Proprietăți fizice Metal alb-argintiu Cel mai dur metal fragil, cu o densitate de 7,2 g/cm 3 Temperatura de topire C

Proprietăți chimice cromul 1. Reacționează cu nemetale (la încălzire) A) 4Cr + 3O 2 = 2Cr 2 O 3 B) 2Cr + N 2 = 2CrN C) 2Cr + 3S = Cr 2 S 3 2. Reacționează cu vaporii de apă (într-un stare fierbinte) 2Cr + 3H 2 O=Cr 2 O 3 + 3H 2 3. Reacționează cu acizii Cr + H 2 SO 4 = CrSO 4 + H 2 4. Reacționează cu sărurile metalelor mai puțin active Cr + CuSO 4 = CrSO 4 + Cu

Compuși cu crom Compuși cu crom(II) Compuși cu crom (III) Compuși cu crom (VI) CrO – oxid bazic Cr(OH) 2 - bază CrO 3 - oxid acid H 2 CrO 4 - cromic (H 2 Cr 2 O 7) - acid dicromic Cr 2 O 3 - oxid amfoter Cr(OH) 3 - compus amfoter

Compușii cromului(III) Cr 2 O 3 – at conditii normale nu reacționează cu soluțiile de acizi și alcaline. Cr2O3-reacționează numai la fuziune Cr2O3+Ba(OH)2 = Ba(CrO2)2+H2O Reacționează cu mai multe metale active Cr2O3+2Al= Al2O3+2Cr1. Reacționează cu acizii Cr(OH) 3 + 3HCL= =CrCL H 2 O 2. Reacționează cu alcalii Cr(OH) 3 +3NaOH= =Na 3 (Cr(OH) 6) 3. Când este încălzit, 2Cr(OH) 3 se descompune =Cr2O3 + 3H2O

Articolul este dedicat elementului nr. 24 al tabelului periodic - crom, istoriei descoperirii și distribuției sale în natură, structurii atomului său, proprietăților chimice și compușilor, cum este obținut și de ce avem nevoie de el. Conținutul mediu de crom în scoarta terestra nu grozav 0,0083%. Acest element este probabil mai caracteristic mantalei Pământului.

Cromul formează minereuri masive și diseminate în rocile ultramafice; Formarea celor mai mari depozite de crom este asociată cu acestea. În rocile de bază, conținutul de Crom ajunge la doar 2·10-2%, în rocile acide - 2,5·10-3%, în rocile sedimentare (gresii) - 3,5·10-3%, în șisturi argiloase - 9·10-3 %. Cromul este un migrator de apă relativ slab: conținutul de crom în apa de mare 0,00005 mg/l, in apa de suprafata-0,0015 mg/l.
În general, cromul este un metal în zonele adânci ale Pământului.

Astăzi, consumul total de crom pur (cel puțin 99% Cr) este de aproximativ 15 mii de tone, din care aproximativ o treime este crom electrolitic. Liderul mondial în producția de crom de înaltă puritate este compania engleză Bell Metals. Primul loc în ceea ce privește volumele de consum este ocupat de Statele Unite ale Americii (50%), pe al doilea rând țările europene (25%) și pe al treilea Japonia. Piața cromului metalic este destul de volatilă, iar prețurile metalului fluctuează foarte mult.

1. CROMUL CA ELEMENT CHIM

Crom– (Crom) Cr, element chimic 6(VIb) din grupa Tabelului periodic. Numărul atomic 24, masa atomică 51.996. Există 24 de izotopi cunoscuți ai cromului de la 42 Cr la 66 Cr. Izotopii 52 Cr, 53 Cr, 54 Cr sunt stabili. Compoziția izotopică a cromului natural: 50 Cr (timp de înjumătățire 1,8 10 17 ani) – 4,345%, 52 Cr – 83,489%, 53 Cr – 9,501%, 54 Cr – 2,365%. Principalele stări de oxidare sunt +3 și +6.

În 1761, Johann Gottlob Lehmann, profesor de chimie la Universitatea din Sankt Petersburg, a descoperit un mineral roșu remarcabil la mina Berezovsky de la poalele estice ale Munților Urali, care, zdrobit în pulbere, a dat o culoare galben strălucitor. În 1766, Lehman a adus mostre de mineral la Sankt Petersburg. După ce a tratat cristalele cu acid clorhidric, a obținut un precipitat alb, în ​​care a descoperit plumbul. Lehmann a numit plumbul roșu siberian (plomb rouge de Sibérie), acum se știe că era crocoit (din grecescul „krokos” - șofran) - un cromat de plumb natural PbCrO 4.

Călătorul și naturalistul german Peter Simon Pallas (1741–1811) a condus o expediție a Academiei de Științe din Sankt Petersburg în regiunile centrale ale Rusiei și în 1770 a vizitat Uralul de Sud și de Mijloc, inclusiv mina Berezovsky și, ca și Lehmann, a devenit interesat de crocoit. Pallas a scris: „Acest mineral uimitor de plumb roșu nu se găsește în niciun alt depozit. Când măcinat în pulbere, devine galben și poate fi folosit în miniaturi artistice.” În ciuda rarității și dificultății de a livra crocoit din mina Berezovsky în Europa (a durat aproape doi ani), a fost apreciată utilizarea mineralului ca agent de colorare. La Londra și Paris la sfârșitul secolului al XVII-lea. toți nobilii au călărit în trăsuri pictate cu crocoit fin măcinat în plus, cele mai bune exemple de plumb roșu siberian au completat colecțiile multor dulapuri mineralogice din Europa.

