Хром та його сполуки коротко. Сульфат хрому (III): склад і молярна маса

Зміст статті

ХРОМ- (Chromium) Cr, хімічний елемент 6 (VIb) групи Періодичної системи. Атомний номер 24, атомна маса 51,996. Відомо 24 ізотопу хрому з 42 Cr по 66 Cr. Ізотопи 52 Cr, 53 Cr, 54 Cr є стабільними. Ізотопний склад природного хрому: 50 Cr (період напіврозпаду 1,8 × 10 17 років) - 4,345%, 52 Cr - 83,489%, 53 Cr - 9,501%, 54 Cr - 2,365%. Основні ступені окислення +3 і +6.

У 1761 професор хімії Петербурзького університету Йоганн Готтлоб Леман (Johann Gottlob Lehmann) біля східного підніжжя Уральських гір на Березівському руднику виявив чудовий червоний мінерал, який при подрібненні в порошок давав яскраву жовту забарвлення. У 1766 Леман привіз зразки мінералу в Петербург. Обробивши кристали соляною кислотою, він отримав білий осад, в якому виявив свинець. Леман назвав мінерал сибірським червоним свинцем (plomb rouge de Sibérie), тепер відомо, що це був крокоит (від грецького «krokos» - шафран) - природний хромат свинцю PbCrO 4.

Німецький мандрівник і натураліст Петер Симон Паллас (Peter Simon Pallas) (1741-1811) очолив експедицію Петербурзької Академії наук в центральні регіони Росії і в 1770 побував на Південному і Середньому Уралі, в тому числі на Березівському руднику і, подібно Леману, зацікавився Крокоитом. Паллас писав: «Цей дивовижний червоний свинцевий мінерал не зустрічається більше ні в одному родовищі. Якщо шкіра, в порошок стає жовтим, і може бути використаний у художній мініатюрі ». Незважаючи на рідкість і труднощі доставки Крокоитом з Березовського рудника в Європу (на це йшло майже два роки), використання мінералу в якості барвника була оцінена по достоїнству. У Лондоні і Парижі кінця 17 ст. всі знатні персони їздили на каретах, пофарбованих дрібно розтертим Крокоитом, крім того, кращі зразки сибірського червоного свинцю поповнювали колекції багатьох мінералогічних кабінетів Європи.

У 1796 зразок Крокоитом потрапив до професора хімії Паризької мінералогічної школи Нікола Луї Вокелену (Nicolas-Louis Vauquelin) (1763-1829), який проаналізував мінерал, але не знайшов в ньому нічого крім оксидів свинцю, заліза та алюмінію. Продовжуючи дослідження сибірського червоного свинцю, Вокелен прокип'ятив мінерал з розчином поташу і після відділення білого осаду карбонату свинцю отримав жовтий розчин невідомої солі. При обробці його сіллю свинцю утворювався жовтий осад, сіллю ртуті - червоний, а при додаванні хлориду олова розчин ставав зеленим. Розкладаючи крокоит мінеральними кислотами, він отримав розчин «кислоти червоного свинцю», упаривание якої давало рубіново-червоні кристали (зараз зрозуміло, що це був хромовий ангідрид). Прокалив їх з вугіллям в графітовому тиглі, виявив після реакції безліч зрощених сірих голчастих кристалів невідомого до того часу металу. Вокелен констатував високу тугоплавкость металу і його стійкість по відношенню до кислот.

Вокелен назвав новий елемент хромом (від грецького crwma - колір, забарвлення) через велику кількість утворюваних нею різнокольорових з'єднань. На підставі своїх досліджень Вокелен вперше констатував, що смарагдова забарвлення деяких дорогоцінних каменів пояснюється домішкою в них сполук хрому. Наприклад, природний смарагд є забарвлений в глибокий зелений колір берил, в якому алюміній частково заміщений хромом.

Швидше за все, Вокеленом був отриманий не чистий метал, а його карбіди, про що свідчить игольчатая форма отриманих кристалів, але Паризька Академія наук проте зареєструвала відкриття нового елемента, і зараз Вокелен справедливо вважається першовідкривачем елемента № 24.

Юрій Крутяк

ВИЗНАЧЕННЯ

хром - двадцять четвертий елемент Періодичної таблиці. Позначення - Cr від латинського «chromium». Розташований в четвертому періоді, VIB групі. Відноситься до металів. Заряд ядра дорівнює 24.

