Fyzikální vlastnosti Stříbrobílý kov Nejtvrdší kov Křehký, s hustotou 7,2 g/cm 3 Teplota tání C

Chemické vlastnosti chrom 1. Reaguje s nekovy (při zahřívání) A) 4Cr + 3O 2 = 2Cr 2 O 3 B) 2Cr + N 2 = 2CrN C) 2Cr + 3S = Cr 2 S 3 2. Reaguje s vodní párou (v a horký stav) 2Cr + 3H 2 O=Cr 2 O 3 + 3H 2 3. Reaguje s kyselinami Cr + H 2 SO 4 = CrSO 4 + H 2 4. Reaguje se solemi méně aktivních kovů Cr + CuSO 4 = CrSO 4 + Cu

Sloučeniny chrómu Sloučeniny chrómu (II) sloučeniny chrómu (III) sloučeniny Chrom (VI) sloučeniny CrO – zásaditý oxid Cr(OH) 2 - zásada CrO 3 - kysličník H 2 CrO 4 - chromová (H 2 Cr 2 O 7) - dichromová kyselina Cr 2 O 3 - amfoterní oxid Cr(OH) 3 - amfoterní sloučenina

Sloučeniny chrómu (III) Cr 2 O 3 – at normální podmínky nereaguje s roztoky kyselin a zásad. Cr 2 O 3 -reaguje pouze při fúzi Cr 2 O 3 +Ba(OH) 2 = Ba(CrO 2) 2 +H 2 O Reaguje s aktivnějšími kovy Cr 2 O 3 + 2Al= Al 2 O 3 + 2Cr 1 . Reaguje s kyselinami Cr(OH) 3 + 3HCL= =CrCL H 2 O 2. Reaguje s alkáliemi Cr(OH) 3 +3NaOH= =Na 3 (Cr(OH) 6) 3. Při zahřívání se 2Cr(OH) 3 rozkládá =Cr203 + 3H20

Článek je věnován prvku č. 24 periodické tabulky - chrómu, historii jeho objevu a rozšíření v přírodě, stavbě jeho atomu, chemickým vlastnostem a sloučeninám, jak se získává a proč jej potřebujeme. Průměrný obsah chromu v zemská kůra není skvělých 0,0083 %. Tento prvek je pravděpodobně charakteristický spíše pro zemský plášť.

Chrom tvoří masivní a rozšířené rudy v ultramafických horninách; Je s nimi spojen vznik největších ložisek chrómu. V bazických horninách obsah chrómu dosahuje pouze 2·10-2 %, v kyselých horninách - 2,5·10-3 %, v sedimentárních horninách (pískovcích) - 3,5·10-3 %, v jílových břidlicích - 9·10-3 %. Chrom je relativně slabý vodní migrant: obsah chromu v mořskou vodou 0,00005 mg/l, in povrchová voda-0,0015 mg/l.
Obecně platí, že chrom je kov v hlubokých zónách Země.

Celková spotřeba čistého chromu (minimálně 99 % Cr) je dnes asi 15 tisíc tun, z toho asi třetinu tvoří elektrolytický chrom. Světovým lídrem ve výrobě vysoce čistého chromu je anglická společnost Bell Metals. První místo z hlediska objemu spotřeby zaujímají Spojené státy americké (50 %), evropské země druhé (25 %) a třetí Japonsko. Trh s kovem chrómu je značně nestálý a ceny tohoto kovu značně kolísají.

1. CHROM JAKO CHEMICKÝ PRVEK

Chrom– (Chrom) Cr, chemický prvek 6(VIb) skupiny periodické tabulky. Atomové číslo 24, atomová hmotnost 51,996. Existuje 24 známých izotopů chrómu od 42 Cr do 66 Cr. Izotopy 52 Cr, 53 Cr, 54 Cr jsou stabilní. Izotopové složení přírodního chromu: 50 Cr (poločas 1,8 10 17 let) – 4,345 %, 52 Cr – 83,489 %, 53 Cr – 9,501 %, 54 Cr – 2,365 %. Hlavní oxidační stavy jsou +3 a +6.

V roce 1761 profesor chemie na Petrohradské univerzitě Johann Gottlob Lehmann na východním úpatí pohoří Ural v dole Berezovskij objevil nádherný červený minerál, který po rozdrcení na prášek získal jasně žlutou barvu. V roce 1766 Lehman přivezl vzorky minerálu do Petrohradu. Po ošetření krystalů kyselinou chlorovodíkovou získal bílou sraženinu, ve které objevil olovo. Lehmann nazval minerál sibiřské červené olovo (plomb rouge de Sibérie, dnes je známo, že to byl krokoit (z řeckého „krokos“ - šafrán) - přírodní chroman olovnatý PbCrO 4.

Německý cestovatel a přírodovědec Peter Simon Pallas (1741–1811) vedl výpravu petrohradské akademie věd do centrálních oblastí Ruska a v roce 1770 navštívil jižní a střední Ural včetně dolu Berezovskij a stal se stejně jako Lehmann zajímá se o krokoit. Pallas napsal: „Tento úžasný červený olověný minerál se nenachází v žádném jiném ložisku. Po rozemletí na prášek zežloutne a lze jej použít v uměleckých miniaturách.“ Navzdory vzácnosti a obtížnosti dodání krokoitu z dolu Berezovskij do Evropy (trvalo to téměř dva roky) bylo použití minerálu jako barviva oceněno. V Londýně a Paříži na konci 17. století. všichni šlechtici jezdili v kočárech natřených jemně mletým krokoitem, navíc nejlepší příklady sibiřského rudého olova doplňovaly sbírky mnoha mineralogických kabinetů v Evropě.