În 1796, un eșantion de crocoit i-a venit profesorului de chimie de la Școala Mineralogică din Paris, Nicolas-Louis Vauquelin (1763–1829), care a analizat mineralul, dar nu a găsit nimic în el, în afară de oxizi de plumb, fier și aluminiu. Continuând cercetările asupra plumbului roșu siberian, Vaukelin a fiert mineralul cu o soluție de potasiu și, după separarea precipitatului alb de carbonat de plumb, a obținut o soluție galbenă dintr-o sare necunoscută. La tratarea cu sare de plumb s-a format un precipitat galben, cu sare de mercur, unul roșu, iar când s-a adăugat clorură de staniu, soluția a devenit verde. Prin descompunerea crocoitului cu acizi minerali, a obținut o soluție de „acid roșu de plumb”, a cărei evaporare a dat cristale roșii rubin (acum este clar că era anhidridă cromică). După ce le-am calcinat cu cărbune într-un creuzet de grafit, după reacție am descoperit multe cristale topite, gri, în formă de ac, dintr-un metal necunoscut până atunci. Vaukelin a remarcat refractaritatea ridicată a metalului și rezistența acestuia la acizi.

Vaukelin a numit noul element crom (din grecescul  - culoare, culoare) datorită numeroșilor compuși multicolori pe care îi formează. Pe baza cercetărilor sale, Vauquelin a fost primul care a afirmat că culoarea smaraldului unor pietre prețioase se explică prin amestecul de compuși de crom în ele. De exemplu, smaraldul natural este colorat în adâncime verde beril, în care aluminiul este înlocuit parțial cu crom.

Cel mai probabil, Vauquelin a obținut nu metal pur, ci carburi ale acestuia, așa cum demonstrează forma în formă de ac a cristalelor rezultate, dar Academia de Științe din Paris a înregistrat totuși descoperirea unui nou element, iar acum Vauquelin este considerat pe bună dreptate descoperitorul elementul nr 24.

În 1798, Lowitz și Klaproth, independent de Vaukelin, au descoperit cromul într-o probă de mineral negru greu (era cromit FeCr 2 O 4), găsit în Urali, dar mult la nord de zăcământul Berezovsky. În 1799, F. Tassaert a descoperit un nou element în același mineral găsit în sud-estul Franței. Se crede că Tassert a fost cel care a reușit primul să obțină crom metalic relativ pur.

2. CROMUL ÎN NATURĂ ȘI EXTRACȚIA SA INDUSTRIALĂ

Cromul este un element destul de comun pe Pământ. Clarke (conținutul mediu în scoarța terestră) este de 8,3·10–3%. Cromul nu se găsește niciodată în stare liberă. În minereurile de crom, doar cromitul FeCr 2 O 4 are importanță practică, care aparține spinelilor - minerale izomorfe ale sistemului cubic cu formula generală MO·Me 2 O 3, unde M este un ion metalic divalent, iar Me este un trivalent. ion metalic. Spinelurile pot forma soluții solide între ele, prin urmare, în natură, separat sau ca impurități pentru cromit, magnocromit (Mg,Fe)Cr 2 O 4, cromit de aluminiu Fe(Cr,Al) 2 O 4, cromopicotit (Mg,Fe) se mai gasesc Cr,Al) 2 O 4 - toate apartin clasei spinelelor crom. În plus față de spinel, cromul se găsește în multe minerale mult mai puțin obișnuite, de exemplu, melanocroit 3PbO 2Cr 2 O 3, vokelenit 2(Pb,Cu)CrO 4 (Pb,Cu) 3 (PO 4) 2, tarapacait K 2 CrO 4, ditzeite CaIO 3 ·CaCrO 4 și altele.

Cromiții sunt de culoare închisă sau aproape neagră, au un luciu metalic și apar de obicei sub formă de mase continue. Depozitele de cromit sunt de origine magmatică. Resursele sale identificate sunt estimate în 47 de țări și se ridică la 15 miliarde de tone. Primul loc în ceea ce privește rezervele de cromit este ocupat de Africa de Sud (76% din rezervele mondiale dovedite), unde cea mai mare valoare are un grup de zăcăminte Bushveld, conținutul de minereu de crom în care este de 1 miliard de tone. Kazahstanul ocupă locul al doilea în lume în ceea ce privește resursele de cromit (9% din rezervele mondiale de crom sunt de foarte bună calitate); Toate resursele de cromit din Kazahstan sunt concentrate în regiunea Aktobe (masivul Kempirsay cu rezerve de 300 de milioane de tone); zăcămintele au fost dezvoltate încă de la sfârșitul anilor 1930. Zimbabwe ocupă locul trei (6% din rezervele mondiale). În plus, SUA, India, Filipine, Turcia, Madagascar și Brazilia au resurse semnificative de cromit. În Rusia, în Urali se găsesc depozite destul de mari de cromit (Saranovskoye, Verblyuzhyegorskoye, Alapaevskoye, Monetnaya Dacha, Khalilovskoye și alte depozite).

La începutul secolului al XIX-lea. Principala sursă de cromit au fost zăcămintele din Ural, dar în 1827 americanul Isaac Tyson a descoperit un mare zăcământ de minereu de crom la granița dintre Maryland și Pennsylvania, devenind un monopolist în minerit timp de mulți ani. În 1848, în Turcia, lângă Bursa, au fost găsite zăcăminte de cromit de înaltă calitate. După epuizarea rezervelor din Maryland, Türkiye a fost liderul în minerit de cromit, până când India și Africa de Sud au preluat ștafeta în 1906.

În prezent, 11-14 milioane de tone de cromit sunt extrase anual în lume. Africa de Sud ocupă primul loc în producția de minereu de crom (aproximativ 6 milioane de tone anual), urmată de Kazahstan, care asigură 20% din necesarul mondial. Datorită adâncimii mari a minereului de crom, acesta este de obicei exploatat prin exploatarea în cariera deschisă (85%), dar exploatarea în cariera deschisă este uneori practicată, de exemplu, în Finlanda și Madagascar. De obicei, minereurile extrase sunt de o calitate destul de înaltă și necesită doar sortare mecanică. Adesea nu este practic să se îmbogățească cromiți, deoarece acest lucru poate crește doar conținutul de Cr 2 O 3 și raportul Fe : Cr rămâne neschimbat. Prețul cromitului pe piața mondială variază între 40 și 120 de dolari SUA pe tonă.

