenie chromu metalicznego w kwasach. Reakcje te zachodzą w atmosferze nieaktywnego gazu (na przykład H 2), ponieważ w obecności powietrza Cr(II) łatwo utlenia się do Cr(III).
Wodorotlenek chromu otrzymuje się w postaci żółtego osadu w wyniku działania roztworu alkalicznego na chlorek chromu (II):
CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2 + 2NaCl
Cr(OH) 2 ma właściwości zasadowe, jest reduktorem. Uwodniony jon Cr2+ ma kolor bladoniebieski. Wodny roztwór CrCl2 ma kolor niebieski. W powietrzu w roztworach wodnych związki Cr(II) przekształcają się w związki Cr(III). Jest to szczególnie widoczne w przypadku wodorotlenku Cr(II):
4Cr(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Cr(OH)3
Związki chromu trójwartościowego.
Tlenek chromu (III) Cr 2 O 3 jest ogniotrwałym zielonym proszkiem. Pod względem twardości jest zbliżony do korundu. W laboratorium można go uzyskać przez ogrzewanie dichromianu amonu:
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2
Cr 2 O 3 - tlenek amfoteryczny po stopieniu z alkaliami tworzy chromity: Cr 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O
Wodorotlenek chromu jest również związkiem amfoterycznym:
Cr(OH)3 + HCl = CrCl3 + 3H2O
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O
Bezwodny CrCl 3 ma wygląd ciemnofioletowych liści, jest całkowicie nierozpuszczalny w zimnej wodzie i rozpuszcza się bardzo powoli po ugotowaniu. Bezwodny siarczan chromu (III) Cr 2 (SO 4) 3 różowy, również słabo rozpuszczalny w wodzie. W obecności czynników redukujących tworzy fioletowy siarczan chromu Cr 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O. Znane są również zielone hydraty siarczanu chromu, zawierające mniejszą ilość wody. Ałun chromowy KCr(SO 4) 2 *12H 2 O krystalizuje z roztworów zawierających fioletowy siarczan chromu i siarczan potasu. Roztwór ałunu chromowego zmienia kolor na zielony po podgrzaniu z powodu tworzenia się siarczanów.
Reakcje z chromem i jego związkami
Prawie wszystkie związki chromu i ich roztwory są intensywnie zabarwione. Mając bezbarwny roztwór lub biały osad, możemy z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić, że chromu nie ma.
- Mocno podgrzewamy w płomieniu palnika na porcelanowym kubku taką ilość dwuchromianu potasu, aby zmieściła się na czubku noża. Sól nie uwolni wody krystalizacyjnej, ale stopi się w temperaturze około 400 0 C z utworzeniem ciemnej cieczy. Podgrzewamy jeszcze kilka minut na mocnym ogniu. Po schłodzeniu na odłamku tworzy się zielony osad. Część rozpuszcza się w wodzie (żółknie), a część pozostaje na odłamku. Sól rozkładała się po podgrzaniu, tworząc rozpuszczalny żółty chromian potasu K 2 CrO 4 i zielony Cr 2 O 3 .
- Rozpuścić 3 g sproszkowanego dwuchromianu potasu w 50 ml wody. Do jednej części dodać trochę węglanu potasu. Rozpuści się wraz z uwolnieniem CO 2 , a kolor roztworu stanie się jasnożółty. Chromian powstaje z dichromianu potasu. Jeśli teraz dodamy porcjami 50% roztwór kwasu siarkowego, to ponownie pojawi się czerwono-żółty kolor dwuchromianu.
- Wlać do probówki 5 ml. roztworu dwuchromianu potasu, gotować pod ciśnieniem z 3 ml stężonego kwasu solnego. Żółto-zielony trujący gazowy chlor jest uwalniany z roztworu, ponieważ chromian utlenia HCl do Cl 2 i H 2 O. Sam chromian zamienia się w zielony chlorek chromu trójwartościowego. Można go wyizolować przez odparowanie roztworu, a następnie w połączeniu z sodą i azotanem przekształcić w chromian.
- Po dodaniu roztworu azotanu ołowiu wytrąca się żółty chromian ołowiu; podczas interakcji z roztworem azotanu srebra powstaje czerwono-brązowy osad chromianu srebra.
- Dodać nadtlenek wodoru do roztworu dwuchromianu potasu i zakwasić roztwór kwasem siarkowym. Roztwór nabiera ciemnoniebieskiego koloru w wyniku tworzenia się nadtlenku chromu. Nadtlenek po wstrząśnięciu z odrobiną eteru zamieni się w rozpuszczalnik organiczny i zmieni kolor na niebieski. Ta reakcja jest specyficzna dla chromu i jest bardzo czuła. Może być stosowany do wykrywania chromu w metalach i stopach. Przede wszystkim konieczne jest rozpuszczenie metalu. Przy dłuższym gotowaniu z 30% kwasem siarkowym (można również dodać kwas solny), chrom i wiele stali częściowo się rozpuszcza. Otrzymany roztwór zawiera siarczan chromu(III). Aby móc przeprowadzić reakcję wykrywania, najpierw neutralizujemy ją sodą kaustyczną. Wytrąca się szarozielony wodorotlenek chromu (III), który rozpuszcza się w nadmiarze NaOH i tworzy zielony chromit sodu. Przefiltrować roztwór i dodać 30% nadtlenek wodoru. Po podgrzaniu roztwór zmieni kolor na żółty, ponieważ chromit utlenia się do chromianu. Zakwaszenie spowoduje niebieskie zabarwienie roztworu. Zabarwiony związek można wyekstrahować przez wytrząsanie z eterem.
Reakcje analityczne dla jonów chromu.
- Do 3-4 kropli roztworu chlorku chromu CrCl 3 dodać 2M roztwór NaOH do rozpuszczenia początkowego osadu. Zwróć uwagę na kolor utworzonego chromitu sodu. Otrzymany roztwór ogrzać w łaźni wodnej. Co się dzieje?
- Do 2-3 kropli roztworu CrCl 3 dodać równą objętość 8M roztworu NaOH i 3-4 krople 3% roztworu H 2 O 2 . Ogrzać mieszaninę reakcyjną w łaźni wodnej. Co się dzieje? Jaki osad powstaje, jeśli otrzymany barwny roztwór zobojętni się, doda do niego CH 3 COOH, a następnie Pb (NO 3) 2?