V roce 1796 přišel vzorek krokoitu profesorovi chemie na pařížské mineralogické škole Nicolas-Louis Vauquelinovi (1763–1829), který minerál analyzoval, ale nenašel v něm nic kromě oxidů olova, železa a hliníku. Vaukelin pokračoval ve výzkumu sibiřského červeného olova a povařil minerál s roztokem potaše a po oddělení bílé sraženiny uhličitanu olovnatého získal žlutý roztok neznámé soli. Při ošetření olovnatou solí se vytvořila žlutá sraženina, se rtuťnatou solí červená, a když se přidal chlorid cínatý, roztok zezelenal. Rozkladem krokoitu minerálními kyselinami získal roztok „červené olověné kyseliny“, jehož odpařením vznikly rubínově červené krystaly (dnes je jasné, že se jednalo o anhydrid chromitý). Po jejich kalcinaci uhlím v grafitovém kelímku jsem po reakci objevil mnoho tavených šedých jehličkovitých krystalů do té doby neznámého kovu. Vaukelin zaznamenal vysokou žáruvzdornost kovu a jeho odolnost vůči kyselinám.

Vaukelin pojmenoval nový prvek chrom (z řeckého  - barva, barva) kvůli mnoha vícebarevným sloučeninám, které tvoří. Vauquelin na základě svých výzkumů jako první uvedl, že smaragdová barva některých drahých kamenů se vysvětluje příměsí sloučenin chrómu v nich. Například přírodní smaragd je zbarven do hloubky zelená barva beryl, ve kterém je hliník částečně nahrazen chromem.

S největší pravděpodobností Vauquelin nezískal čistý kov, ale jeho karbidy, jak dokládá jehličkovitý tvar výsledných krystalů, ale pařížská akademie věd přesto zaregistrovala objev nového prvku a nyní je Vauquelin právem považován za objevitele prvek č. 24.

V roce 1798 Lowitz a Klaproth nezávisle na Vaukelinovi objevili chrom ve vzorku těžkého černého minerálu (byl to chromit FeCr 2 O 4), nalezeného na Uralu, ale hodně severně od ložiska Berezovskij. V roce 1799 objevil F. Tassaert nový prvek ve stejném minerálu nalezeném v jihovýchodní Francii. Předpokládá se, že to byl Tassert, komu se jako prvnímu podařilo získat relativně čistý kovový chrom.

2. CHROM V PŘÍRODĚ A JEHO PRŮMYSLOVÁ TĚŽBA

Chrom je na Zemi poměrně běžný prvek. Jeho clarke (průměrný obsah v zemské kůře) je 8,3·10–3 %. Chromium se nikdy nenachází ve volném stavu. V chromových rudách má praktický význam pouze chromit FeCr 2 O 4, který patří mezi spinely - izomorfní minerály kubické soustavy obecného vzorce MO·Me 2 O 3, kde M je iont dvojmocného kovu a Me je trojmocný. kovový iont. Spinely mohou mezi sebou tvořit pevné roztoky, proto v přírodě samostatně nebo jako nečistoty chromit, magnochromit (Mg,Fe)Cr 2 O 4, chromit hliníku Fe(Cr,Al) 2 O 4, chromopikot (Mg,Fe) nachází se také Cr,Al) 2 O 4 - všechny patří do třídy chromových spinelů. Kromě spinelů se chrom nachází v mnoha mnohem méně obvyklých minerálech, například melanochroit 3PbO 2Cr 2 O 3, vokelenit 2(Pb,Cu)CrO 4 (Pb,Cu) 3 (PO 4) 2, tarapakait K 2 CrO 4, ditzeite CaIO 3 ·CaCrO 4 a další.

Chromity jsou tmavé nebo téměř černé barvy, mají kovový lesk a obvykle se vyskytují ve formě souvislých hmot. Ložiska chromitu jsou vyvřelého původu. Jeho identifikované zdroje se odhadují ve 47 zemích a dosahují 15 miliard tun. První místo z hlediska zásob chromitu zaujímá JAR (76 % prokázaných světových zásob), kde nejvyšší hodnotu má skupinu ložisek Bushveld, obsah chromové rudy ve kterém je 1 miliarda tun. Kazachstán zaujímá druhé místo na světě, pokud jde o zásoby chromu (9 % světových zásob chromových rud tam má velmi vysokou kvalitu). Veškeré zdroje chromitu v Kazachstánu jsou soustředěny v oblasti Aktobe (masiv Kempirsay se zásobami 300 milionů tun); ložiska se vyvíjejí od konce 30. let 20. století. Zimbabwe je na třetím místě (6 % světových zásob). Kromě toho mají značné zásoby chromitu USA, Indie, Filipíny, Türkiye, Madagaskar a Brazílie. V Rusku se poměrně velká ložiska chromitu nacházejí na Urale (Saranovskoye, Verblyuzhyegorskoye, Alapaevskoye, Monetnaya Dacha, Khalilovskoye a další ložiska).

Na počátku 19. stol. Hlavním zdrojem chromitu byla uralská ložiska, ale v roce 1827 objevil Američan Isaac Tyson velké ložisko chromové rudy na pomezí Marylandu a Pensylvánie, čímž se stal na mnoho let monopolistou v těžbě. V roce 1848 byla v Turecku poblíž Bursy nalezena ložiska vysoce kvalitního chromitu. Po vyčerpání zásob v Marylandu bylo lídrem v těžbě chromitu Turecko, dokud štafetu v roce 1906 nepřebraly Indie a Jižní Afrika.

V současnosti se na světě ročně vytěží 11–14 milionů tun chromitu. Jihoafrická republika zaujímá přední místo v produkci chromové rudy (asi 6 milionů tun ročně), následovaná Kazachstánem, který zajišťuje 20 % světové potřeby. Vzhledem k velké hloubce chromové rudy se obvykle těží povrchovou těžbou (85 %), ale povrchová těžba se někdy provozuje také např. ve Finsku a na Madagaskaru. Typicky jsou vytěžené rudy poměrně vysoké kvality a vyžadují pouze mechanické třídění. Často je nepraktické obohacovat chromity, protože to může pouze zvýšit obsah Cr 2 O 3 a poměr Fe : Cr zůstává nezměněn. Cena chromitu se na světovém trhu pohybuje v rozmezí 40–120 USD za tunu.

