Хром, хімічний елемент: опис, властивості, формули та характеристика

Хром – хімічний елемент з атомним номером 24. Це твердий, блискучий, сіро-сталевого кольору метал, який добре полірується і не тьмяніє. Використовується в сплавах, таких як нержавіюча сталь, і в якості покриття. Організму людини потрібні невеликі кількості тривалентного хрому для метаболізму цукру, але Cr (VI) дуже токсичний.

Різні з'єднання хрому, такі як окис хрому (III) і хромат свинцю, яскраво забарвлені і використовуються у фарбах і пігментах. Червоний колір рубіна обумовлений наявністю цього хімічного елемента. Деякі речовини, особливо біхромат калію і натрію, що є окислювачами, використовуваними для окислення органічних сполук (разом з сірчаною кислотою) для очищення лабораторного посуду. Крім того, окис хрому (VI) застосовується у виробництві магнітної стрічки.

Відкриття і етимологія

Історія відкриття хімічного елемента хром така. У 1761 році Йоганн Готлоб Леман знайшов в Уральських горах оранжево-червоний мінерал і назвав його «сибірським червоним свинцем». Хоча він помилково був ідентифікований як з'єднання свинцю з селеном і залізом, матеріал насправді був хроматом свинцю з хімічною формулою PbCrO₄. Сьогодні він відомий як мінерал кроконт.

У 1770 році Петро Симон Паллас відвідав місце, де Леман знайшов червоний свинцевий мінерал, який мав дуже корисні властивості пігменту у фарбах. Використання сибірського червоного свинцю в якості фарби отримала швидкий розвиток. Крім того, яскраво-жовтий колір з кроконта став модним.

У 1797 році Ніколя-Луї Воклен отримав зразки червоної свинцевої руди. Шляхом змішування кроконта з соляною кислотою він отримав оксид CrO₃. Хром як хімічний елемент був виділений в 1798 році. Воклен отримав його при нагріванні оксиду з деревним вугіллям. Він також зміг виявити сліди хрому в дорогоцінних каменях, таких як рубін і смарагд.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

В 1800-х роках Cr в основному застосовувався у складі фарб і шкіряних солей. Сьогодні 85% металу використовується в сплавах. Інша частина застосовується у хімічній промисловості, виробництві вогнетривких матеріалів і ливарної промисловості.

Вимову хімічного елемента хром відповідає грецькому χρῶμα, що означає «колір», з-за безлічі кольорових сполук, які з нього можна отримати.

Видобуток і виробництво

Елемент виробляють з хроміту (FeCr₂O₄). Приблизно половина цієї руди у світі видобувається в Південній Африці. Крім того, Казахстан, Індія і Туреччина є його великими виробниками. Розвіданих родовищ хроміту достатньо, але географічно вони сконцентровані в Казахстані та на півдні Африки.

Поклади самородного металевого хрому зустрічаються рідко, але вони є. Наприклад, його видобувають на шахті «Вдала» у Росії. Вона є кімберлітової трубкою, багатою алмазами, і відновна середовище допомогла утворитися чистого хрому і алмазів.

Для промислового виробництва металу хромітові руди обробляють розплавленої лугом (їдким натром, NaOH). При цьому утворюється хромат натрію (Na₂CrO₄), який відновлюється вуглецем до оксиду Сг₂O₃. Метал отримують при нагріванні в присутності оксиду алюмінію або кремнію.

У 2000 році було видобуто близько 15 млн т хромітової руди, яка була перероблена в 4 млн т ферохрому, на 70% складається зі сплаву хрому з залізом, приблизна ринкова вартість яких склала 2,5 млрд доларів США.

Основні характеристики

Характеристика хімічного елемента хрому обумовлена тим, що він є перехідним металом четвертого періоду таблиці Менделєєва і розташований між ванадієм і марганцем. Входить в VI групу. Плавиться при температурі 1907 °С. В присутності кисню хром швидко утворює тонкий шар оксиду, що захищає метал від подальшого взаємодії з киснем.

Як перехідний елемент, він реагує з речовинами у різних співвідношеннях. Таким чином він утворює сполуки, в яких має різні ступені окислення. Хром – хімічний елемент з основними станами +2, +3 і +6, з яких +3 є найбільш стійким. Крім того, в поодиноких випадках спостерігаються стани +1, +4 і +5. Сполуки хрому в ступені окислення +6 являють собою сильні окислювачі.

Якого кольору хром? Хімічний елемент надає анодованому алюмінію рубіновий відтінок. Сг₂O₃, який використовується для полірування металу, також застосовується в якості пігменту під назвою «хромова зелень». Його солі забарвлюють скло в смарагдово-зелений колір. Хром – хімічний елемент, присутність якого робить рубін червоним. Тому він використовується у виробництві синтетичних рубінів.

Ізотопи

Ізотопи хрому володіють атомною вагою від 43 до 67. Зазвичай цей хімічний елемент складається з трьох стабільних форм: ⁵²Cr, ⁵³Cr і ⁵⁴Cr. З них найбільш поширений ⁵²Cr (83,8% всього природного хрому). Крім того, описані 19 радіоізотопів, з яких найбільш стабільним є ⁵⁰Cr з періодом напіврозпаду, що перевищує 1,8x10¹⁷ років. У ⁵¹Cr період напіврозпаду – 27,7днів, а у всіх інших радіоактивних ізотопів він не перевищує 24 год, причому у більшості з них він триває менше однієї хвилини. Елемент також має два метасостояния.