- Do probówki wlać po 4-5 kropli roztworów siarczanu chromu Cr 2 (SO 4) 3, IMH 2 SO 4 i KMnO 4. Ogrzewać miejsce reakcji przez kilka minut na łaźni wodnej. Zwróć uwagę na zmianę koloru roztworu. Co to spowodowało?
- Do 3-4 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 zakwaszonego kwasem azotowym dodać 2-3 krople roztworu H 2 O 2 i wymieszać. Pojawiający się niebieski kolor roztworu wynika z pojawienia się kwasu nadchromowego H 2 CrO 6:
Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O 2 + 2H + = 2H 2 CrO 6 + 3H 2 O
Zwróć uwagę na szybki rozkład H 2 CrO 6:
2H 2CrO 6 + 8H+ = 2Cr 3+ + 3O 2 + 6H 2O
kolor niebieski kolor zielony
Kwas nadchromowy jest znacznie bardziej stabilny w rozpuszczalnikach organicznych.
- Do 3-4 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 zakwaszonego kwasem azotowym dodać 5 kropli alkoholu izoamylowego, 2-3 krople roztworu H 2 O 2 i wstrząsnąć mieszaniną reakcyjną. Warstwa rozpuszczalnika organicznego, która unosi się na wierzchu, jest zabarwiona na jasnoniebiesko. Kolor blaknie bardzo powoli. Porównaj stabilność H 2 CrO 6 w fazie organicznej i wodnej.
- Gdy jony CrO 4 2- i Ba 2+ oddziałują ze sobą, wytrąca się żółty osad chromianu baru BaCrO 4.
- Azotan srebra tworzy ceglasty osad chromianu srebra z jonami CrO 4 2 .
- Weź trzy probówki. Do jednego z nich wlej 5-6 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 , do drugiego taką samą objętość roztworu K 2 CrO 4 , a do trzeciego po trzy krople obu roztworów. Następnie dodaj trzy krople roztworu jodku potasu do każdej probówki. Wyjaśnij wynik. Zakwasić roztwór w drugiej probówce. Co się dzieje? Dlaczego?
Zabawne eksperymenty ze związkami chromu
- Mieszanina CuSO 4 i K 2 Cr 2 O 7 zabarwia się na zielono po dodaniu zasady i żółknie w obecności kwasu. Ogrzewając 2 mg glicerolu z niewielką ilością (NH 4) 2 Cr 2 O 7, a następnie dodając alkohol, otrzymuje się po filtracji jasnozielony roztwór, który po dodaniu kwasu zmienia kolor na żółty, a zielony w odczynie obojętnym lub zasadowym średni.
- Na środku puszki umieścić termitową „mieszankę rubinową” – dokładnie zmieloną i umieszczoną w folii aluminiowej Al 2 O 3 (4,75 g) z dodatkiem Cr 2 O 3 (0,25 g). Aby słoik nie stygł dłużej, należy go zakopać pod górną krawędzią w piasku, a po zapaleniu termitu i rozpoczęciu reakcji przykryć go żelazną blachą i wypełnić piaskiem. Bank do wykopania w jeden dzień. Rezultatem jest czerwono-rubinowy proszek.
- 10 g dwuchromianu potasu rozciera się z 5 g azotanu sodu lub potasu i 10 g cukru. Mieszaninę zwilża się i miesza z kolodionem. Jeśli proszek zostanie ściśnięty w szklanej rurce, a następnie wypchnięty patyk i podpalony od końca, wtedy „wąż” zacznie się czołgać, najpierw czarny, a po schłodzeniu - zielony. Patyk o średnicy 4 mm pali się z prędkością około 2 mm na sekundę i wydłuża się 10 razy.
- Jeśli zmieszasz roztwory siarczanu miedzi i dichromianu potasu i dodasz trochę roztworu amoniaku, wypadnie bezpostaciowy brązowy osad o składzie 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, który rozpuszcza się w kwasie chlorowodorowym, tworząc żółty roztwór i w nadmiarze amoniaku otrzymuje się zielony roztwór. Jeśli do tego roztworu doda się więcej alkoholu, powstanie zielony osad, który po odsączeniu staje się niebieski, a po wysuszeniu niebiesko-fioletowy z czerwonymi iskierkami, wyraźnie widocznymi w mocnym świetle.
- Tlenek chromu pozostały po eksperymentach z „wulkanem” czy „wężem faraona” można zregenerować. Aby to zrobić, konieczne jest stopienie 8 g Cr 2 O 3 i 2 g Na 2 CO 3 i 2,5 g KNO 3 i potraktowanie schłodzonego stopu wrzącą wodą. Otrzymuje się rozpuszczalny chromian, który można również przekształcić w inne związki Cr(II) i Cr(VI), w tym oryginalny dichromian amonu.
Przykłady przejść redoks z udziałem chromu i jego związków
1. Cr 2 O 7 2- -- Cr 2 O 3 -- CrO 2 - -- CrO 4 2- -- Cr 2 O 7 2-
a) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4 H 2 O b) Cr2O3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO2 + H2O
c) 2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH = 6NaBr + 2Na2CrO4 + 4H2O
d) 2Na2CrO4 + 2HCl = Na2Cr2O7 + 2NaCl + H2O
2. Cr(OH) 2 -- Cr(OH) 3 -- CrCl 3 -- Cr 2 O 7 2- -- CrO 4 2-
a) 2Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H2O = 2Cr(OH) 3
b) Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
c) 2CrCl3 + 2KMnO4 + 3H2O = K2Cr2O7 + 2Mn(OH)2 + 6HCl
d) K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH = 2 K 2 CrO 4 + H 2 O
3. CrO - Cr (OH) 2 - Cr (OH) 3 - Cr (NO 3) 3 - Cr 2 O 3 - CrO - 2
Cr2+
a) CrO + 2HCl = CrCl2 + H2O
b) CrO + H2O \u003d Cr (OH) 2
c) Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H2O = 2Cr(OH) 3
d) Cr(OH) 3 + 3HNO 3 = Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O
e) 4Cr (NO 3) 3 \u003d 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
f) Cr2O3 + 2 NaOH = 2NaCrO2 + H2O
Element Chrome jako artysta
Chemicy dość często zwracali się do problemu tworzenia sztucznych pigmentów do malowania. W XVIII-XIX wieku opracowano technologię pozyskiwania wielu materiałów obrazowych. Louis Nicolas Vauquelin w 1797 roku, który odkrył nieznany wcześniej pierwiastek chrom w rudzie czerwieni syberyjskiej, przygotował nową, niezwykle stabilną farbę – chromową zieleń. Jego chromoforem jest wodny tlenek chromu (III). Pod nazwą „szmaragdowozielony” zaczęto go produkować w 1837 roku. Później L. Vauquelen zaproponował kilka nowych farb: barytową, cynkową i żółcień chromową. Z czasem zastąpiono je bardziej trwałymi żółtymi, pomarańczowymi pigmentami na bazie kadmu.