Chrom je stříbřitý kov s hustotou 7200 kg/m3. Stanovení bodu tání čistého chrómu je extrémně obtížný úkol, protože nejmenší nečistoty kyslíku nebo dusíku významně ovlivňují hodnotu této teploty. Podle výsledků moderních měření se rovná 1907° C. Bod varu chrómu je 2671° C. Naprosto čistý (bez plynných nečistot a uhlíku) je chrom dosti viskózní, kujný a kujný. Při sebemenší kontaminaci uhlíkem, vodíkem, dusíkem atd. stává se křehkým, křehkým a tvrdým. Při běžných teplotách existuje ve formě a-modifikace a má kubickou mřížku centrovanou na tělo. Chemicky je chrom dosti inertní díky tvorbě silného tenkého oxidového filmu na jeho povrchu. Na vzduchu neoxiduje ani za přítomnosti vlhkosti a při zahřátí dochází k oxidaci pouze na povrchu. Chrom je pasivován zředěnou a koncentrovanou kyselinou dusičnou, aqua regia, a i když se kov s těmito činidly vaří, rozpouští se jen nepatrně. Chrom pasivovaný kyselinou dusičnou se na rozdíl od kovu bez ochranné vrstvy nerozpouští ve zředěné kyselině sírové a chlorovodíkové ani po delším varu v roztocích těchto kyselin, v určitém okamžiku však začíná rychlé rozpouštění doprovázené pěněním z uvolněného vodík - z pasivní formy se aktivuje chrom, který není chráněn oxidovým filmem:

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2

Pokud se během procesu rozpouštění přidá kyselina dusičná, reakce se okamžitě zastaví – chrom je opět pasivován.

Při zahřátí se kovový chrom spojuje s halogeny, sírou, křemíkem, borem, uhlíkem a některými dalšími prvky:

Cr + 2F 2 = CrF 4 (s příměsí CrF 5)

2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3

2Cr + 3S = Cr2S3

Cr + C = směs Cr23C6 + Cr7C3.

Když se chrom zahřeje s roztavenou sodou na vzduchu, dusičnany nebo chlorečnany alkalických kovů, získají se odpovídající chromany (VI):

2Cr + 2Na2C03 + 3O2 = 2Na2Cr04 + 2CO2.

V závislosti na požadovaném stupni čistoty kovu existuje několik průmyslových metod výroby chrómu.

Příležitost aluminotermické redukci oxidu chromitého prokázal Friedrich Wöhler v roce 1859; průmyslovém měřítku tato metoda se stala dostupnou, jakmile bylo možné získat levný hliník. Průmyslová aluminotermická výroba chromu začala prací Goldschmidta, který jako první vyvinul spolehlivým způsobem regulace vysoce exotermického (a tedy explozivního) redukčního procesu:

Cr203 + 2Al = 2Cr + 2Al203.

Předtím se směs rovnoměrně zahřeje na 500-600 °C. Redukce může být zahájena buď směsí peroxidu barnatého s hliníkovým práškem, nebo zapálením malé části směsi s následným přidáním zbytku směsi. Je důležité, aby teplo uvolněné během reakce bylo dostatečné k roztavení výsledného chrómu a jeho oddělení od strusky. Chrom vyrobený aluminotermickým procesem obsahuje obvykle 0,015–0,02 % C, 0,02 % S a 0,25–0,40 % Fe a hmotnostní zlomek hlavní látky v něm je 99,1–99,4 % Cr. Je velmi křehký a snadno rozemletý na prášek.

K získání vysoce čistého chromu se používají elektrolytické metody, možnost toho prokázal v roce 1854 Bunsen, který podrobil elektrolýze vodný roztok chloridu chromitého. Nyní se elektrolýza provádí za použití směsi chromanhydridu nebo chromamonného kamence se zředěnou kyselinou sírovou. Chrom uvolněný během elektrolýzy obsahuje rozpuštěné plyny jako nečistoty. Moderní technologie umožňují získat kov o čistotě 99,90–99,995 % v průmyslovém měřítku pomocí vysokoteplotního čištění v proudu vodíku a vakuového odplynění. Unikátní metody rafinace elektrolytického chrómu vám umožní zbavit se kyslíku, síry, dusíku a vodíku obsažených v „surovém“ produktu.

Existuje několik dalších méně významných způsobů, jak získat kovový chrom. Silikotermická redukce je založena na reakci:

2Cr203 + 3Si + 3CaO = 4Cr + 3CaSiO3.

Redukce křemíku, i když je exotermní povahy, vyžaduje, aby byl proces prováděn v obloukové peci. Přidání nehašeného vápna umožňuje přeměnit žáruvzdorný oxid křemičitý na strusku křemičitanu vápenatého s nízkou teplotou tání.

Redukcí oxidu chromitého uhlím se získá vysokouhlíkový chrom určený pro výrobu speciálních slitin. Proces se také provádí v elektrické obloukové peci.

Proces Van Arkel-Kuchman-De Boer využívá rozklad jodidu chromitého na drát zahřátý na 1100 °C s nanášením čistého kovu na něj.

Chrom lze také získat redukcí Cr 2 O 3 vodíkem při 1500 °C, redukcí bezvodého CrCl 3 vodíkem, alkalickými kovy nebo kovy alkalických zemin, hořčíkem a zinkem.

3. POUŽITÍ CHROMU V PRŮMYSLU

Po mnoho desetiletí od objevu kovového chromu se jako pigmenty při výrobě barev používal pouze krokoit a některé jeho další sloučeniny. V roce 1820 Cochlen navrhl použití dichromanu draselného jako mořidla pro barvení látek. V roce 1884 začalo aktivní používání rozpustných sloučenin chrómu jako tříslovin v kožedělném průmyslu. Chromit byl poprvé použit ve Francii v roce 1879 jako žáruvzdorná látka, ale jeho hlavní použití začalo v 80. letech 19. století v Anglii a Švédsku, kdy se průmyslové tavení ferochromu začalo zrychlovat. V malá množství Ferochrom uměli vyrábět již na počátku 19. století, a tak Berthier již v roce 1821 navrhl redukovat směs oxidů železa a chromu dřevěným uhlím v kelímku. První patent na výrobu chromové oceli byl vydán v roce 1865. Průmyslová výroba ferochromu s vysokým obsahem uhlíku začala pomocí vysokých pecí redukovat chromit koksem. Ferochrom koncem 19. století. byla velmi nízké kvality, protože obvykle obsahovala 7–8 % chrómu, a byla známá jako „tasmánské surové železo“ díky tomu, že původní železno-chromová ruda byla dovezena z Tasmánie. Zásadní moment Průlom ve výrobě ferochromu začal v roce 1893, kdy Henri Moissan poprvé tavil ferochrom s vysokým obsahem uhlíku obsahující 60 % Cr. Hlavním úspěchem v tomto odvětví byla výměna vysoké pece za elektrickou obloukovou, vytvořenou Moissanem, což umožnilo zvýšit teplotu procesu, snížit spotřebu energie a výrazně zlepšit kvalitu taveného ferochromu, který začal obsahovat 67–71 % Cr a 4–6 % C. Moissanova metoda je stále základem moderní průmyslová produkce ferochrom. Redukce chromitu se obvykle provádí v otevřených elektrických obloukových pecích a vsázka se nakládá shora. Mezi elektrodami ponořenými do náboje se vytvoří oblouk.