Cromul este un metal argintiu cu o densitate de 7200 kg/m3. Determinarea punctului de topire al cromului pur este o sarcină extrem de dificilă, deoarece cele mai mici impurități de oxigen sau azot afectează semnificativ valoarea acestei temperaturi. Conform rezultatelor măsurătorilor moderne, este egal cu 1907° C. Punctul de fierbere al cromului este de 2671° C. Cromul absolut pur (fără impurități de gaz și carbon) este destul de vâscos, maleabil și maleabil. La cea mai mică contaminare cu carbon, hidrogen, azot etc. devine casant, fragil si dur. La temperaturi obișnuite, există sub forma unei modificări a și are o rețea cubică centrată pe corp. Din punct de vedere chimic, cromul este destul de inert datorită formării unei pelicule subțiri puternice de oxid pe suprafața sa. Nu se oxidează în aer chiar și în prezența umezelii, iar atunci când este încălzit, oxidarea are loc doar la suprafață. Cromul este pasivizat de acid azotic diluat și concentrat, aqua regia, și chiar și atunci când metalul este fiert cu acești reactivi, se dizolvă doar puțin. Cromul pasivizat cu acid azotic, spre deosebire de metalul fără strat protector, nu se dizolvă în acizi sulfuric și clorhidric diluați nici după fierbere prelungită în soluții ale acestor acizi, cu toate acestea, la un moment dat începe dizolvarea rapidă, însoțită de spumare din hidrogenul evoluat - din forma pasivă, cromul devine activat, neprotejat de o peliculă de oxid:

Cr + 2HCI = CrCI2 + H2

Dacă se adaugă acid azotic în timpul procesului de dizolvare, reacția se oprește imediat - cromul este din nou pasivizat.

Când este încălzit, cromul metalului se combină cu halogeni, sulf, siliciu, bor, carbon și alte câteva elemente:

Cr + 2F 2 = CrF 4 (cu un amestec de CrF 5)

2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3

2Cr + 3S = Cr 2 S 3

Cr + C = amestec de Cr 23 C 6 + Cr 7 C 3.

Când cromul este încălzit cu sodă topită în aer, nitrați sau clorați de metale alcaline, se obțin cromații corespunzători (VI):

2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2.

În funcție de gradul necesar de puritate a metalului, există mai multe metode industriale de producere a cromului.

Oportunitate aluminotermic reducerea oxidului de crom (III) a fost demonstrată de Friedrich Wöhler în 1859; scara industriala această metodă a devenit disponibilă imediat ce a devenit posibilă obținerea de aluminiu ieftin. Producția industrială aluminotermă a cromului a început cu munca lui Goldschmidt, care a fost primul care a dezvoltat mod de încredere reglarea procesului de reducere extrem de exotermic (și prin urmare exploziv):

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + 2Al2O3.

Anterior, amestecul este încălzit uniform la 500-600 ° C. Reducerea poate fi inițiată fie printr-un amestec de peroxid de bariu cu pulbere de aluminiu, fie prin aprinderea unei mici porțiuni din amestec, urmată de adăugarea restului de amestec. Este important ca căldura eliberată în timpul reacției să fie suficientă pentru a topi cromul rezultat și a-l separa de zgură. Cromul produs prin procesul aluminotermic conține de obicei 0,015–0,02% C, 0,02% S și 0,25–0,40% Fe, iar fracția de masă a substanței principale din el este de 99,1–99,4% Cr. Este foarte fragil și ușor măcinat în pulbere.

Pentru a obține crom de înaltă puritate, se folosesc metode electrolitice, posibilitatea acestui lucru a fost demonstrată în 1854 de Bunsen, care a supus la electroliză o soluție apoasă de clorură de crom. Acum electroliza se efectuează folosind un amestec de anhidridă cromică sau alaun de cromoamoniu cu acid sulfuric diluat. Cromul eliberat în timpul electrolizei conține gaze dizolvate ca impurități. Tehnologii moderne fac posibilă obținerea metalului cu o puritate de 99,90–99,995% la scară industrială folosind purificarea la temperatură înaltă în flux de hidrogen și degazarea în vid. Metodele unice de rafinare a cromului electrolitic vă permit să scăpați de oxigenul, sulful, azotul și hidrogenul conținute în produsul „brut”.

Există câteva alte moduri mai puțin semnificative de a obține crom metal. Reducerea silicotermă se bazează pe reacția:

2Cr 2 O 3 + 3Si + 3CaO = 4Cr + 3CaSiO 3.

Reducerea siliciului, deși de natură exotermă, necesită ca procesul să fie efectuat într-un cuptor cu arc. Adăugarea de var nestins vă permite să transformați dioxidul de siliciu refractar în zgură de silicat de calciu cu punct de topire scăzut.

Reducerea oxidului de crom(III) cu cărbune este utilizată pentru a obține crom cu conținut ridicat de carbon destinat producerii de aliaje speciale. Procesul se desfășoară și într-un cuptor cu arc electric.

Procesul Van Arkel-Kuchman-De Boer folosește descompunerea iodurii de crom (III) pe un fir încălzit la 1100 ° C cu depunerea de metal pur pe acesta.

Cromul poate fi obţinut şi prin reducerea Cr 2 O 3 cu hidrogen la 1500 ° C, reducerea CrCl 3 anhidru cu hidrogen, metale alcaline sau alcalino-pământoase, magneziu şi zinc.