Zieleń chromowa jest najbardziej trwałą i światłoodporną farbą, na którą nie mają wpływu gazy atmosferyczne. Wcierana w olej, chromowana zieleń ma dużą siłę krycia i jest w stanie szybko schnąć, dlatego od XIX wieku. jest szeroko stosowany w malarstwie. Ma to ogromne znaczenie w malarstwie porcelany. Faktem jest, że wyroby porcelanowe można dekorować zarówno malowaniem podszkliwnym, jak i nadszkliwnym. W pierwszym przypadku farby nakłada się na powierzchnię tylko lekko wypalonego produktu, którą następnie pokrywa się warstwą glazury. Następnie następuje główny, wysokotemperaturowy wypalanie: w celu spiekania masy porcelanowej i stopienia glazury produkty są podgrzewane do 1350 - 1450 0 C. Bardzo niewiele farb może wytrzymać tak wysoką temperaturę bez zmian chemicznych, aw starych dni było ich tylko dwóch - kobaltu i chromu. Czarny tlenek kobaltu, naniesiony na powierzchnię porcelany, podczas wypalania stapia się ze szkliwem, wchodząc z nim w interakcję chemiczną. W rezultacie powstają jasnoniebieskie krzemiany kobaltu. Ta kobaltowa porcelana jest wszystkim dobrze znana. Tlenek chromu (III) nie wchodzi w interakcje chemiczne ze składnikami szkliwa i po prostu zalega między odłamkami porcelany a przezroczystym szkliwem z „głuchą” warstwą.
Oprócz chromowanej zieleni artyści używają farb pochodzących z Volkonskoite. Ten minerał z grupy montmorylonitów (minerał ilasty z podklasy złożonych krzemianów Na (Mo, Al), Si 4 O 10 (OH) 2) został odkryty w 1830 r. przez rosyjskiego mineraloga Kemmerera i nazwany na cześć M.N. Wołkonskiej, córki bohatera bitwy pod Borodino, generała N. N. Raevsky'ego, żony dekabrysty S. G. Volkonsky'ego Volkonskoite to glina zawierająca do 24% tlenku chromu, a także tlenki glinu i żelaza (III). od koloru przyciemnionej zimowej jodły do jasnozielonego koloru żaby bagiennej.
Pablo Picasso zwrócił się do geologów naszego kraju z prośbą o zbadanie rezerw Volkonskoite, co nadaje farbie wyjątkowo świeży odcień. Obecnie opracowano metodę otrzymywania sztucznego wolkonskoitu. Warto zauważyć, że według współczesnych badań rosyjscy malarze ikon używali farb z tego materiału już w średniowieczu, na długo przed jego „oficjalnym” odkryciem. Popularna wśród artystów była także zieleń Guiniera (utworzona w 1837 r.), której chromoformą jest hydrat tlenku chromu Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, w którym część wody jest chemicznie związana, a część adsorbowana. Ten pigment nadaje farbie szmaragdowy odcień.
blog.site, z pełnym lub częściowym kopiowaniem materiału, wymagany jest link do źródła.
- Oznaczenie - Cr (Chrom);
- Okres - IV;
- Grupa - 6 (VIb);
- Masa atomowa - 51,9961;
- liczba atomowa - 24;
- Promień atomu = 130 pm;
- promień kowalencyjny = 118 pm;
- Dystrybucja elektronów - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 ;
- temperatura topnienia = 1857°C;
- temperatura wrzenia = 2672°C;
- Elektroujemność (wg Paulinga / Alpreda i Rochova) = 1,66 / 1,56;
- Stopień utlenienia: +6, +3, +2, 0;
- Gęstość (brak danych) \u003d 7,19 g / cm3;
- Objętość molowa = 7,23 cm 3 / mol.
Chrom (kolor, farba) został po raz pierwszy znaleziony w złożu złota Bieriezowskiego (środkowy Ural), pierwsze wzmianki pochodzą z 1763 r., W swojej pracy „Pierwsze podstawy metalurgii” M.V. Łomonosow nazywa to „rudą czerwonego ołowiu”.
Ryż. Struktura atomu chromu.
Konfiguracja elektronowa atomu chromu to 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 (patrz Struktura elektronowa atomów). W tworzeniu wiązań chemicznych z innymi pierwiastkami może brać udział 1 elektron znajdujący się na zewnętrznym poziomie 4s + 5 elektronów podpoziomu 3d (łącznie 6 elektronów), dlatego w związkach chrom może przyjmować stopnie utlenienia od +6 do +1 (najczęstsze to +6 , +3, +2). Chrom jest metalem nieaktywnym chemicznie, reaguje z prostymi substancjami tylko w wysokich temperaturach.
Właściwości fizyczne chromu:
- niebiesko-biały metal;
- bardzo twardy metal (w obecności zanieczyszczeń);
- kruchy w n. r.;
- plastik (w czystej postaci).
Właściwości chemiczne chromu
- w t=300°C reaguje z tlenem:
4Cr + 3O 2 \u003d 2Cr 2 O 3; - w t>300°C reaguje z halogenami, tworząc mieszaniny halogenków;
- w t>400°C reaguje z siarką tworząc siarczki:
Cr + S = CrS; - w temperaturze t=1000°C drobno zmielony chrom reaguje z azotem tworząc azotek chromu (półprzewodnik o dużej odporności chemicznej):
2Cr + N2 = 2CrN; - reaguje z rozcieńczonymi kwasami solnym i siarkowym, wydzielając wodór:
Cr + 2HCl \u003d CrCl2 + H2;
Cr + H2SO4 \u003d CrSO4 + H2; - ciepłe stężone kwasy azotowy i siarkowy rozpuszczają chrom.