Chrom se v přírodě vyskytuje především ve formě chromové železné rudy Fe(CrO 2) 2 (chromit železitý). Ferochrom se z něj získává redukcí v elektrických pecích koksem (uhlíkem):

FeO Cr 2 O 3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO

6) pomocí elektrolýzy se elektrolytický chrom získá z roztoku anhydridu kyseliny chromové ve vodě s přídavkem kyseliny sírové. V tomto případě probíhají na katodách hlavně 3 procesy:

– redukce šestimocného chrómu na trojmocný s jeho přechodem do roztoku;

– vypouštění vodíkových iontů s uvolňováním plynného vodíku;

– výboj iontů obsahujících šestimocný chróm se srážením kovového chrómu;

Cr 2 O 7 2− + 14Н + + 12е − = 2Сr + 7H20

Ve volné formě je to modrobílý kov s kubickou mřížkou centrovanou na tělo, a = 0,28845 nm. Při teplotě 39 °C přechází z paramagnetického stavu do antiferomagnetického stavu (Néelův bod).

Stabilní na vzduchu. Při 300 °C hoří za vzniku zeleného oxidu chromitého Cr 2 O 3, který má amfoterní vlastnosti. Tažením Cr 2 O 3 s alkáliemi se získávají chromity

I přes velká důležitost vysokouhlíkový ferochrom pro výrobu mnoha druhů korozivzdorných ocelí, není vhodný pro tavení některých vysokochromových ocelí, protože přítomnost uhlíku (ve formě karbidu Cr 23 C 6, krystalizujícího podél hranic zrn) je činí křehké a snadno náchylné ke korozi. Výroba nízkouhlíkového ferochromu se začala rozvíjet se začátkem používání průmyslové aluminotermické redukce chromitu. V dnešní době byl aluminotermický proces nahrazen silikotermním procesem (Perrinův proces) a simplexním procesem, který spočívá ve smíchání vysokouhlíkového ferochromu s částečně oxidovaným ferochromovým práškem, následné briketování a zahřátí na 1360 °C ve vakuu. Ferochrom připravený simplexním procesem obvykle obsahuje pouze 0,008 % uhlíku a brikety z něj vyrobené se snadno rozpouštějí v roztavené oceli.

Trh s ferochromem je cyklický. Světová produkce ferochromu v roce 2000 byla 4,8 mil. tun a v roce 2001 kvůli nízké poptávce 3,4 mil. tun. V roce 2002 poptávka po ferochromu opět zesílila. První místo na světě v tavení ferochromu zaujímá jihoafrická „Big Two“ – Xstrata South Africa (Pty) Ltd. (dceřiná společnost Xstrata AG) a Samancor Chrome Division (dceřiná společnost Samancor Ltd.). Tvoří až 40 % světové tavby ferochromu. V JAR a Finsku se vyrábí především vsázkový chrom (z anglického charge - load coal), obsahující 52–55 % Cr a v Číně, Rusku, Zimbabwe, Kazachstánu ferochrom s obsahem více než 60 % Cr. Ferochrom se používá jako legovací přísada pro nízkolegované oceli. S obsahem chrómu vyšším než 12 % ocel téměř nerezaví.

Korozní odolnost slitin železa lze výrazně zvýšit nanesením tenké vrstvy chrómu na jejich povrch. Tento postup se nazývá chromování. Pochromované vrstvy odolávají působení vlhké atmosféry, mořského vzduchu, voda z vodovodu, dusičná a mnoho organických kyselin. Všechny způsoby chromování lze rozdělit na dva typy – difúzní a elektrolytické. Becker-Davies-Steinbergova difúzní metoda zahrnuje zahřátí pochromovaného produktu na 1050–1100 °C ve vodíkové atmosféře, naplněného směsí ferochromu a žáruvzdorného materiálu, předem upraveného chlorovodíkem při 1050 °C. Umístěný CrCl 2 v pórech žáruvzdorného materiálu se produkt odpařuje a chromuje. Během procesu elektrolytického chromování se na povrchu obrobku ukládá kov, který funguje jako katoda. Elektrolytem je často sloučenina šestimocného chrómu (obvykle CrO 3 ) rozpuštěná ve vodné H 2 SO 4 . Chromové povlaky jsou buď ochranné nebo dekorativní. Tloušťka ochranných povlaků dosahuje 0,1 mm, nanášejí se přímo na výrobek a dodávají mu zvýšenou odolnost proti opotřebení. Dekorativní nátěry mají estetickou hodnotu a nanášejí se na podvrstvu jiného kovu (nikl nebo měď), který plní vlastní ochrannou funkci. Tloušťka takového povlaku je pouze 0,0002–0,0005 mm.

4. BIOLOGICKÁ ROLE CHROMU

Chrom je stopový prvek nezbytný pro normální vývoj a fungování Lidské tělo. Bylo zjištěno, že pouze trojmocný chrom se účastní biochemických procesů. Jeho nejdůležitější biologická role spočívá v regulaci metabolismu sacharidů a hladin glukózy v krvi. Chrom je nedílnou součástí nízkomolekulárního komplexu – glukózového tolerančního faktoru (GTF), který usnadňuje interakci buněčných receptorů s inzulínem, a tím snižuje jeho potřebu organismu. Toleranční faktor zesiluje za své účasti působení inzulinu ve všech metabolických procesech. Kromě toho se chrom podílí na regulaci metabolismu cholesterolu a je aktivátorem některých enzymů.