Хром міститься в земній корі в кількості 0,02% (мас.). У природі він зустрічається головним чином у вигляді хромистоїзалізняку FeO × Cr 2 O 3.

Хром є твердий блискучий метал (рис. 1), плавиться при 1 890 o С; щільність його 7,19 г / см 3. При кімнатній температурі хром стійок і до води, і до повітря. Розбавлені сірчана і соляна кислоти розчиняють хром з виділенням водню. У холодній концентрованої азотної кислоти хром розчиняється і після обробки нею стає пасивним.

Мал. 1. Хром. Зовнішній вигляд.

Атомна і молекулярна маса хрому

ВИЗНАЧЕННЯ

Відносної молекулярна маса речовини (M r) - це число, яке показує, у скільки разів маса даної молекули більше 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (A r) - у скільки разів середня маса атомів хімічного елемента більше 1/12 маси атома вуглецю.

Оскільки у вільному стані хром існує у вигляді одноатомних молекул Cr, значення його атомної і молекулярної мас збігаються. Вони рівні 51,9962.

ізотопи хрому

Відомо, що в природі хром може знаходитися у вигляді чотирьох стабільних ізотопів 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr і 54 Cr. Їх масові числа рівні 50, 52, 53 і 54 відповідно. Ядро атома ізотопу хрому 50 Cr містить двадцять чотири протона і двадцять шість нейтронів, а решта ізотопи відрізняються від нього лише числом нейтронів.

Існують штучні ізотопи хрому з масовими числами від 42-х до 67-ми, серед яких найбільш стабільним є 59 Cr з періодом напіврозпаду рівним 42,3 хвилини, а також один ядерний ізотоп.

Іони хрому

На зовнішньому енергетичному рівні атома хрому є шість електронів, які є валентними:

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

В результаті хімічної взаємодії хром віддає свої валентні електрони, тобто є їх донором, і перетворюється в позитивно заряджений іон:

Cr 0 -2e → Cr 2+;

Cr 0 -3e → Cr 3+;

Cr 0 -6e → Cr 6 +.

Молекула і атом хрому

У вільному стані хром існує у вигляді одноатомних молекул Cr. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом і молекулу хрому:

сплави хрому

Металевий хром використовується для хромування, а також в якості одного з найважливіших компонентів легованих сталей. Введення хрому в сталь підвищує її стійкість проти корозії як у водних середовищах при звичайних температурах, так і в газах при підвищених температурах. Крім того, хромисті стали володіють підвищеною твердістю. Хром входить до складу нержавіючих кислототривких, жароміцних сталей.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Хром (Cr), хімічний елемент VI групи періодичної системи Менделєєва. Відноситься до перехідним металом з атомним номером 24 і атомною масою 51,996. У перекладі з грецької, назва металу означає «колір». Такому назвою метал зобов'язаний різноманітній кольоровій гамі, яка властива його різним з'єднанням.

Фізичні характеристики хрому

Метал має достатню твердість і крихкістю одночасно. За шкалою Мооса твердість хрому оцінюється в 5,5. Цей показник означає, що хром має максимальну твердість з усіх відомих на сьогодні металів, після урану, іридію, вольфраму і берилію. Для простого речовини хрому характерний блакитно-біле забарвлення.

Метал не потрапило до рідкісних елементів. Його концентрація в земній корі досягає 0,02% мас. часткою. У чистому вигляді хром не зустрічається ніколи. Він міститься в мінералах і рудах, які є головним джерелом видобутку металу. Хроміт (хромовий залізняк, FeO * Cr 2 O 3) вважається основним з'єднанням хрому. Ще одним досить поширеним, однак менш важливим мінералом, є крокоит PbCrO 4.

Метал легко піддається плавці при температурі 1907 0 С (2180 0 До або 3465 0 F). При температурі в 2672 0 С - закипає. Атомна маса металу становить 51,996 г / моль.

Хром є унікальним металом завдяки своїм магнітними властивостями. В умовах кімнатної температури йому притаманне антиферомагнітне впорядкування, в той час, як інші метали мають їм в умовах виключно знижених температур. Однак, якщо хром нагріти вище 37 0 С, фізичні властивості хрому змінюються. Так, істотно змінюється Електроопір і коефіцієнт лінійного розширення, модуль пружності досягає мінімального значення, а внутрішнє тертя значно збільшується. Таке явище пов'язане з проходженням точки Нееля, при якій антиферомагнітні властивості матеріалу здатні змінюватися на парамагнітні. Це означає, що перший рівень пройдений, і речовина різко збільшилася в обсязі.