Ze stężonym kwasem siarkowym i azotowym w n.o. chrom nie wchodzi w interakcje, chrom również nie rozpuszcza się w wodzie królewskiej, warto zauważyć, że czysty chrom nie reaguje nawet z rozcieńczonym kwasem siarkowym, przyczyna tego zjawiska nie została jeszcze ustalona. Podczas długotrwałego przechowywania w stężonym kwasie azotowym chrom pokrywa się bardzo gęstą warstwą tlenku (pasywuje) i przestaje reagować z rozcieńczonymi kwasami.
Związki chromu
Mówiono już powyżej, że „ulubione” stopnie utlenienia chromu to +2 (CrO, Cr (OH) 2), +3 (Cr 2 O 3, Cr (OH) 3), +6 (CrO 3, H 2CrO4).
Chrome jest chromofor, czyli pierwiastek nadający kolor substancji, w której się znajduje. Na przykład na stopniu utlenienia +3 chrom daje kolor liliowo-czerwony lub zielony (rubin, spinel, szmaragd, granat); na stopniu utlenienia +6 - kolor żółto-pomarańczowy (krokoit).
Chromofory, oprócz chromu, to także żelazo, nikiel, tytan, wanad, mangan, kobalt, miedź - wszystkie to pierwiastki d.
Kolor typowych związków zawierających chrom:
- chrom na stopniu utlenienia +2:
- tlenek chromu CrO - czerwony;
- fluorek chromu CrF 2 - niebiesko-zielony;
- chlorek chromu CrCl 2 - nie ma koloru;
- bromek chromu CrBr 2 - nie ma koloru;
- jodek chromu CrI 2 - czerwono-brązowy.
- chrom na stopniu utlenienia +3:
- Cr2O3 - zielony;
- CrF 3 - jasnozielony;
- CrCl 3 - fioletowo-czerwony;
- CrBr 3 - ciemnozielony;
- CrI 3 - czarny.
- chrom na stopniu utlenienia +6:
- CrO3 - czerwony;
- chromian potasu K 2 CrO 4 - cytrynowożółty;
- chromian amonu (NH 4) 2 CrO 4 - złotożółty;
- chromian wapnia CaCrO 4 - żółty;
- chromian ołowiu PbCrO 4 - jasnobrązowo-żółty.
Tlenki chromu:
- Cr +2 O - tlenek zasadowy;
- Cr 2 +3 O 3 - tlenek amfoteryczny;
- Cr +6 O 3 - tlenek kwasu.
wodorotlenki chromu:
- ".
Zastosowanie chromu
- jako dodatek stopowy w wytapianiu stopów żaroodpornych i odpornych na korozję;
- do chromowania wyrobów metalowych w celu nadania im wysokiej odporności na korozję, odporności na ścieranie oraz pięknego wyglądu;
- stopy chromu-30 i chromu-90 są stosowane w dyszach palników plazmowych oraz w przemyśle lotniczym.
Artykuł poświęcony jest pierwiastkowi nr 24 układu okresowego - chromowi, historii jego odkrycia i rozmieszczenia w przyrodzie, budowie jego atomu, właściwościom chemicznym i związkom chemicznym, sposobom jego pozyskiwania i do czego jest nam potrzebny. Średnia zawartość chromu w skorupie ziemskiej nie jest wysoka i wynosi 0,0083%. Pierwiastek ten jest prawdopodobnie bardziej charakterystyczny dla płaszcza Ziemi.
Chrom tworzy masywne i rozproszone rudy w skałach ultramaficznych; z nimi związane jest powstawanie największych złóż chromu. W skałach podstawowych zawartość chromu sięga tylko 2,10-2%, w skałach kwaśnych - 2,5,10-3%, w skałach osadowych (piaskowce) - 3,5,10-3%, łupkach - 9,10-3%. Chrom jest stosunkowo słabo migrującym wodą: zawartość chromu w wodzie morskiej wynosi 0,00005 mg/l, w wodzie powierzchniowej – 0,0015 mg/l.
Ogólnie chrom jest metalem z głębokich stref Ziemi.
Obecnie całkowite zużycie czystego chromu (co najmniej 99% Cr) wynosi około 15 tysięcy ton, z czego około jedna trzecia to chrom elektrolityczny. Światowym liderem w produkcji chromu o wysokiej czystości jest brytyjska firma Bell Metals. Pierwsze miejsce pod względem konsumpcji zajmują Stany Zjednoczone (50%), drugie kraje Europy (25%), trzecie Japonia. Rynek chromu metalicznego jest dość niestabilny, a ceny tego metalu podlegają dużym wahaniom.
1. CHROM JAKO PIERWIASTEK CHEMICZNY
Chrom– (Chrom) Cr, pierwiastek chemiczny 6(VIb) z grupy układu okresowego. Liczba atomowa 24, masa atomowa 51,996. Znanych jest 24 izotopów chromu od 42 Cr do 66 Cr. Izotopy 52Cr, 53Cr, 54Cr są stabilne. Skład izotopowy naturalnego chromu: 50 Cr (okres półtrwania 1,8 · 10 · 17 lat) - 4,345%, 52 Cr - 83,489%, 53 Cr - 9,501%, 54 Cr - 2,365%. Główne stopnie utlenienia to +3 i +6.
W 1761 roku profesor chemii na Uniwersytecie Petersburskim, Johann Gottlob Lehmann, u wschodniego podnóża Uralu w kopalni Bieriezowski odkrył cudowny czerwony minerał, który po rozdrobnieniu na proszek nadawał jasnożółty kolor. W 1766 Leman przywiózł próbki minerału do Petersburga. Po potraktowaniu kryształów kwasem solnym uzyskał biały osad, w którym znalazł ołów. Leman nazwał minerał syberyjski czerwonym ołowiem (plomb rouge de Sibérie), obecnie wiadomo, że był to krokoit (z greckiego „krokos” – szafran) – naturalny chromian ołowiu PbCrO 4.