Obsah chromu v lidském těle je 6–12 mg. Neexistují žádné přesné informace o fyziologické potřebě člověka pro tento prvek, navíc silně závisí na povaze stravy (například se výrazně zvyšuje s přebytkem cukru ve stravě). Podle různé odhady Denní příjem chrómu v těle je 20–300 mcg. Ukazatelem zásobení těla chrómem je jeho obsah ve vlasech (norma je 0,15–0,5 mcg/g). Na rozdíl od mnoha mikroelementů se obsah chrómu v tělesných tkáních (s výjimkou plic) s věkem snižuje.

Koncentrace prvku v rostlinné potravě je řádově nižší než jeho koncentrace v tkáních savců. Obzvláště vysoký je obsah chrómu v pivovarských kvasnicích, kromě toho se nachází ve značném množství v mase, játrech, luštěninách a celozrnných výrobcích. Nedostatek chrómu v těle může způsobit stav podobný cukrovce, přispět k rozvoji aterosklerózy a narušení vyšší nervové činnosti.

Již v relativně malých koncentracích (zlomky miligramu na m 3 pro atmosféru) působí všechny sloučeniny chrómu na organismus toxicky. Nebezpečné jsou v tomto ohledu zejména rozpustné sloučeniny šestimocného chrómu, které mají alergické, mutagenní a karcinogenní účinky.

Při jejich výrobě dochází k otravě chromem a jeho sloučeninami; ve strojírenství (galvanické povlaky); metalurgie (legovací přísady, slitiny, žáruvzdorné materiály); při výrobě kůže, barev atd. Toxicita sloučenin chrómu závisí na jejich chemické struktuře: dichromany jsou toxičtější než chromany, sloučeniny Cr (VI) jsou toxičtější než sloučeniny Cr (II), Cr (III). Počáteční formy onemocnění se projevují pocitem sucha a bolesti v nose, bolestí v krku, dýchacími obtížemi, kašlem apod.; mohou zmizet, když je kontakt s prohlížečem Chromium zastaven. Při dlouhodobém kontaktu se sloučeninami chrómu se rozvíjejí příznaky chronické otravy: bolest hlavy, slabost, dyspepsie, hubnutí a další. Funkce žaludku, jater a slinivky břišní jsou narušeny. Možná bronchitida, bronchiální astma, difuzní pneumoskleróza. Při vystavení chrómu na kůži se může vyvinout dermatitida a ekzém. Podle některých údajů mají sloučeniny chrómu, hlavně Cr(III), karcinogenní účinek.
chromování Snížení obsahu chrómu v potravinách a krvi vede ke snížení rychlosti růstu, zvýšení

Ripan R., Ceteanu I. Anorganická chemie, sv.2. – M.: Mir, 1972.

• Označení - Cr (Chromium);
• Období - IV;
• Skupina - 6 (VIb);
• Atomová hmotnost - 51,9961;
• Atomové číslo - 24;
• Atomový poloměr = 130 pm;
• Kovalentní poloměr = 118 pm;
• Distribuce elektronů - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 ;
• teplota tání = 1857 °C;
• bod varu = 2672 °C;
• Elektronegativita (podle Paulinga/podle Alpreda a Rochowa) = 1,66/1,56;
• Oxidační stav: +6, +3, +2, 0;
• Hustota (č.) = 7,19 g/cm3;
• Molární objem = 7,23 cm3/mol.

Chrom (barva, barva) byl poprvé nalezen na ložisku zlata Berezovsky (Střední Ural), první zmínky pocházejí z roku 1763 ve svém díle „První základy metalurgie“ M.V.

Rýže. Struktura atomu chrómu.

Elektronová konfigurace atomu chrómu je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 (viz Elektronová struktura atomů). Ve vzdělání chemické vazby s dalšími prvky se může účastnit 1 elektron umístěný na vnější 4s hladině + 5 elektronů 3d podúrovně (celkem 6 elektronů), takže ve sloučeninách může chrom nabývat oxidačních stavů od +6 do +1 (nejběžnější jsou +6, +3, +2). Chrom je chemicky málo reaktivní kov, s jednoduché látky reaguje pouze při vysokých teplotách.

Fyzikální vlastnosti chromu:

• modrobílý kov;
• velmi tvrdý kov (v přítomnosti nečistot);
• křehký, když n. y.;
• plast (v čisté formě).

Chemické vlastnosti chrómu

• při t=300°C reaguje s kyslíkem:
  4Cr + 302 = 2Cr203;
• při t>300 °C reaguje s halogeny za vzniku směsí halogenidů;
• při t>400 °C reaguje se sírou za vzniku sulfidů:
  Cr + S = CrS;
• při t=1000°C jemně mletý chrom reaguje s dusíkem za vzniku nitridu chromu (polovodič s vysokou chemickou stabilitou):
  2Cr + N2 = 2CrN;
• reaguje se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou a sírovou za uvolňování vodíku:
  Cr + 2HCl = CrCl2 + H2;
  Cr + H2S04 = CrS04 + H2;
• teplé koncentrované kyseliny dusičné a sírové rozpouštějí chrom.

S koncentrovanou kyselinou sírovou a dusičnou na č. chrom nereaguje a chrom se také nerozpouští v aqua regia, je pozoruhodné, že čistý chrom nereaguje ani se zředěnou kyselinou sírovou; Při dlouhodobém skladování v koncentrované kyselině dusičné se chrom pokryje velmi hustým oxidovým filmem (pasivuje) a přestane reagovat se zředěnými kyselinami.

Sloučeniny chrómu

Již bylo řečeno výše, že „oblíbené“ oxidační stavy chrómu jsou +2 (CrO, Cr(OH) 2), +3 (Cr 2 O 3, Cr(OH) 3), +6 (CrO 3, H 2 Cr04).

Chrome je chromofor, tedy prvek, který dává barvu látce, ve které je obsažen. Například v oxidačním stavu +3 dává chrom purpurově červenou nebo zelenou barvu (rubín, spinel, smaragd, granát); v oxidačním stupni +6 - žlutooranžová barva (krokoit).