3. APLICAREA CROMULUI ÎN INDUSTRIE

Timp de multe decenii de la descoperirea metalului crom, doar crocoitul și unii dintre ceilalți compuși ai săi au fost folosiți ca pigmenți la fabricarea vopselelor. În 1820, Kochlen a propus utilizarea dicromatului de potasiu ca mordant pentru vopsirea țesăturilor. În 1884, a început utilizarea activă a compușilor solubili de crom ca taninuri în industria pielii. Cromitul a fost folosit pentru prima dată în Franța în 1879 ca substanță refractară, dar utilizarea sa principală a început în anii 1880 în Anglia și Suedia, când topirea industrială a ferocromului a început să crească în viteză. ÎN cantitati mici Au fost capabili să producă ferocrom deja la începutul secolului al XIX-lea, așa că Berthier, în 1821, a propus reducerea unui amestec de oxizi de fier și crom cu cărbune într-un creuzet. Primul brevet pentru fabricarea oțelului cu crom a fost eliberat în 1865. Producția industrială de ferocrom cu conținut ridicat de carbon a început să utilizeze furnalele pentru a reduce cromitul cu cocs. Ferocrom la sfârșitul secolului al XIX-lea. era de o calitate foarte scăzută, deoarece conținea de obicei 7–8% crom și era cunoscut sub numele de „fontă de porc tasmanian” datorită faptului că minereul de fier-crom original a fost importat din Tasmania. Punctul de cotitură Revoluția în producția de ferocrom a început în 1893, când Henri Moissan a topit pentru prima dată ferocrom cu conținut ridicat de carbon care conține 60% Cr. Principala realizare în această industrie a fost înlocuirea furnalului cu unul cu arc electric, creat de Moissan, care a făcut posibilă creșterea temperaturii procesului, reducerea consumului de energie și îmbunătățirea semnificativă a calității ferocromului topit, care a început. să conțină 67–71% Cr și 4–6% C. Metoda lui Moissan este încă la baza modernului producție industrială ferocrom. Reducerea cromului se realizează de obicei în cuptoare cu arc electric deschis, iar sarcina este încărcată de sus. Se formează un arc între electrozii cufundați în sarcină.

Cromul se găsește în natură în principal sub formă de minereu de crom și fier Fe(CrO 2) 2 (cromit de fier). Ferocromul se obține din acesta prin reducerea în cuptoare electrice cu cocs (carbon):

FeO Cr 2 O 3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO

6) prin electroliză, cromul electrolitic se obține dintr-o soluție de anhidridă cromică în apă care conține adaos de acid sulfuric. În acest caz, la catozi au loc în principal 3 procese:

– reducerea cromului hexavalent la crom trivalent cu trecerea acestuia în soluție;

– descărcarea ionilor de hidrogen cu eliberarea de hidrogen gazos;

– descărcarea ionilor care conţin crom hexavalent cu precipitarea cromului metalic;

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

În forma sa liberă, este un metal alb-albăstrui cu o rețea cubică centrată pe corp, a = 0,28845 nm. La o temperatură de 39 °C se schimbă de la o stare paramagnetică la o stare antiferomagnetică (punctul Néel).

Stabil în aer. La 300 °C arde pentru a forma oxidul de crom(III) verde Cr 2 O 3, care are proprietăți amfotere. Prin fuzionarea Cr 2 O 3 cu alcalii se obțin cromiți

În ciuda mare valoare ferocrom cu conținut ridicat de carbon pentru producerea multor grade de oțel inoxidabil, nu este potrivit pentru topirea unor oțeluri cu conținut ridicat de crom, deoarece prezența carbonului (sub formă de carbură Cr 23 C 6, care cristalizează de-a lungul granițelor) le face fragil și ușor susceptibil la coroziune. Producția de ferocrom cu emisii scăzute de carbon a început să se dezvolte odată cu începerea utilizării reducerii industriale aluminotermice a cromitului. În prezent, procesul aluminotermic a fost înlocuit cu procesul silicotermic (procedeul Perrin) și procesul simplex, care constă în amestecarea ferocromului cu conținut ridicat de carbon cu pulbere de ferocrom parțial oxidat, brichetarea ulterioară și încălzirea la 1360 ° C în vid. Ferocromul preparat prin procedeul simplex conține de obicei doar 0,008% carbon, iar brichetele realizate din acesta se dizolvă ușor în oțel topit.

Piața ferocromului este ciclică. Producția mondială de ferocrom în 2000 a fost de 4,8 milioane de tone, iar în 2001, din cauza cererii scăzute, de 3,4 milioane de tone. În 2002, cererea de ferocrom sa intensificat din nou. Primul loc în lume în topirea ferocromului este ocupat de „Big Two” din Africa de Sud – Xstrata South Africa (Pty) Ltd. (o subsidiară a Xstrata AG) și Samancor Chrome Division (o subsidiară a Samancor Ltd.). Acestea reprezintă până la 40% din topirea ferocromului din lume. În Africa de Sud și Finlanda, se produce în principal crom de încărcare (din engleză charge - load coal), care conține 52–55% Cr, iar în China, Rusia, Zimbabwe, Kazahstan, ferocrom care conține mai mult de 60% Cr. Ferocromul este utilizat ca aditiv de aliere pentru oțelurile slab aliate. Cu un conținut de crom de peste 12%, oțelul aproape că nu ruginește.

Rezistența la coroziune a aliajelor de fier poate fi crescută semnificativ prin aplicarea unui strat subțire de crom pe suprafața acestora. Această procedură se numește cromare. Straturile cromate rezistă la efectele unei atmosfere umede, aerului marin, apa de la robinet, acizi nitric și mulți acizi organici. Toate metodele de cromare pot fi împărțite în două tipuri - difuzie și electrolitică. Metoda de difuzie Becker-Davies-Steinberg presupune încălzirea unui produs cromat la 1050–1100° C într-o atmosferă de hidrogen, umplut cu un amestec de ferocrom și refractar, pretratat cu acid clorhidric la 1050° C. CrCl 2 situat în porii refractarului se evaporă şi se cromează produsul. În timpul procesului de cromare electrolitică, metalul este depus pe suprafața piesei de prelucrat, care acționează ca un catod. Electrolitul este adesea un compus de crom hexavalent (de obicei CrO3) dizolvat în H2SO4 apos. Acoperirile cromate sunt fie protectoare, fie decorative. Grosimea straturilor de protecție ajunge la 0,1 mm acestea sunt aplicate direct pe produs și îi conferă rezistență sporită la uzură. Straturile decorative au valoare estetica si se aplica pe un substrat din alt metal (nichel sau cupru), care indeplineste functia de protectie propriu-zisa. Grosimea unei astfel de acoperiri este de numai 0,0002–0,0005 mm.