Niemiecki podróżnik i przyrodnik Peter Simon Pallas (1741-1811) poprowadził wyprawę Petersburskiej Akademii Nauk do centralnych regionów Rosji i w 1770 r. zainteresowany krokodylem. Pallas napisał: „Tego niesamowitego minerału z czerwonego ołowiu nie znaleziono w żadnym innym złożu. Zmienia kolor na żółty po zmieleniu na proszek i może być używany w sztuce miniaturowej. Pomimo rzadkości i trudności w dostarczaniu krokoitu z kopalni Bieriezowskiego do Europy (zajęło to prawie dwa lata), doceniono wykorzystanie tego minerału jako substancji barwiącej. W Londynie i Paryżu pod koniec XVII wieku. wszyscy szlachcice jeździli powozami pomalowanymi drobno zmielonym krokoitem, ponadto najlepsze próbki syberyjskiego czerwonego ołowiu trafiły do zbiorów wielu szaf mineralogicznych w Europie.
W 1796 r. Próbka krokoitu dotarła do Nicolasa-Louisa Vauquelina (1763–1829), profesora chemii paryskiej szkoły mineralogicznej, który przeanalizował minerał, ale nie znalazł w nim nic oprócz tlenków ołowiu, żelaza i aluminium. Kontynuując badania syberyjskiego czerwonego ołowiu, Vauquelin wygotował minerał z roztworem potażu i po oddzieleniu białego osadu węglanu ołowiu otrzymał żółty roztwór nieznanej soli. Po potraktowaniu go solą ołowiu wytrącił się żółty osad, przy soli rtęci czerwony, a po dodaniu chlorku cyny roztwór zmienił kolor na zielony. Rozkładając krokoit kwasami mineralnymi, otrzymał roztwór „czerwonego kwasu ołowiowego”, którego odparowanie dało rubinowo-czerwone kryształy (teraz wiadomo, że był to bezwodnik chromowy). Po wyprażeniu ich z węglem w tyglu grafitowym odkrył po reakcji wiele przerośniętych szarych igiełkowatych kryształów nieznanego dotąd metalu. Vauquelin stwierdził wysoką ogniotrwałość metalu i jego odporność na kwasy.
Vauquelin nazwał nowy pierwiastek chromem (z greckiego - kolor, kolor) ze względu na wiele wielobarwnych związków, które tworzy. Na podstawie swoich badań Vauquelin po raz pierwszy stwierdził, że szmaragdowy kolor niektórych kamieni szlachetnych wynika z domieszki w nich związków chromu. Na przykład naturalny szmaragd to ciemnozielony beryl, w którym aluminium jest częściowo zastąpione chromem.
Najprawdopodobniej Vauquelin otrzymał nie czysty metal, ale jego węgliki, o czym świadczy igłowy kształt otrzymanych kryształów, ale Paryska Akademia Nauk zarejestrowała odkrycie nowego pierwiastka i teraz Vauquelin słusznie uważany jest za odkrywcę element nr 24.
W 1798 roku Lovitz i Klaproth, niezależnie od Vauquelena, odkryli chrom w próbce ciężkiego czarnego minerału (był to chromit FeCr2O4) znalezionego na Uralu, ale znacznie na północ od złoża Bieriezowskiego. W 1799 r. F. Tassert odkrył nowy pierwiastek w tym samym minerale znalezionym w południowo-wschodniej Francji. Uważa się, że to Tassertowi jako pierwszemu udało się otrzymać stosunkowo czysty metaliczny chrom.
2. CHROM W PRZYRODZIE I JEGO EKSTRAKCJA PRZEMYSŁOWA
Chrom jest dość powszechnym pierwiastkiem na Ziemi. Jego clarke (średnia zawartość w skorupie ziemskiej) skorupy wynosi 8,3 ± 3%. Chrom nigdy nie występuje w stanie wolnym. W rudach chromu praktyczne znaczenie ma jedynie chromit FeCr 2 O 4, który należy do spineli – minerałów izomorficznych układu sześciennego o wzorze ogólnym MO·Me 2 O 3, gdzie M jest dwuwartościowym jonem metalu, a Me trójwartościowym jon metalu. Spinele mogą tworzyć ze sobą roztwory stałe, dlatego magnochromit (Mg,Fe)Cr 2 O 4 , chromit glinu Fe(Cr,Al) 2 O 4 , chromopikotyt (Mg,Fe) ( Cr, Al) 2 O 4 - one wszystkie należą do klasy spineli chromowych. Oprócz spineli chrom występuje w wielu znacznie mniej powszechnych minerałach, na przykład melanochroit 3PbO 2Cr 2 O 3, wakelenit 2(Pb,Cu)CrO 4 (Pb,Cu) 3 (PO 4) 2, tarapakait K 2 CrO 4, ditzeite CaIO 3 CaCrO 4 i inne.
Chromity są koloru ciemnego lub prawie czarnego, mają metaliczny połysk i zwykle układają się w ciągłe układy. Osady chromitu są pochodzenia magmowego. Jej zidentyfikowane zasoby szacowane są w 47 krajach świata i wynoszą 15 mld ton. Pierwsze miejsce pod względem zasobów chromitu zajmuje Republika Południowej Afryki (76% światowych potwierdzonych zasobów), gdzie największe znaczenie mają złoża Bushveld, w których zawartość rudy chromitu wynosi 1 mld ton. Drugie miejsce na świecie pod względem zasobów chromitu zajmuje Kazachstan (9% światowych zasobów), tamtejsze rudy chromu są bardzo wysokiej jakości. Wszystkie zasoby chromitu w Kazachstanie są skoncentrowane w regionie Aktobe (masyw Kempirsai z rezerwami 300 mln ton); złoża rozwijały się od końca lat 30. XX wieku. Trzecie miejsce zajmuje Zimbabwe (6% światowych rezerw). Ponadto Stany Zjednoczone, Indie, Filipiny, Turcja, Madagaskar i Brazylia mają znaczne zasoby chromitu. W Rosji dość duże złoża chromitu znajdują się na Uralu (Saranovskoye, Verblyuzhyegorskoye, Alapaevskoye, Monetnaya Dacha, Khalilovskoye i inne złoża).