Mezi chromofory patří kromě chrómu také železo, nikl, titan, vanad, mangan, kobalt, měď – to vše jsou d-prvky.

Barva běžných sloučenin, které obsahují chrom:

• chrom v oxidačním stavu +2:
  • oxid chromitý CrO - červený;
  • fluorid chromitý CrF 2 - modrozelený;
  • chlorid chromitý CrCl 2 - nemá barvu;
  • bromid chromitý CrBr 2 - nemá barvu;
  • Jodid chromitý CrI 2 - červenohnědý.
• chrom v oxidačním stavu +3:
  • Cr 2 O 3 - zelená;
  • CrF 3 - světle zelená;
  • CrCl3 - fialovočervená;
  • CrBr 3 - tmavě zelená;
  • CrI 3 - černá.
• chrom v oxidačním stavu +6:
  • CrO 3 - červená;
  • chroman draselný K 2 CrO 4 - citronově žlutá;
  • chroman amonný (NH 4) 2 CrO 4 - zlatožlutá;
  • chroman vápenatý CaCrO 4 - žlutá;
  • Chroman olovnatý PbCrO 4 - světle hnědožlutý.

Oxidy chromu:

• Cr +2 O - bazický oxid;
• Cr 2 + 3 O 3 - amfoterní oxid;
• Cr +6 O 3 - kyselý oxid.

Hydroxidy chromité:

• ".

  Aplikace chrómu

  • jako legovací přísada při tavení žáruvzdorných a korozivzdorných slitin;
  • pro chromování kovových výrobků s cílem poskytnout jim vysokou odolnost proti korozi, otěru a krásný vzhled;
  • slitiny chrom-30 a chrom-90 se používají v tryskách plazmových hořáků a v leteckém průmyslu.

Chrom(lat. Cromium), Cr, chemický prvek skupiny VI periodická tabulka Mendělejev, atomové číslo 24, atomová hmotnost 51,996; kov namodralé oceli.

Přírodní stabilní izotopy: 50 Cr (4,31 %), 52 Cr (87,76 %), 53 Cr (9,55 %) a 54 Cr (2,38 %). Z umělých radioaktivních izotopů je nejdůležitější 51Cr (poločas rozpadu T ½ = 27,8 dne), který se používá jako izotopový indikátor.

Historický odkaz. Chrom objevil v roce 1797 L. N. Vauquelin v minerálu krokoit - přírodní chroman olovnatý PbCrO 4 . Chrom dostal svůj název z řeckého slova chroma - barva, barva (kvůli rozmanitosti barev jeho sloučenin). Nezávisle na Vauquelinovi byl chrom objeven v krokoitu v roce 1798 německým vědcem M. G. Klaprothem.

Rozšíření chromu v přírodě. Průměrný obsah chrómu v zemské kůře (clarke) je 8,3·10 -3%. Tento prvek je pravděpodobně charakteristický pro zemský plášť, protože ultramafické horniny, o kterých se předpokládá, že jsou svým složením nejblíže zemskému plášti, jsou obohaceny chrómem (2·10 -4 %). Chrom tvoří masivní a rozšířené rudy v ultramafických horninách; Je s nimi spojen vznik největších ložisek chrómu. V bazických horninách dosahuje obsah chrómu pouze 2·10 -2 %, v kyselých horninách - 2,5·10 -3 %, v sedimentárních horninách (pískovcích) - 3,5·10 -3 %, v jílových břidlicích - 9·10 -3 %. Chrom je relativně slabý vodní migrant; Obsah chromu v mořské vodě je 0,00005 mg/l.

Chrom je obecně kov v hlubokých zónách Země; kamenné meteority (analogy pláště) jsou také obohaceny chrómem (2,7·10 -1 %). Je známo přes 20 chromových minerálů. Průmyslový význam mají pouze chromové spinely (do 54 % Cr); kromě toho je chrom obsažen v řadě dalších minerálů, které často doprovázejí chromové rudy, ale samy o sobě nemají praktickou hodnotu (uvarovit, volkonskoit, kemerit, fuchsit).

Fyzikální vlastnosti chromu. Chrom je tvrdý, těžký, žáruvzdorný kov. Čistý chrom je tažný. Krystalizuje v mřížce centrované na tělo, a = 2,885 Á (20 °C); při 1830 °C je možné transformovat na modifikaci s plošně centrovanou mřížkou, a = 3,69 Å.

Atomový poloměr 1,27 Á; iontové poloměry Cr 2+ 0,83 Å, Cr 3+ 0,64 Å, Cr 6+ 0,52 Å. Hustota 7,19 g/cm3; tpl 1890 °C; bod varu 2480 °C. Měrná tepelná kapacita 0,461 kJ/(kg K) (25°C); tepelný koeficient lineární roztažnosti 8,24·10 -6 (při 20 °C); součinitel tepelné vodivosti 67 W/(m K) (20 °C); elektrický odpor 0,414 μΩ m (20 °C); tepelný koeficient elektrického odporu v rozmezí 20-600 °C je 3,01·10 -3. Chrom je antiferomagnetický, specifická magnetická susceptibilita 3,6·10 -6. Brinellova tvrdost vysoce čistého chromu je 7-9 Mn/m2 (70-90 kgf/cm2).