4. ROLUL BIOLOGIC AL CROMULUI

Cromul este un oligoelement necesar pentru dezvoltarea și funcționarea normală corpul uman. S-a stabilit că numai cromul trivalent participă la procesele biochimice. Cel mai important al lui rol biologic constă în reglarea metabolismului carbohidraților și a nivelului de glucoză din sânge. Cromul este o parte integrantă a unui complex cu un nivel molecular scăzut - factor de toleranță la glucoză (GTF), care facilitează interacțiunea receptorilor celulari cu insulina, reducând astfel nevoia organismului de aceasta. Factorul de toleranță îmbunătățește acțiunea insulinei în toate procesele metabolice cu participarea acesteia. În plus, cromul participă la reglarea metabolismului colesterolului și este un activator al anumitor enzime.

Conținutul de crom din corpul uman este de 6-12 mg. Nu există informații exacte despre nevoia fiziologică a unei persoane pentru acest element, în plus, depinde foarte mult de natura dietei (de exemplu, crește foarte mult cu un exces de zahăr în dietă); De estimări diferite Aportul zilnic de crom în organism este de 20-300 mcg. Un indicator al aportului de crom al organismului este conținutul acestuia în păr (norma este de 0,15–0,5 mcg/g). Spre deosebire de multe microelemente, conținutul de crom din țesuturile corpului (cu excepția plămânilor) scade pe măsură ce o persoană îmbătrânește.

Concentrația elementului în alimentele vegetale este cu un ordin de mărime mai mică decât concentrația sa în țesuturile mamiferelor. Conținutul de crom din drojdia de bere este deosebit de mare, în plus, se găsește în cantități vizibile în carne, ficat, leguminoase și cereale integrale. Deficiența de crom în organism poate provoca o afecțiune asemănătoare diabetului, poate contribui la dezvoltarea aterosclerozei și la întreruperea activității nervoase superioare.

Deja în concentrații relativ mici (fracții de miligram pe m 3 pentru atmosferă), toți compușii cromului au un efect toxic asupra organismului. Deosebit de periculoși în acest sens sunt compușii solubili ai cromului hexavalent, care au efecte alergice, mutagene și cancerigene.

Otrăvirea cu crom și compușii săi are loc în timpul producerii lor; în inginerie mecanică (acoperiri galvanice); metalurgie (aditivi de aliaje, aliaje, refractare); la fabricarea pieilor, vopselelor etc. Toxicitatea compuşilor cromului depinde de structura lor chimică: dicromaţii sunt mai toxici decât cromaţii, compuşii Cr (VI) sunt mai toxici decât compuşii Cr (II), Cr (III). Formele inițiale ale bolii se manifestă printr-o senzație de uscăciune și durere la nivelul nasului, durere în gât, dificultăți de respirație, tuse etc.; pot dispărea atunci când contactul cu Chromium este oprit. În cazul contactului prelungit cu compușii de crom, se dezvoltă semne de intoxicație cronică: dureri de cap, slăbiciune, dispepsie, scădere în greutate și altele. Funcțiile stomacului, ficatului și pancreasului sunt afectate. Posibilă bronșită, astmul bronșic, pneumoscleroză difuză. Când este expus la Crom pe piele, se pot dezvolta dermatită și eczeme. Conform unor date, compușii de crom, în principal Cr(III), au un efect cancerigen.
placare cu crom O scădere a conținutului de crom din alimente și sânge duce la o scădere a ratei de creștere, o creștere

Ripan R., Ceteanu I. Chimie anorganică, vol.2. – M.: Mir, 1972.

• Denumire - Cr (Crom);
• Perioada - IV;
• Grupa - 6 (VIb);
• Masa atomică - 51,9961;
• Număr atomic - 24;
• Raza atomică = 130 pm;
• Raza covalentă = 118 pm;
• Distribuția electronilor - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 ;
• temperatura de topire = 1857°C;
• punct de fierbere = 2672°C;
• Electronegativitatea (după Pauling/după Alpred și Rochow) = 1,66/1,56;
• Stare de oxidare: +6, +3, +2, 0;
• Densitatea (nr.) = 7,19 g/cm3;
• Volumul molar = 7,23 cm 3 /mol.

Cromul (culoare, vopsea) a fost găsit pentru prima dată la zăcământul de aur Berezovsky (Uralul de mijloc), primele mențiuni datează din 1763 în lucrarea sa „Primele fundații ale metalurgiei” M.V. îl numește „minereu de plumb roșu”.

Orez. Structura atomului de crom.

Configurația electronică a atomului de crom este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 (vezi Structura electronică a atomilor). În educație legături chimice cu alte elemente, poate participa 1 electron situat la nivelul exterior 4s + 5 electroni ai subnivelului 3d (6 electroni în total), astfel încât în ​​compuși cromul poate lua stări de oxidare de la +6 la +1 (cele mai frecvente sunt +6, +3, +2). Cromul este un metal slab reactiv din punct de vedere chimic, cu substanțe simple reacţionează numai la temperaturi ridicate.

Proprietățile fizice ale cromului:

• metal alb-albăstrui;
• metal foarte dur (în prezența impurităților);
• fragil când n. y.;
• plastic (în forma sa pură).

Proprietățile chimice ale cromului

• la t=300°C reacționează cu oxigenul:
  4Cr + 3O2 = 2Cr2O3;
• la t>300°C reacţionează cu halogenii, formând amestecuri de halogenuri;
• la t>400°C reacționează cu sulful formând sulfuri:
  Cr + S = CrS;
• la t=1000°C cromul măcinat fin reacționează cu azotul, formând nitrură de crom (un semiconductor cu stabilitate chimică ridicată):
  2Cr + N2 = 2CrN;
• reacționează cu acizii clorhidric și sulfuric diluați pentru a elibera hidrogen:
  Cr + 2HCI = CrCI2 + H2;
  Cr + H2S04 = CrS04 + H2;
• acizii azotic și sulfuric concentrați calde dizolvă cromul.

Cu acid sulfuric și azotic concentrat la nr. cromul nu reacționează, iar cromul nu se dizolvă în aqua regia, este de remarcat faptul că cromul pur nu reacționează nici măcar cu acid sulfuric diluat, motivul acestui fenomen nu a fost încă stabilit. În timpul depozitării pe termen lung în acid azotic concentrat, cromul devine acoperit cu o peliculă de oxid foarte densă (pasivează) și încetează să reacționeze cu acizii diluați.