Ізотопи хрому в земній корі, як правило, супроводжують ізотопів марганцю, що знаходить застосування в геології. ⁵³Cr утворюється при радіоактивному розпаді ⁵³Mn. Співвідношення ізотопів Mn/Cr підкріплює інші відомості про ранньої історії Сонячної системи. Зміни у співвідношеннях ⁵³Cr/⁵²Cr і Mn/Cr з різних метеоритів доводить те, що нові атомні ядра були створені безпосередньо перед формуванням Сонячної системи.

Хімічний елемент хром: властивості, формули з'єднань

Оксид хрому (III) Сг₂O₃, також відомий як полуторне окис, є одним з чотирьох оксидів цього хімічного елемента. Його отримують з хроміту. З'єднання зеленого кольору зазвичай називають «хромової зеленню», коли використовують як пігменту для живопису по емалі і склу. Оксид може розчинятися в кислотах, утворюючи солі, а в розплавленої лугу – хроміти.

Біхромат калію

K₂Cr₂O₇ є потужним окислювачем і йому віддається перевага в якості засобу для очищення лабораторного посуду від органіки. Для цього використовується його насичений розчин концентрованої сірчаної кислоти. Іноді, однак, його замінюють біхроматом натрію, виходячи з більш високої розчинності останнього. Крім того, він може регулювати процес окислення органічних сполук, перетворюючи первинний спирт в альдегід, а потім у вуглекислоту.

Біхромат калію здатний викликати хромовий дерматит. Хром, ймовірно, є причиною сенсибілізації, що веде до розвитку дерматиту, особливо рук і передпліч, який носить хронічний характер і важко виліковний. Як і інші сполуки Cr (VI), біхромат калію канцерогенний. З ним потрібно звертатися в рукавичках і відповідними засобами захисту.

Хромова кислота

З'єднання має гіпотетичної структурою H₂CrO₄. Ні хромова, ні дихромовая кислоти не зустрічаються в природі, але їх аніони знаходять в різних речовинах. «Хромова кислота», яку можна зустріти у продажу, насправді є її кислотним ангідридом – триоксидом CrO₃.

Хромат свинцю (II)

PbCrO₄ має яскраво-жовтим забарвленням і практично не розчинний у воді. З цієї причини він знайшов застосування в якості фарбувального пігменту під назвою «жовтий крон».

Cr і пятивалентная зв'язок

Хром відрізняється своєю здатністю утворювати пятивалентные зв'язку. З'єднання створюється Cr (I) і вуглеводневим радикалом. Пятивалентная зв'язок формується між двома атомами хрому. Його формула може бути записана як Ar–Cr–Cr–Ar, де Ar являє собою специфічну ароматичну групу.

Застосування

Хром – хімічний елемент, властивості якого забезпечили йому безліч різних варіантів застосування, деякі з яких наведено нижче.

Металам він надає стійкість до корозії і глянсову поверхню. Тому хром входить до складу таких сплавів, як нержавіюча сталь, використовуваних, наприклад, у столових приладах. Він також застосовується для нанесення хромованого покриття.

Хром є каталізатором різних реакцій. З нього роблять форми для випалу цегли. Його солями дублять шкіру. Біхромат калію застосовують для окислення органічних сполук, таких як спирти і альдегіди, а також для очищення лабораторного посуду. Він служить фіксуючим агентом для фарбування тканини, а також використовується в фотографії і фотодруку.

CrO₃ застосовується для виготовлення магнітних стрічок (наприклад, для аудіозапису), які володіють кращими характеристиками, чим плівки з оксидом заліза.

Роль у біології

Тривалентний хром – хімічний елемент, необхідний для метаболізму цукру в організмі людини. Навпаки, шестивалентний Cr дуже токсичний.

Заходи безпеки

Металевий хром і сполуки Cr (III), як правило, не вважаються небезпечними для здоров'я, але речовини, що містять Cr (VI), можуть бути токсичними, якщо їх приймати всередину або вдихати. Більшість таких речовин надають подразнюючу дію на очі, шкіру і слизові оболонки. При постійному впливі сполуки хрому (VI) можуть викликати пошкодження очей, якщо їх не лікувати належним чином. Крім того, це визнаний канцерогеном. Смертельна доза даного хімічного елемента – близько половини чайної ложки. Згідно з рекомендаціями Всесвітньої організації охорони здоров'я, гранично допустима концентрація Cr (VI) у питній воді становить 0,05 мг на літр.

Так як сполуки хрому використовуються в барвниках і для дублення шкіри, вони часто зустрічаються в грунті і грунтових водах покинутих промислових об'єктів, які потребують екологічного очищення і відновлення. Грунтовка, що містить Cr (VI), досі широко застосовується в аерокосмічній промисловості і автомобілебудуванні.

Властивості елемента

Основні фізичні властивості хрому наступні:

• Атомне число: 24.
• Атомний вага: 51,996.
• Температура плавлення: 1890 °C.
• Температура кипіння: 2482 °C.
• Ступінь окислення: +2, +3, +6.
• Конфігурація електронів: [Ar]3d⁵4s¹.