Na początku XIX wieku głównym źródłem chromitu były złoża Uralu, ale w 1827 roku Amerykanin Isaac Tyson (Isaac Tyson) odkrył duże złoże rudy chromitu na pograniczu Maryland i Pensylwanii, stając się na wiele lat monopolistą w dziedzinie wydobycia. W 1848 r. w Turcji, niedaleko Bursy, odkryto złoża wysokiej jakości chromitu. Po wyczerpaniu rezerw w Maryland, liderem w wydobyciu chromitów była Turcja, aż do przejęcia pałeczki przez Indie i Republikę Południowej Afryki w 1906 roku.
Obecnie na świecie wydobywa się rocznie 11-14 milionów ton chromitów. Wiodące miejsce w wydobyciu rudy chromu zajmuje Republika Południowej Afryki (ok. 6 mln ton rocznie), a następnie Kazachstan, dostarczając 20% światowego zapotrzebowania. Ze względu na dużą głębokość występowania rudy chromu jest ona zwykle wydobywana przez kopalnie (85%), ale czasami praktykowane jest również wydobycie odkrywkowe (kamieniołom), np. w Finlandii i na Madagaskarze. Zwykle wydobywane rudy są odpowiedniej jakości i wymagają jedynie mechanicznego sortowania. Wzbogacanie chromitów jest często niepraktyczne, ponieważ w tym przypadku można zwiększyć tylko zawartość Cr 2 O 3, a stosunek Fe :
Cr pozostaje bez zmian. Cena chromitu na rynku światowym waha się w granicach 40-120 USD za tonę.
Chrom to srebrzysty metal o gęstości 7200 kg/m3. Wyznaczenie temperatury topnienia czystego chromu jest zadaniem niezwykle trudnym, gdyż najmniejsze zanieczyszczenia tlenem czy azotem znacząco wpływają na wartość tej temperatury. Według wyników współczesnych pomiarów jest równa 1907 ° C. Temperatura wrzenia chromu wynosi 2671 ° C. Całkowicie czysty (bez zanieczyszczeń gazowych i węgla) chrom jest dość lepki, kuty i plastyczny. Przy najmniejszym zanieczyszczeniu węglem, wodorem, azotem itp. staje się krucha, krucha i twarda. W zwykłych temperaturach istnieje w postaci modyfikacji a i ma sześcienną siatkę centrowaną na ciele. Chemicznie chrom jest raczej obojętny ze względu na tworzenie się na jego powierzchni mocnej cienkiej warstwy tlenku. Nie utlenia się w powietrzu nawet w obecności wilgoci, a po podgrzaniu utlenianie zachodzi tylko na powierzchni. Chrom jest pasywowany rozcieńczonym i stężonym kwasem azotowym, wodą królewską, i nawet gdy metal jest gotowany z tymi odczynnikami, rozpuszcza się tylko nieznacznie. Chrom pasywowany kwasem azotowym, w przeciwieństwie do metalu bez warstwy ochronnej, nie rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach siarkowym i chlorowodorowym, nawet przy długotrwałym gotowaniu w roztworach tych kwasów, jednak w pewnym momencie rozpoczyna się gwałtowne rozpuszczanie, któremu towarzyszy pienienie z uwolniony wodór - z formy pasywnej aktywuje się chrom, który nie jest chroniony warstwą tlenku:
Cr + 2HCl \u003d CrCl2 + H2
Jeśli podczas procesu rozpuszczania zostanie dodany kwas azotowy, reakcja natychmiast ustaje – chrom jest ponownie pasywowany.
Po podgrzaniu metaliczny chrom łączy się z halogenami, siarką, krzemem, borem, węglem i niektórymi innymi pierwiastkami:
Cr + 2F 2 = CrF 4 (z domieszką CrF 5)
2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3
Cr + C = Cr 23 C 6 + Cr 7 C 3 mieszanina.
Gdy chrom jest podgrzewany ze stopioną sodą w powietrzu, azotanami lub chloranami metali alkalicznych, otrzymuje się odpowiednie chromiany (VI):
2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2.
W zależności od wymaganego stopnia czystości metalu istnieje kilka przemysłowych metod otrzymywania chromu.
Możliwość aluminotermiczny Redukcję tlenku chromu(III) wykazał Friedrich Wöhler w 1859 roku, jednak metoda ta stała się dostępna na skalę przemysłową, gdy tylko stało się możliwe uzyskanie taniego aluminium. Przemysłowa aluminotermiczna produkcja chromu rozpoczęła się od prac Goldschmidta, który jako pierwszy opracował niezawodną metodę kontrolowania wysoce egzotermicznego (a zatem wybuchowego) procesu redukcji:
Cr2O3 + 2Al \u003d 2Cr + 2Al2O3.
Mieszaninę ogrzewa się równomiernie do 500–600 ° C. Redukcję można zainicjować albo przez mieszaninę nadtlenku baru i proszku aluminiowego, albo przez zapalenie małej części mieszaniny, a następnie dodanie reszty mieszaniny. Ważne jest, aby ciepło uwalniane podczas reakcji wystarczyło do stopienia powstałego chromu i oddzielenia go od żużla. Chrom otrzymywany metodą aluminotermiczną zawiera zwykle 0,015–0,02% C, 0,02% S i 0,25–0,40% Fe, a udział masowy głównej substancji w nim wynosi 99,1–99,4% Cr. Jest bardzo kruchy i łatwo mielony na proszek.
Przy otrzymywaniu chromu o wysokiej czystości stosuje się metody elektrolityczne, możliwość tego wykazał w 1854 roku Bunsen, który poddał elektrolizie wodny roztwór chlorku chromu. Teraz elektrolizie poddawane są mieszaniny bezwodnika chromowego lub ałunu chromoamoniowego z rozcieńczonym kwasem siarkowym. Chrom uwalniany podczas elektrolizy zawiera rozpuszczone gazy jako zanieczyszczenia. Nowoczesne technologie umożliwiają otrzymywanie metalu o czystości 99,90–99,995% na skalę przemysłową przy zastosowaniu wysokotemperaturowego oczyszczania w strumieniu wodoru i odgazowywania próżniowego. Unikalne techniki rafinacji chromu elektrolitycznego pozwalają na pozbycie się zawartego w „surowym” produkcie tlenu, siarki, azotu i wodoru.
