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

Відкриття та етимологія

Історія відкриття хімічного елемента хром така. У 1761 році Іоганн 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 те місце, де Леман знайшов червоний свинцевий мінерал, який мав дуже корисні властивості пігменту в фарбах. Використання сибірського червоного свинцю в якості фарби отримало 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 дорогоцінному камінні, таких як рубін і смарагд.

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

Вимова хімічного елемента хром відповідає грецькому &chi-&rho- &mu-&alpha-, що означає «колір», через безліч кольорових сполучень, які з нього можна отримати.

Видобуток і виробництво

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

Поклади самородного металевого хрому зустрічаються рідко, але вони є. Наприклад, його видобувають на шахті «Вдала» в Росії. Вона є кимберлитовой трубкою, багатій на алмази, і відновне середовище допомогла об`єднатися чистому 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 оксиду в присутності 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. У присутності кисню хром швидко утворює тонкий шар оксиду, який захищає метал від подальшої взаємодії з киснем.

Відео: Хімія 49. Елемент хром - Академія цікавих наук

Як перехідний елемент, він реагує з речовинами в 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 окремих випадках спостерігаються стану +1, +4 і +5. Сполуки хрому в ступені окислення +6 представляють собою сильні окислювачі.

Якого кольору хром? Хімічний елемент надає анодованого алюмінію рубіновий відтінок. сг₂O₃, використовуваний 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 мають атомним вагою від 43 до 67. Зазвичай даний 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 - 27,7 днів, 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 Метасостоянія.

Відео: Будова атома. Хімія 11 клас. Частина 1

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 ранню історію Сонячної системи. Зміни в співвідношеннях ⁵³Cr /⁵²Cr і Mn / Cr з різних метеоритів доводить те, що нових атомні ядра були створені безпосередньо перед формуванням Сонячної системи.

Хімічний елемент хром: властивості, формула з`єднань

Оксид хрому (III) Сг₂O₃, також відомий як полуторне окис, є одним з чотирьох окислів цього хімічного елемента. Його отримують з хроміту. З`єднання зеленого кольору зазвичай називають «хромової зеленню», коли використовують як пігмент 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 в концентрованої сірчаної кислоти. Іноді, однак, його замінюють біхроматом натрію, виходячи з більш високою розчинності останнього. Крім того, він може регулювати процес окислення органічних сполук, перетворюючи первинний спирт в альдегід, а потім в 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 в 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 пятивалентного зв`язок

Хром відрізняється своєю здатністю утворювати п`ятивалентні зв`язку. З`єднання створюється Cr (I) і вуглеводневим радикалом. Пятивалентного 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 приборів. 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 аудіозаписи), які володіють кращими характеристиками, ніж плівки з оксидом заліза.

Роль в біології

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

Запобіжні заходи

Металевий хром і з`єднання 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 з`єднання хрому (VI) можуть викликати пошкодження очей, якщо їх не лікувати належним чином. Крім того, це визнаний канцероген. Смертельна доза даного хімічного елемента - близько половини чайної ложки. Відповідно до рекомендацій Всесвітньої організації охорони здоров`я, гранично допустима концентрація Cr (VI) в питній воді становить 0,05 мг на літр.

Відео: Опис елемента за положенням в Періодичній системі

Так як з`єднання хрому використовуються в кристалах і для дублення шкіри, вони часто зустрічаються в грунті і грунтових водах занедбаних промислових об`єктів, що вимагають екологічного очищення та відновлення. Грунтовка, що містить Cr (VI), до цих пір широко застосовується в аерокосмічній промисловості і автомобілебудуванні.