Compuși ai cromului

S-a spus deja mai sus că stările de oxidare „favorite” ale cromului sunt +2 (CrO, Cr(OH) 2), +3 (Cr 2 O 3, Cr(OH) 3), +6 (CrO 3, H 2). CrO4).

Chrome este cromofor, adică un element care dă culoare substanței în care este conținut. De exemplu, în starea de oxidare +3, cromul dă o culoare violet-roșu sau verde (rubin, spinel, smarald, granat); în starea de oxidare +6 - culoare galben-portocalie (crocoit).

Pe lângă crom, cromoforii includ și fier, nichel, titan, vanadiu, mangan, cobalt, cupru - toate acestea sunt elemente d.

Culoarea compușilor obișnuiți care includ crom:

• crom în stare de oxidare +2:
  • oxid de crom CrO - roșu;
  • fluorură de crom CrF 2 - albastru-verde;
  • clorură de crom CrCl 2 - nu are culoare;
  • bromură de crom CrBr 2 - nu are culoare;
  • Iodură de crom CrI 2 - roșu-brun.
• crom în stare de oxidare +3:
  • Cr2O3 - verde;
  • CrF 3 - verde deschis;
  • CrCl 3 - violet-rosu;
  • CrBr 3 - verde închis;
  • CrI 3 - negru.
• crom în stare de oxidare +6:
  • CrO 3 - roșu;
  • cromat de potasiu K 2 CrO 4 - galben lămâie;
  • cromat de amoniu (NH 4 ) 2 CrO 4 - galben auriu;
  • cromat de calciu CaCrO 4 - galben;
  • Cromat de plumb PbCrO 4 - maro deschis-galben.

Oxizii de crom:

• Cr +2 O - oxid bazic;
• Cr2+3O3 - oxid amfoter;
• Cr +6 O 3 - oxid acid.

Hidroxizi de crom:

• ".

  Aplicarea cromului

  • ca aditiv de aliere în topirea aliajelor rezistente la căldură și la coroziune;
  • pentru cromarea produselor metalice pentru a le oferi rezistență ridicată la coroziune, rezistență la abraziune și un aspect frumos;
  • Aliajele de crom-30 și crom-90 sunt utilizate în duzele pistoletului cu plasmă și în industria aviației.

Crom(lat. Cromium), Cr, element chimic din grupa VI tabel periodic Mendeleev, număr atomic 24, masă atomică 51,996; metal de culoare albăstruie-oțel.

Izotopi naturali stabili: 50 Cr (4,31%), 52 Cr (87,76%), 53 Cr (9,55%) și 54 Cr (2,38%). Dintre izotopii radioactivi artificiali, cel mai important este 51 Cr (timp de înjumătățire T ½ = 27,8 zile), care este utilizat ca indicator izotop.

Informații istorice. Cromul a fost descoperit în 1797 de L. N. Vauquelin în mineralul crocoit - cromat natural de plumb PbCrO 4 . Chrome și-a primit numele de la cuvântul grecesc chroma - culoare, vopsea (datorită varietății de culori ale compușilor săi). Independent de Vauquelin, cromul a fost descoperit în crocoit în 1798 de către omul de știință german M. G. Klaproth.

Distribuția cromului în natură. Conținutul mediu de crom din scoarța terestră (clarke) este de 8,3·10 -3%. Acest element este probabil mai caracteristic mantalei Pământului, deoarece rocile ultramafice, despre care se crede că sunt cel mai apropiate ca compoziție de mantaua Pământului, sunt îmbogățite în Crom (2·10 -4%). Cromul formează minereuri masive și diseminate în rocile ultramafice; Formarea celor mai mari depozite de crom este asociată cu acestea. În rocile de bază, conținutul de Crom atinge doar 2·10 -2%, în rocile acide - 2,5·10 -3%, în rocile sedimentare (gresii) - 3,5·10 -3%, în șisturi argiloase - 9·10 -3 %. Cromul este un migrant acvatic relativ slab; Conținutul de crom în apa de mare este de 0,00005 mg/l.

În general, Cromul este un metal în zonele adânci ale Pământului; meteoriții pietroși (analogi ai mantalei) sunt și ei îmbogățiți în Crom (2,7·10 -1%). Sunt cunoscute peste 20 de minerale de crom. Doar spinelele cromate (până la 54% Cr) sunt de importanță industrială; în plus, cromul este conținut într-o serie de alte minerale, care însoțesc adesea minereurile de crom, dar nu au o valoare practică în sine (uvarovit, volkonskoit, kemerit, fuchsite).

Proprietățile fizice ale cromului. Cromul este un metal dur, greu, refractar. Pure Chrome este ductil. Cristalizează într-o rețea centrată pe corp, a = 2,885Å (20 °C); la 1830 °C este posibil să se transforme într-o modificare cu o rețea centrată pe fețe, a = 3,69 Å.

Raza atomică 1,27 Å; razele ionice ale Cr2+ 0,83 Å, Cr3+ 0,64 Å, Cr6+ 0,52 Å. Densitate 7,19 g/cm3; t pl 1890 °C; punctul de fierbere 2480 °C. Capacitate termică specifică 0,461 kJ/(kg K) (25°C); coeficientul termic de dilatare liniară 8,24·10 -6 (la 20 °C); coeficient de conductivitate termică 67 W/(m K) (20 °C); rezistivitate electrică 0,414 μΩ m (20 °C); coeficientul termic al rezistenței electrice în intervalul 20-600 °C este 3,01·10 -3. Cromul este antiferomagnetic, sensibilitate magnetică specifică 3,6·10 -6. Duritatea Brinell a cromului de înaltă puritate este de 7-9 Mn/m2 (70-90 kgf/cm2).