Istnieje kilka innych mniej znaczących sposobów uzyskiwania chromu metalicznego. Redukcja krzemotermiczna opiera się na reakcji:
2Cr2O3 + 3Si + 3CaO = 4Cr + 3CaSiO3 .
Redukcja krzemu, choć egzotermiczna, wymaga prowadzenia procesu w piecu łukowym. Dodatek wapna palonego umożliwia przekształcenie ogniotrwałego dwutlenku krzemu w niskotopliwy żużel krzemianowo-wapniowy.
Redukcja tlenku chromu(III) węglem służy do otrzymywania chromu wysokowęglowego, przeznaczonego do produkcji stopów specjalnych. Proces prowadzi się również w elektrycznym piecu łukowym.
Proces Van Arkel-Kuchman-De Boer wykorzystuje rozkład jodku chromu(III) na drucie nagrzanym do 1100°C z osadzeniem na nim czystego metalu.
Chrom można również otrzymać przez redukcję Cr 2 O 3 wodorem w temperaturze 1500°C, redukcję bezwodnego CrCl 3 wodorem, metalami alkalicznymi lub ziem alkalicznych, magnezem i cynkiem.
3. ZASTOSOWANIA CHROMU W PRZEMYŚLE
Przez wiele dziesięcioleci, od czasu odkrycia metalicznego chromu, tylko krokoit i niektóre jego inne związki były używane jako pigmenty do produkcji farb. W 1820 roku Cochlin zaproponował zastosowanie dichromianu potasu jako zaprawy do barwienia tekstyliów. W 1884 roku rozpoczęło się aktywne stosowanie rozpuszczalnych związków chromu jako garbników w przemyśle skórzanym. Chromit został po raz pierwszy użyty we Francji w 1879 roku jako substancja ogniotrwała, ale jego główne zastosowanie rozpoczęło się w latach osiemdziesiątych XIX wieku w Anglii i Szwecji, kiedy przemysłowe wytapianie żelazochromu zaczęło się rozwijać. W niewielkich ilościach żelazochrom można było otrzymać już na początku XIX wieku, dlatego Berthier już w 1821 roku zaproponował redukcję mieszaniny tlenków żelaza i chromu węglem drzewnym w tyglu. Pierwszy patent na wytwarzanie stali chromowej wydano w 1865 r. Przemysłową produkcję żelazochromu wysokowęglowego rozpoczęto przy użyciu wielkich pieców do redukcji chromitu koksem. Żelazochrom koniec XIX wieku była bardzo niskiej jakości, ponieważ zwykle zawierała 7-8% chromu i była znana jako „surówka tasmańska” ze względu na fakt, że oryginalna ruda żelazowo-chromowa była importowana z Tasmanii. Punkt zwrotny w produkcji żelazochromu nastąpił w 1893 roku, kiedy Henri Moissan po raz pierwszy wytopił żelazochrom wysokowęglowy zawierający 60% Cr. Głównym osiągnięciem w tej branży była wymiana wielkiego pieca na elektryczny piec łukowy firmy Moissan, co pozwoliło na podwyższenie temperatury procesu, zmniejszenie energochłonności oraz znaczną poprawę jakości wytopu żelazochromu, który zaczął zawierać 67 –71% Cr i 4–6% C. Metoda Moissana jest nadal porowata u podstaw nowoczesnej przemysłowej produkcji żelazochromu. Odzysk chromitu odbywa się zwykle w otwartych elektrycznych piecach łukowych, a wsad ładuje się od góry. Łuk powstaje między elektrodami zanurzonymi w mieszaninie.
Chrom występuje w przyrodzie głównie w postaci chromu, rudy żelaza Fe (CrO 2) 2 (chromitu żelaza). Żelazochrom otrzymuje się z niego poprzez redukcję w piecach elektrycznych koksem (węglem):
FeO Cr2O3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO
6) za pomocą elektrolizy chrom elektrolityczny otrzymuje się z wodnego roztworu bezwodnika chromowego zawierającego dodatek kwasu siarkowego. W tym samym czasie na katodach zachodzą 3 procesy:
– redukcja chromu sześciowartościowego do chromu trójwartościowego z jego przejściem do roztworu;
– wyładowania jonów wodorowych z wydzielaniem gazowego wodoru;
– wyładowanie jonów zawierających chrom sześciowartościowy z osadzeniem chromu metalicznego;
Cr 2 O 7 2− + 14Н + + 12е − = 2Сr + 7H 2 O
W swojej wolnej postaci jest to niebieskawo-biały metal z sześcienną siatką skupioną na ciele, a = 0,28845 nm. W temperaturze 39°C przechodzi ze stanu paramagnetycznego w antyferromagnetyczny (punkt Neela).
Odporny na działanie powietrza. W temperaturze 300 °C wypala się, tworząc zielony tlenek chromu (III) Cr 2 O 3, który ma właściwości amfoteryczne. Łącząc Cr 2 O 3 z alkaliami, otrzymuje się chromity
Pomimo ogromnego znaczenia żelazochromu wysokowęglowego do produkcji wielu gatunków stali nierdzewnych, nie nadaje się on do wytapiania niektórych stali wysokochromowych, gdyż obecność węgla (w postaci węglika Cr 23 C 6, który krystalizuje wzdłuż granic ziaren) powoduje, że stają się one kruche i łatwo korodują. Produkcja niskowęglowego żelazochromu zaczęła się rozwijać wraz z początkiem stosowania przemysłowej aluminotermicznej redukcji chromitów. Obecnie proces aluminotermiczny został wyparty przez proces krzemotermiczny (proces Perrina) oraz proces simpleks, który polega na mieszaniu żelazochromu wysokowęglowego z częściowo utlenionym proszkiem żelazochromu, a następnie brykietowaniu i podgrzaniu do 1360°C w próżni. Żelazochrom otrzymany w procesie simplex zwykle zawiera tylko 0,008% węgla, a brykiety z niego łatwo rozpuszczają się w roztopionej stali.