Будова хрому є об'ємно-центровану грати, завдяки якій метал характеризується температурою крихко-в'язкого періоду. Однак, у випадку з даними металом, величезне значення має ступінь чистоти, тому, величина знаходиться в межах -50 0 С - +350 0 С. Як показує практика, раскрісталлізірованний метал не має ніякої пластичності, але м'який отжиг і формування роблять його ковким.

Хімічні властивості хрому

Атом має наступну зовнішню конфігурацію: 3d 5 4s 1. Як правило, в з'єднаннях хром має наступні ступені окислення: +2, +3, +6, серед яких найбільшу стійкість проявляє Сr 3+ .Крім цього існують і інші сполуки, в яких хром проявляє зовсім іншу ступінь окислення, а саме: +1 , +4, +5.

Метал не відрізняється особливою хімічною активністю. Під час перебування хрому в звичайних умовах, метал проявляє стійкість до вологи і кисню. Однак, дана характеристика не відноситься до з'єднання хрому і фтору - CrF 3, яке при впливі температур, що перевищують 600 0 С, взаємодіє з парами води, утворюючи в результаті реакції Сr 2 О 3, а також азотом, вуглецем і сіркою.

Під час нагрівання металевого хрому, він взаємодіє з галогенами, сіркою, кремнієм, бором, вуглецем, а також деякими іншими елементами, в результаті чого виходять такі хімічні реакції хрому:

Cr + 2F 2 \u003d CrF 4 (з домішкою CrF 5)

2Cr + 3Cl 2 \u003d 2CrCl 3

2Cr + 3S \u003d Cr 2 S 3

Хромати можна отримати, якщо нагріти хром з розплавленої содою на повітрі, нітратами або Хлорат лужних металів:

2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2.

Хром не володіє токсичністю, чого не можна сказати про деяких його з'єднаннях. Як відомо, пил даного металу, при попаданні в організм, може дратувати легені, через шкіру вона не засвоюється. Але, оскільки в чистому вигляді він не зустрічається, то його потрапляння в людський організм є неможливим.

Тривалентний хром потрапляє в навколишнє середовище під час видобутку і переробки хромової руди. В людський організм потрапляння хрому ймовірно у вигляді харчової добавки, використовуваної в програмах по схудненню. Хром з валентністю, що дорівнює +3, є активним учасником синтезу глюкози. Вчені встановили, що зайве вживання хрому особливої \u200b\u200bшкоди людському організму не завдає, оскільки не відбувається його всмоктування, проте, він здатний накопичуватися в організмі.

З'єднання, в якому бере участь шестивалентний метал, є вкрай токсичними. Імовірність їх потрапляння в людський організм з'являється під час виробництва хроматов, хромування предметів, під час проведення деяких зварювальних робіт. Попадання такого хрому в організм може мати серйозні наслідки, так як сполуки, в яких присутня шестивалентний елемент, являють собою сильні окислювачі. Тому, можуть викликати кровотечу в шлунку і кишечнику, іноді з проривом кишечника. При попаданні таких з'єднань на шкіру виникають сильні хімічні реакції у вигляді опіків, запалень, виникнення виразок.

Залежно від якості хрому, яке необхідно отримати на виході, існує кілька способів виробництва металу: електролізом концентрованих водних розчинів оксиду хрому, електролізом сульфатів, а також відновленням оксидом кремнію. Однак, останній спосіб не дуже популярний, так як при ньому на виході виходить хром з величезною кількістю домішок. Крім того, він також є економічно невигідним.

хром (Лат. Cromium), Cr, хімічний елемент VI групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 24, атомна маса 51,996; метал голубувато-сталевого кольору.

Природні стабільні ізотопи: 50 Cr (4,31%), 52 Cr (87,76%), 53 Cr (9,55%) і 54 Cr (2,38%). З штучних радіоактивних ізотопів найбільш важливий 51 Cr (період напіврозпаду T ½ \u003d 27,8 діб), який застосовується як ізотопний індикатор.