Proprietățile chimice ale cromului. Configurația electronică externă a atomului de crom este 3d 5 4s 1. În compuși prezintă de obicei stări de oxidare +2, +3, +6, dintre care Cr 3+ este cel mai stabil; Sunt cunoscuți compuși individuali în care Cromul are stări de oxidare +1, +4, +5. Cromul este inactiv din punct de vedere chimic. În condiții normale, este rezistent la oxigen și umiditate, dar se combină cu fluor pentru a forma CrF 3 . Peste 600 °C interacționează cu vaporii de apă, dând Cr 2 O 3; azot - Cr2N, CrN; carbon - Cr23C6, Cr7C3, Cr3C2; sulf - Cr2S3. Când este fuzionat cu bor, formează borură CrB, iar cu siliciu formează siliciuri Cr 3 Si, Cr 2 Si 3, CrSi 2. Cromul formează aliaje cu multe metale. Interacțiunea cu oxigenul este destul de activă la început, apoi încetinește brusc din cauza formării unei pelicule de oxid pe suprafața metalului. La 1200 °C filmul este distrus și oxidarea continuă rapid din nou. Cromul se aprinde în oxigen la 2000 °C pentru a forma oxidul verde închis al cromului (III) Cr 2 O 3. Pe lângă oxidul (III) sunt cunoscuți și alți compuși cu oxigen, de exemplu CrO, CrO 3, obținuți indirect. Cromul reacționează ușor cu soluțiile diluate de acizi clorhidric și sulfuric pentru a forma clorură și sulfat de crom și eliberează hidrogen; Vodcă Regia și acid azotic pasiv crom.

Pe măsură ce gradul de oxidare crește, proprietățile acide și oxidante ale Cromului cresc. Ionul Cr 2+ se formează în prima etapă a dizolvării Cromului în acizi sau în timpul reducerii Cr 3+ într-o soluție acidă cu zinc. Oxidul hidrat Cr(OH)2 la deshidratare se transformă în Cr2O3. Compușii Cr 3+ sunt stabili în aer. Pot fi atât agenți reducători, cât și oxidanți. Cr3+ poate fi redus într-o soluție acidă de zinc la Cr2+ sau oxidat la soluție alcalină la CrO 4 2- brom şi alţi agenţi oxidanţi. Hidroxidul Cr(OH) 3 (sau mai degrabă Cr 2 O 3 nH 2 O) este un compus amfoter care formează săruri cu cationul Cr 3+ sau săruri ale cromiților acidului cromos HC-O 2 (de exemplu, KS-O 2, NaCrO2). Compușii Cr 6+: anhidrida cromică CrO 3, acizii cromici și sărurile acestora, dintre care cei mai importanți sunt cromații și dicromații - agenți oxidanți puternici. Forme de crom număr mare săruri cu acizi care conţin oxigen. Cunoscut compuși complecși Croma; Compușii complecși Cr 3+, în care Cromul are un număr de coordonare de 6, sunt deosebit de numeroși. Există un număr semnificativ de compuși cu peroxid de crom

Obținerea Chrome.În funcție de scopul utilizării, se obține Crom de diferite grade de puritate. Materia primă este de obicei spinelele de crom, care sunt îmbogățite și apoi topite cu potasiu (sau sifon) în prezența oxigenului atmosferic. În raport cu componenta principală a minereurilor care conțin Cr 3 +, reacția este următoarea:

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

Cromatul de potasiu rezultat K2Cr04 este levigat apă fierbinte iar prin acţiunea H 2 SO 4 îl transformă în K 2 Cr 2 O 7 dicromat. In continuare, prin actiunea unei solutii concentrate de H 2 SO 4 asupra K 2 Cr 2 O 7 se obtine anhidrida cromica C 2 O 3 sau prin incalzirea K 2 Cr 2 O 7 cu sulf - Oxid de crom (III) C 2 O 3.

Cel mai pur Crom în condiții industriale se obține fie prin electroliza soluțiilor apoase concentrate de CrO 3 sau Cr 2 O 3 care conțin H 2 SO 4, fie prin electroliza sulfatului de crom Cr 2 (SO 4) 3. În acest caz, cromul este eliberat pe un catod din aluminiu sau oțel inoxidabil. Purificarea completă a impurităților se realizează prin tratarea cromului cu hidrogen deosebit de pur la temperatură ridicată (1500-1700 °C).

De asemenea, este posibil să se obțină crom pur prin electroliza topiturii de CrF 3 sau CrCl 3 într-un amestec cu fluoruri de sodiu, potasiu și calciu la o temperatură de aproximativ 900 ° C într-o atmosferă de argon.

Cromul se obţine în cantităţi mici prin reducerea Cr 2 O 3 cu aluminiu sau siliciu. În metoda aluminotermă, un amestec preîncălzit de Cr 2 O 3 și pulbere de Al sau așchii cu aditivi de agenți oxidanți este încărcat într-un creuzet, unde reacția este excitată prin aprinderea amestecului de Na 2 O 2 și Al până când creuzetul este umplut cu Crom și zgură. Cromul silicotermic este topit în cuptoarele cu arc. Puritatea cromului rezultat este determinată de conținutul de impurități în Cr2O3 și în Al sau Si utilizat pentru reducere.

Aliajele de crom - ferocrom și crom siliciu - sunt produse pe scară largă în industrie.

Aplicarea cromului. Utilizarea Chrome se bazează pe rezistența sa la căldură, duritate și rezistență la coroziune. Cel mai mult, cromul este folosit pentru topirea oțelurilor cu crom. Aluminiul și cromul silicotermic este utilizat pentru topirea nicromului, nimonicului, altor aliaje de nichel și a stellitului.

O cantitate semnificativă de crom este utilizată pentru acoperirile decorative rezistente la coroziune. Cromul pulbere este utilizat pe scară largă în producția de produse metalo-ceramice și materiale pentru electrozi de sudare. Cromul sub formă de ion Cr 3+ este o impuritate în rubin, care este folosit ca bijuterieși material laser. Compușii de crom sunt utilizați pentru a grava țesăturile în timpul vopsirii. Unele săruri de crom sunt folosite ca componentă a soluțiilor de tăbăcire în industria pielii; PbCrO 4 , ZnCrO 4 , SrCrO 4 - ca vopsele de artă. Produsele refractare crom-magnezit sunt fabricate dintr-un amestec de cromit și magnezit.

Compușii cromului (în special derivații Cr 6+) sunt toxici.