Rynek żelazochromu ma charakter cykliczny. Światowa produkcja żelazochromu w 2000 r. wyniosła 4,8 mln ton, aw 2001 r., ze względu na niski popyt, 3,4 mln ton. W 2002 r. popyt na żelazochrom ponownie się ożywił. Pierwsze miejsce na świecie w wytapianiu żelazochromu zajmuje południowoafrykańska „Wielka Dwójka” („Wielka Dwójka”) – firma Xstrata South Africa (Pty) Ltd. (spółka zależna Xstrata AG) i Samancor Chrome Division (spółka zależna Samancor Ltd.). Stanowią one do 40% światowego wytopu żelazochromu. W Republice Południowej Afryki i Finlandii produkowany jest głównie ładunek chromowy (z angielskiego ładunek - do ładowania węgla) zawierający 52-55% Cr, aw Chinach, Rosji, Zimbabwe, Kazachstanie żelazochrom zawierający ponad 60% Cr. Żelazochrom jest stosowany jako dodatek stopowy do stali niskostopowych. Dzięki zawartości chromu powyżej 12% stal prawie nie rdzewieje.
Odporność na korozję stopów żelaza można znacznie zwiększyć, nakładając na ich powierzchnię cienką warstwę chromu. Ta procedura nazywa się chromowaniem. Chromowane warstwy są odporne na działanie wilgotnej atmosfery, morskiego powietrza, wody wodociągowej, azotu i wielu kwasów organicznych. Wszystkie metody chromowania można podzielić na dwa rodzaje - dyfuzyjne i elektrolityczne. Metoda dyfuzyjna Beckera-Davisa-Steinberga polega na podgrzaniu chromowanego produktu do 1050–1100 ° C w atmosferze wodoru, pokrytego mieszaniną żelazochromu i materiału ogniotrwałego, wstępnie potraktowanego chlorowodorem w temperaturze 1050 ° C. CrCl 2 znajduje się w porach materiału ogniotrwałego ulatnia się i chromizuje produkt. W procesie chromowania elektrolitycznego metal osadza się na powierzchni przedmiotu obrabianego, który działa jak katoda. Elektrolitem jest często związek sześciowartościowego chromu (zwykle CrO3) rozpuszczony w wodnym roztworze H2SO4. Powłoki chromowe pełnią funkcję ochronną i dekoracyjną. Grubość powłok ochronnych sięga 0,1 mm, nakłada się je bezpośrednio na produkt i nadaje mu zwiększoną odporność na zużycie. Powłoki dekoracyjne mają walor estetyczny i nakłada się je na podkład z innego metalu (niklu lub miedzi), który pełni swoją funkcję ochronną. Grubość takiej powłoki wynosi zaledwie 0,0002–0,0005 mm.
4. BIOLOGICZNA ROLA CHROMU
Chrom jest mikroelementem niezbędnym do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmu człowieka. Ustalono, że tylko chrom trójwartościowy bierze udział w procesach biochemicznych. Jego najważniejszą rolą biologiczną jest regulacja metabolizmu węglowodanów i poziomu glukozy we krwi. Chrom jest integralną częścią niskocząsteczkowego kompleksu - czynnika tolerancji glukozy (GTF), który ułatwia interakcję receptorów komórkowych z insuliną, zmniejszając tym samym zapotrzebowanie organizmu na nią. Czynnik tolerancji nasila działanie insuliny we wszystkich procesach metabolicznych z jej udziałem. Ponadto chrom bierze udział w regulacji metabolizmu cholesterolu oraz jest aktywatorem niektórych enzymów.
Zawartość chromu w organizmie człowieka wynosi 6–12 mg. Nie ma dokładnych informacji na temat fizjologicznego zapotrzebowania człowieka na ten pierwiastek, dodatkowo jest ono silnie uzależnione od charakteru diety (np. znacznie wzrasta wraz z nadmiarem cukru w diecie). Według różnych szacunków dzienne spożycie chromu w organizmie wynosi 20-300 mcg. Wskaźnikiem dostępności chromu w organizmie jest jego zawartość we włosach (norma to 0,15–0,5 μg / g). W przeciwieństwie do wielu pierwiastków śladowych zawartość chromu w tkankach organizmu (z wyjątkiem płuc) wraz z wiekiem maleje.
Stężenie tego pierwiastka w pokarmach roślinnych jest o rząd wielkości niższe niż jego stężenie w tkankach ssaków. Szczególnie wysoka jest zawartość chromu w drożdżach piwnych, ponadto występuje on w znacznych ilościach w mięsie, wątrobie, roślinach strączkowych i pełnych ziarnach. Niedobór chromu w organizmie może powodować stan podobny do cukrzycy, przyczyniać się do rozwoju miażdżycy i zaburzeń wyższych czynności nerwowych.
Już w stosunkowo niskich stężeniach (ułamki miligrama na m 3 dla atmosfery) wszystkie związki chromu działają toksycznie na organizm. Szczególnie niebezpieczne pod tym względem są rozpuszczalne związki sześciowartościowego chromu, które wykazują działanie alergiczne, mutagenne i rakotwórcze.
Podczas ich produkcji dochodzi do zatrucia chromem i jego związkami; w inżynierii mechanicznej (powłoki galwaniczne); metalurgia (dodatki stopowe, stopy, materiały ogniotrwałe); w produkcji skór, farb itp. Toksyczność związków chromu zależy od ich budowy chemicznej: dichromiany są bardziej toksyczne niż chromiany, związki Cr(VI) są bardziej toksyczne niż związki Cr(II), Cr(III). Początkowe formy choroby objawiają się uczuciem suchości i bólu w nosie, bólem gardła, trudnościami w oddychaniu, kaszlem itp.; mogą zniknąć po przerwaniu kontaktu z Chrome. Przy długotrwałym kontakcie ze związkami chromu pojawiają się objawy przewlekłego zatrucia: ból głowy, osłabienie, niestrawność, utrata masy ciała i inne. Funkcje żołądka, wątroby i trzustki są zaburzone. Możliwe jest zapalenie oskrzeli, astma oskrzelowa, rozsiane zapalenie płuc. Po wystawieniu na działanie chromu na skórze może rozwinąć się zapalenie skóry i egzema. Według niektórych doniesień związki chromu, głównie Cr(III), mają działanie rakotwórcze.
chromowanie. Spadek zawartości chromu w żywności i krwi prowadzi do zmniejszenia tempa wzrostu, wzrostu
Ripan R., Chetyanu I. Chemia nieorganiczna, t.2. – M.: Mir, 1972.