Chemické vlastnosti chromu. Vnější elektronická konfigurace atomu chrómu je 3d 5 4s 1. Ve sloučeninách obvykle vykazuje oxidační stavy +2, +3, +6, z nichž nejstabilnější je Cr 3+; Jsou známy jednotlivé sloučeniny, ve kterých má chrom oxidační stavy +1, +4, +5. Chrom je chemicky neaktivní. Za normálních podmínek je odolný vůči kyslíku a vlhkosti, ale spojuje se s fluorem za vzniku CrF 3 . Nad 600 °C interaguje s vodní párou za vzniku Cr 2 O 3; dusík - Cr2N, CrN; uhlík - Cr 23 C 6, Cr 7 C 3, Cr 3 C 2; síra - Cr 2 S 3. Při fúzi s borem tvoří borid CrB a s křemíkem silicidy Cr 3 Si, Cr 2 Si 3, CrSi 2. Chrom tvoří slitiny s mnoha kovy. Interakce s kyslíkem je zpočátku poměrně aktivní, pak se prudce zpomaluje v důsledku tvorby oxidového filmu na povrchu kovu. Při 1200 °C je film zničen a oxidace opět rychle pokračuje. Chrom se zapálí v kyslíku při 2000 °C za vzniku tmavě zeleného oxidu chromitého (III) Cr 2 O 3. Kromě oxidu (III) jsou známy další sloučeniny s kyslíkem, například CrO, CrO3, získané nepřímo. Chrom snadno reaguje se zředěnými roztoky kyseliny chlorovodíkové a sírové za vzniku chloridu a síranu chromitého a uvolňuje vodík; Vodka Regia a kyselina dusičná pasivují chrom.

S rostoucím stupněm oxidace se zvyšují kyselé a oxidační vlastnosti chrómu. Deriváty Cr 2+ jsou velmi silná redukční činidla. Iont Cr 2+ vzniká v první fázi rozpouštění chrómu v kyselinách nebo při redukci Cr 3+ v kyselém roztoku se zinkem. Hydrát oxidu Cr(OH) 2 se po dehydrataci mění na Cr 2 O 3. Sloučeniny Cr 3+ jsou na vzduchu stabilní. Mohou to být jak redukční, tak oxidační činidla. Cr 3+ lze redukovat v kyselém roztoku zinkem na Cr 2+ nebo oxidovat na alkalický roztok na CrO 4 2- brom a další oxidační činidla. Hydroxid Cr(OH) 3 (nebo spíše Cr 2 O 3 nH 2 O) je amfoterní sloučenina, která tvoří soli s kationtem Cr 3+ nebo soli kyseliny chromité HC-O 2 - chromity (například KS-O 2, NaCrO2). Sloučeniny Cr 6+: anhydrid chromu CrO 3, kyseliny chromové a jejich soli, z nichž nejvýznamnější jsou chromany a dichromany - silná oxidační činidla. Formy chromu velké číslo soli s kyselinami obsahujícími kyslík. Známý komplexní sloučeniny Chroma; Zvláště četné jsou komplexní sloučeniny Cr 3+, ve kterých má chrom koordinační číslo 6. Významný je počet sloučenin peroxidu chromu

Získání Chrome. V závislosti na účelu použití se získá chrom různého stupně čistoty. Surovinou bývají chromové spinely, které se obohacují a následně taví potaší (nebo sodou) za přítomnosti vzdušného kyslíku. Ve vztahu k hlavní složce rud obsahujících Cr 3 + je reakce následující:

2FeCr 2O 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5 O 2 = 4K 2 CrO 4 + Fe 2 O 3 + 4CO 2.

Vzniklý chroman draselný K 2 CrO 4 se vyluhuje horká voda a působením H 2 SO 4 jej přeměňují na K 2 Cr 2 O 7 dichroman. Dále se působením koncentrovaného roztoku H 2 SO 4 na K 2 Cr 2 O 7 získá anhydrid chromu C 2 O 3 nebo zahříváním K 2 Cr 2 O 7 se sírou - oxid chromitý C 2 O 3.

Nejčistší chrom se v průmyslových podmínkách získává buď elektrolýzou koncentrovaných vodných roztoků CrO 3 nebo Cr 2 O 3 obsahujících H 2 SO 4, nebo elektrolýzou síranu chromitého Cr 2 (SO 4) 3. V tomto případě se chrom uvolňuje na katodě vyrobené z hliníku nebo nerezové oceli. Úplného čištění od nečistot je dosaženo úpravou chrómu zvláště čistým vodíkem při vysokých teplotách (1500-1700 °C).

Čistý chrom je také možné získat elektrolýzou tavenin CrF 3 nebo CrCl 3 ve směsi s fluoridy sodíku, draslíku, vápníku při teplotě asi 900 °C v argonové atmosféře.

Chrom se získává v malých množstvích redukcí Cr 2 O 3 hliníkem nebo křemíkem. Při aluminotermické metodě se předehřátá směs Cr 2 O 3 a Al prášku nebo hoblin s přísadami oxidačního činidla vloží do kelímku, kde se reakce excituje zapálením směsi Na 2 O 2 a Al, dokud se kelímek nenaplní Chrom a struska. Silikotermický chrom se taví v obloukových pecích. Čistota výsledného chromu je dána obsahem nečistot v Cr 2 O 3 a v Al nebo Si použitých k redukci.

Slitiny chrómu - ferochrom a křemík chrom - se ve velkém vyrábějí v průmyslu.

Aplikace Chromu. Použití chromu je založeno na jeho tepelné odolnosti, tvrdosti a odolnosti proti korozi. Chrom se používá především k tavení chromových ocelí. Hliník- a silikotermický chrom se používá pro tavení nichromu, nimonicu, jiných slitin niklu a stelitu.

Významné množství chrómu se používá pro dekorativní nátěry odolné proti korozi. Práškový chrom je široce používán při výrobě kovokeramických výrobků a materiálů pro svařovací elektrody. Chrom ve formě iontu Cr 3+ je nečistotou v rubínu, který se používá jako klenot a laserový materiál. Sloučeniny chrómu se používají k leptání látek při barvení. Některé soli chrómu se používají jako složka roztoků na opalování v kožedělném průmyslu; PbCrO 4 , ZnCrO 4 , SrCrO 4 - podobné umělecké barvy. Chrommagnezitové žáruvzdorné výrobky se vyrábějí ze směsi chromitu a magnezitu.

Sloučeniny chrómu (zejména deriváty Cr 6+) jsou toxické.