Історична довідка. Хром відкритий в 1797 році Л. Н. Вокленом в мінералі крокоит - природному хроматі свинцю РbCrО 4. Назва Хром отримав від грецького слова chroma - колір, фарба (через різноманітність забарвлення своїх з'єднань). Незалежно від Воклена Хром був відкритий в крокоит в 1798 році німецьким вченим М. Г. Клапротом.

Поширення Хрома в природі. Середній вміст Хрому в земній корі (кларк) 8,3 · 10 -3%. Цей елемент, ймовірно, більш характерний для мантії Землі, так як ультраосновних породи, які, як вважають, найближче за складом до мантії Землі, збагачені Хромом (2 · 10 -4%). Хром утворює масивні і вкраплені руди в ультраосновних гірських породах; з ними пов'язано утворення найбільших родовищ Хрома. В основних породах вміст Хрому досягає лише 2 · 10 -2%, в кислих - 2,5 · 10 -3%, в осадових породах (піщаниках) - 3,5 · 10 -3%, глинистих сланцях - 9 · 10 -3 %. Хром - порівняно слабкий водний мігрант; зміст Хрома в морській воді 0,00005 мг / л.

В цілому Хром - метал глибинних зон Землі; кам'яні метеорити (аналоги мантії) теж збагачені Хромом (2,7 · 10 -1%). Відомо понад 20 мінералів Хрома. Промислове значення мають лише хромшпінеліди (до 54% \u200b\u200bСr); крім того, Хром міститься в ряді інших мінералів, які нерідко супроводжують хромові руди, але самі не уявляють практичне цінності (уваровит, волконскоїт, Кемер, фуксії).

Фізичні властивості Хрому. Хром - твердий, важкий, тугоплавкий метал. Чистий Хром пластичний. Кристалізується в об'ємно-центрованої решітці, а \u003d 2,885Å (20 ° С); при 1830 ° С можливе перетворення в модифікацію з гранецентрированной гратами, а \u003d 3,69Å.

Атомний радіус 1,27 Å; іонні радіуси Cr 2+ 0,83Å, Cr 3+ 0,64Å, Cr 6+ 0,52 Å. Щільність 7,19 г / см 3; t пл 1890 ° С; t кип 2480 ° С. Питома теплоємність 0,461 кдж / (кг · К) (25 ° С); термічний коефіцієнт лінійного розширення 8,24 · 10 -6 (при 20 ° С); коефіцієнт теплопровідності 67 вт / (м · К) (20 ° С); питомий електроопір 0,414 мком · м (20 ° С); термічний коефіцієнт електроопору в інтервалі 20-600 ° С становить 3,01 · 10 -3. Хром антіферромагнітен, питома магнітна сприйнятливість 3,6 · 10 -6. Твердість високочистого Хрома по Брінеллю 7-9 Мн / м 2 (70-90 кгс / см 2).

Хімічні властивості Хрому. Зовнішня електронна конфігурація атома Хрому 3d 5 4s 1. У з'єднаннях зазвичай проявляє ступені окислення +2, +3, +6, серед них найбільш стійкі Сr 3; відомі окремі сполуки, в яких Хром має ступеня окислення +1, +4, +5. Хром хімічно малоактивний. При звичайних умовах стійкий до кисню і вологи, але з'єднується з фтором, утворюючи CrF 3. Вище 600 ° С взаємодіє з парами води, даючи Сr 2 О 3; азотом - Cr 2 N, CrN; вуглецем - Сr 23 С 6, Сr 7 З 3, Сr 3 З 2; сірої - Cr 2 S 3. При сплаві з бором утворює борид СrВ, з кремнієм - силіциди Cr 3 Si, Cr 2 Si 3, CrSi 2. З багатьма металами Хром дає сплави. Взаємодія з киснем протікає спочатку досить активно, потім різко сповільнюється завдяки освіті на поверхні металу оксидної плівки. При 1200 ° С плівка руйнується і окислення знову йде швидко. Хром загоряється в кисні при 2000 ° С з утворенням темно-зеленого оксиду Хрома (III) Сr 2 О 3. Крім оксиду (III), відомі інших з'єднання з киснем, наприклад CrO, СrО 3, одержувані непрямим шляхом. Хром легко реагує з розведеними розчинами соляної та сірчаної кислот з утворенням хлориду і сульфату Хрома і виділенням водню; царська горілка і азотна кислота пасивують Хром.