Crom în corp. Cromul este unul dintre elementele biogene și este inclus în mod constant în țesuturile plantelor și animalelor. Conținutul mediu de crom în plante este de 0,0005% (92-95% din crom se acumulează în rădăcini), la animale - de la zece miimi la zece milioane de procente. La organismele planctonice, coeficientul de acumulare al Cromului este enorm - 10.000-26.000 Plantele mai mari nu tolerează concentrații de Crom mai mari de 3-10 -4 mol/l. În frunze este prezent sub forma unui complex cu molecule scăzute, care nu este asociat cu structurile subcelulare. La animale, cromul este implicat în metabolismul lipidelor, proteinelor (parte a enzimei tripsina), carbohidraților ( componentă structurală factor rezistent la glucoză). Principala sursă de crom la animale și la oameni este hrana. O scădere a conținutului de crom din alimente și sânge duce la o scădere a ratei de creștere, o creștere a colesterolului din sânge și o scădere a sensibilității țesuturilor periferice la insulină.

Otrăvirea cu crom și compușii săi are loc în timpul producerii lor; în inginerie mecanică (acoperiri galvanice); metalurgie (aditivi de aliaje, aliaje, refractare); la fabricarea pieilor, vopselelor etc. Toxicitatea compuşilor cromului depinde de structura lor chimică: dicromaţii sunt mai toxici decât cromaţii, compuşii Cr (VI) sunt mai toxici decât compuşii Cr (II), Cr (III). Formele inițiale ale bolii se manifestă printr-o senzație de uscăciune și durere la nivelul nasului, durere în gât, dificultăți de respirație, tuse etc.; pot dispărea atunci când contactul cu Chromium este oprit. În cazul contactului prelungit cu compușii de crom, se dezvoltă semne de intoxicație cronică: dureri de cap, slăbiciune, dispepsie, scădere în greutate și altele. Funcțiile stomacului, ficatului și pancreasului sunt afectate. Posibilă bronșită, astm bronșic, pneumoscleroză difuză. Când este expus la Crom pe piele, se pot dezvolta dermatită și eczeme. Conform unor date, compușii de crom, în principal Cr(III), au un efect cancerigen.

DEFINIŢIE

Crom- al douăzeci și patrulea element al Tabelului Periodic. Denumirea - Cr din latinescul „crom”. Situat în a patra perioadă, grupul VIB. Se referă la metale. Sarcina nucleară este 24.

Cromul este conținut în scoarța terestră într-o cantitate de 0,02% (masă). În natură, se găsește în principal sub formă de minereu de crom și fier FeO×Cr 2 O 3.

Cromul este un metal dur, strălucitor (Fig. 1), care se topește la 1890 o C; densitatea sa este de 7,19 g/cm 3 . La temperatura camerei, cromul este rezistent atât la apă, cât și la aer. Acizii sulfuric și clorhidric diluați dizolvă cromul, eliberând hidrogen. Cromul este insolubil în acid azotic concentrat la rece și după tratamentul cu acesta devine pasiv.

Orez. 1. Chrome. Aspect.

Masa atomică și moleculară a cromului

DEFINIŢIE

Greutatea moleculară relativă a substanței(M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element(A r) - de câte ori masa medie a atomilor element chimic mai mult de 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă cromul există sub formă de molecule monoatomice de Cr, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 51,9962.

Izotopi ai cromului

Se știe că în natură cromul poate fi găsit sub formă de patru izotopi stabili 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr și 54 Cr. Numerele lor de masă sunt 50, 52, 53 și, respectiv, 54. Nucleul unui atom al izotopului de crom 50 Cr conține douăzeci și patru de protoni și douăzeci și șase de neutroni, iar izotopii rămași diferă de acesta doar prin numărul de neutroni.

Există izotopi artificiali ai cromului cu numere de masă de la 42 la 67, dintre care cel mai stabil este 59 Cr cu un timp de înjumătățire de 42,3 minute, precum și un izotop nuclear.

Ioni de crom

La exterior nivelul de energie Atomul de crom are șase electroni, care sunt de valență:

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

Ca urmare a interacțiunii chimice, cromul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Cr0-2e → Cr2+;

Cr0 -3e → Cr3+;

Cr 0 -6e → Cr 6+ .

Moleculă și atom de crom

În stare liberă, cromul există sub formă de molecule monoatomice de Cr. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de crom:

Aliaje de crom

Cromul metalului este folosit pentru cromare și ca unul dintre cele mai importante componente ale oțelurilor aliate. Introducerea cromului în oțel crește rezistența acestuia la coroziune ca în medii acvatice la temperaturi normale şi în gaze la temperaturi ridicate. În plus, oțelurile cromate au duritate crescută. Cromul face parte din oțelurile inoxidabile rezistente la acid și la căldură.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Exercita	Oxidul de crom (VI) cântărind 2 g a fost dizolvat în apă cu o greutate de 500 g. Calculați fracția de masă a acidului cromic H2CrO4 în soluția rezultată.
Soluţie	Să scriem ecuația reacției pentru producerea acidului cromic din oxidul de crom (VI): Cr03 + H20 = H2Cr04. Să găsim masa soluției: m soluție = m(CrO3) + m (H2O) = 2 + 500 = 502 g. n (Cr03) = m (Cr03) / M (Cr03); n (Cr03) = 2/100 = 0,02 mol. Conform ecuației reacției n(CrO 3) : n(H 2 CrO 4) = 1:1, ceea ce înseamnă n(Cr03) = n(H2Cr04) = 0,02 mol. Atunci masa acidului cromic va fi egală cu ( masa molara- 118 g/mol): m (H2Cr04) = n (H2Cr04) × M (H2Cr04); m (H2CrO4) = 0,02 × 118 = 2,36 g. Fracție de masă acidul cromic în soluție este: ω = m soluție / m soluție × 100%; ω (H2CrO4)=m soluție (H2CrO4)/ m soluție × 100%; ω (H2CrO4) = 2,36 / 502 × 100% = 0,47%.
Răspuns	Fracția de masă a acidului cromic este de 0,47%.