Chrom v těle. Chrom je jedním z biogenních prvků a je neustále obsažen v tkáních rostlin a živočichů. Průměrný obsah chrómu v rostlinách je 0,0005% (92-95% chrómu se hromadí v kořenech), u zvířat - od deseti tisícin do deseti milióntin procenta. U planktonních organismů je akumulační koeficient chrómu enormní - 10 000-26 000 Vyšší rostliny nesnášejí koncentrace chromu vyšší než 3-10 -4 mol/l. V listech je přítomen ve formě nízkomolekulárního komplexu, který není spojen se subcelulárními strukturami. U zvířat se chrom podílí na metabolismu lipidů, bílkovin (součást enzymu trypsin), sacharidů ( konstrukční součást glukózo-rezistentní faktor). Hlavním zdrojem chromu u zvířat a lidí je potrava. Snížení obsahu chrómu v potravinách a krvi vede ke snížení rychlosti růstu, zvýšení cholesterolu v krvi a snížení citlivosti periferních tkání na inzulín.

Při jejich výrobě dochází k otravě chrómem a jeho sloučeninami; ve strojírenství (galvanické povlaky); metalurgie (legovací přísady, slitiny, žáruvzdorné materiály); při výrobě kůže, barev atd. Toxicita sloučenin chrómu závisí na jejich chemické struktuře: dichromany jsou toxičtější než chromany, sloučeniny Cr (VI) jsou toxičtější než sloučeniny Cr (II), Cr (III). Počáteční formy onemocnění se projevují pocitem sucha a bolesti v nose, bolestí v krku, dýchacími obtížemi, kašlem apod.; mohou zmizet, když je kontakt s prohlížečem Chromium zastaven. Při dlouhodobém kontaktu se sloučeninami chrómu se rozvíjejí příznaky chronické otravy: bolest hlavy, slabost, dyspepsie, hubnutí a další. Funkce žaludku, jater a slinivky břišní jsou narušeny. Možná bronchitida, bronchiální astma, difuzní pneumoskleróza. Při vystavení chrómu na kůži se může vyvinout dermatitida a ekzém. Podle některých údajů mají sloučeniny chrómu, hlavně Cr(III), karcinogenní účinek.

DEFINICE

Chrom- dvacátý čtvrtý prvek periodické tabulky. Označení - Cr z latinského "chromium". Nachází se ve čtvrtém období, skupina VIB. Vztahuje se na kovy. Jaderná nálož je 24.

Chrom je obsažen v zemské kůře v množství 0,02 % (hmot.). V přírodě se vyskytuje především ve formě chromové železné rudy FeO×Cr 2 O 3.

Chrom je tvrdý, lesklý kov (obr. 1), tající při 1890 o C; jeho hustota je 7,19 g/cm3. Při pokojové teplotě je chrom odolný vůči vodě i vzduchu. Zředěné kyseliny sírové a chlorovodíkové rozpouštějí chrom a uvolňují vodík. Chróm je nerozpustný ve studené koncentrované kyselině dusičné a po ošetření se stává pasivní.

Rýže. 1. Chrome. Vzhled.

Atomová a molekulární hmotnost chrómu

DEFINICE

Relativní molekulová hmotnost látky(M r) je číslo ukazující, kolikrát je hmotnost dané molekuly větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku a relativní atomová hmotnost prvku(A r) - kolikrát je průměrná hmotnost atomů chemický prvek více než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku.

Protože chrom ve volném stavu existuje ve formě monoatomických molekul Cr, hodnoty jeho atomových a molekulárních hmotností se shodují. Jsou rovny 51,9962.

Izotopy chrómu

Je známo, že v přírodě se chrom nachází ve formě čtyř stabilních izotopů 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr a 54 Cr. Jejich hmotnostní čísla jsou 50, 52, 53 a 54. Jádro atomu izotopu chrómu 50 Cr obsahuje dvacet čtyři protonů a dvacet šest neutronů a zbývající izotopy se od něj liší pouze počtem neutronů.

Existují umělé izotopy chrómu s hmotnostními čísly od 42 do 67, mezi nimiž je nejstabilnější 59 Cr s poločasem rozpadu 42,3 minut, a také jeden jaderný izotop.

Ionty chrómu

Navenek energetickou hladinu Atom chrómu má šest elektronů, které jsou valenční:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 .

V důsledku chemické interakce se chrom vzdává svých valenčních elektronů, tzn. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý iont:

Cr 0 -2e → Cr 2+;

Cr 0 -3e → Cr 3+;

Cr 0 -6e → Cr 6+ .

Molekula a atom chrómu

Ve volném stavu existuje chrom ve formě monoatomárních molekul Cr. Zde jsou některé vlastnosti charakterizující atom a molekulu chrómu:

Slitiny chrómu

Kovový chrom se používá pro chromování a jako jedna z nejdůležitějších součástí legovaných ocelí. Zavedení chrómu do oceli zvyšuje její odolnost proti korozi jako v vodním prostředí za normálních teplot a v plynech za zvýšených teplot. Kromě toho mají chromové oceli zvýšenou tvrdost. Chrom je součástí nerezavějících kyselinovzdorných a žáruvzdorných ocelí.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

PŘÍKLAD 2

Cvičení	Oxid chromitý o hmotnosti 2 g byl rozpuštěn ve vodě o hmotnosti 500 g Vypočítejte hmotnostní zlomek kyseliny chromové H2CrO4 ve výsledném roztoku.
Řešení	Napišme reakční rovnici pro výrobu kyseliny chromové z oxidu chromitého (VI): Cr03 + H20 = H2Cr04. Pojďme najít hmotnost řešení: m roztok = m(Cr03) + m (H20) = 2 + 500 = 502 g. n (Cr03) = m (Cr03) / M (Cr03); n (Cr03) = 2/100 = 0,02 mol. Podle reakční rovnice n(CrO 3) : n(H 2 CrO 4) = 1:1, což znamená n(Cr03) = n(H2Cr04) = 0,02 mol. Potom bude hmotnost kyseliny chromové rovna ( molární hmotnost- 118 g/mol): m (H2Cr04) = n (H2Cr04) x M (H2Cr04); m (H2Cr04) = 0,02 x 118 = 2,36 g. Hmotnostní zlomek kyselina chromová v roztoku je: ω = m rozpuštěné látky / m roztoku × 100 %; ω (H2Cr04)=m rozpuštěné látky (H2Cr04)/m roztoku × 100 %; co (H2Cr04) = 2,36 / 502 x 100 % = 0,47 %.
Odpovědět	Hmotnostní zlomek kyseliny chromové je 0,47 %.