Зі збільшенням ступеня окислення зростають кислотні та окисні властивості Хром Похідні Сr 2+ - дуже сильні відновники. Іон Сr 2+ утворюється на першій стадії розчинення Хрома в кислотах або при відновленні Сr 3+ в кислому розчині цинком. Гідрат закису Сr (ОН) 2 при зневодненні переходить в Сr 2 О 3. З'єднання Сr 3+ стійкі на повітрі. Можуть бути і відновниками і окислювачами. Сr 3+ можна відновити в кислому розчині цинком до Сr 2+ або окислити в лужному розчині до СrО 4 2 бромом і інших окислювачами. Гідрооксид Сr (ОН) 3 (вірніше Сr 2 О 3 · NН 2 О) - амфотерное з'єднання, що утворить солі з катіоном Сr 3 або солі хромової кислоти НСrО 2 - хроміти (наприклад, КСrО 2, NaCrO 2). З'єднання Сr 6+: хромовий ангідрид СrО 3, хромові кислоти і їх солі, серед яких найбільш важливі хромати і дихромати - сильні окислювачі. хром утворює велике число солей з кислородсодержащими кислотами. відомі комплексні сполуки хрому; особливо численні комплексні сполуки Сr 3+, в яких Хром має координаційне число 6. Існує дуже багато переоксідних з'єднань Хрома

Отримання Хрома. Залежно від мети використання отримують Хром різного ступеня чистоти. Сировиною зазвичай служать хромшпінеліди, які піддають збагаченню, а потім сплавляють з поташом (або содою) в присутності кисню повітря. Стосовно до основного компоненту руд, який містить Сr 3 +, реакція наступна:

2FeCr 2 О 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5О 2 \u003d 4К 2 СrО 4 + Fе 2 О 3 + 4СО 2.

Утворений хромат калію До 2 СrО 4 витравлюють гарячою водою і дією H 2 SO 4 перетворюють його в Дихромат До 2 Сr 2 Про 7. Далі дією концентрованого розчину H 2 SО 4 на К2 Сr 2 Про 7 отримують хромовий ангідрид З 2 О 3 або нагріванням До 2 Сr 2 Про 7 з сіркою - оксид Хрома (III) З 2 О 3.

Найбільш чистий Хром в промислового умовах отримують або електролізом концентрованих водних розчинів СrО 3 або Сr 2 О 3, що містять H 2 SO 4, або електролізом сульфату Хрома Cr 2 (SO 4) 3. При цьому Хром виділяється на катоді з алюмінію або нержавіючої сталі. Повне очищення від домішок досягається обробкою Хрома особливо чистим воднем при високій температурі (1500-1700 ° С).

Можливо також отримання чистого Хрома електролізом розплавів CrF 3 або СrCl 3 в суміші з фторидами натрію, калію, кальцію при температурі близько 900 ° С в атмосфері аргону.

У невеликих кількостях Хром отримують відновленням Сr 2 О 3 алюмінієм або кремнієм. При алюмінотермічне способі попередньо підігріту шихту з Сr 2 О 3 і порошку або стружок Аl з добавками окислювача завантажують в тигель, де реакцію збуджують підпалом суміші Na 2 O 2 і Аl до тих пір, поки тигель заповниться Хромом і шлаком. Силікотермічеським Хром виплавляють в дугових печах. Чистота одержуваного Хрома визначається вмістом домішок в Сr 2 О 3 і в Аl або Si, використовуваних для відновлення.

У промисловості в великих масштабах виробляються сплави Хрома - ферохром і сілікохром.

Застосування Хрома. Використання Хрома засноване на його жароміцності, твердості і стійкості проти корозії. Найбільше Хрома застосовують для виплавки хромистих сталей. Алюміно- і силікотермічеським Хром використовують для виплавки ніхрому, німонік, інших нікелевих сплавів і стелліта.

Значна кількість Хрома йде на декоративні корозійно-стійкі покриття. Широке застосування отримав порошковий Хром у виробництві металокерамічних виробів і матеріалів для зварювальних електродів. Хром в вигляді іона Cr 3+ - домішка в рубін, який використовується як дорогоцінний камінь і лазерний матеріал. Сполуками Хрома протруюють тканини при фарбуванні. Деякі солі Хрому використовуються як складова частина дубильних розчинів в шкіряній промисловості; PbCrO 4, ZnCrO 4, SrCrO 4 - як художні фарби. З суміші хромита і магнезиту виготовляють хромомагнезитові вогнетривкі вироби.

З'єднання Хром (особливо похідні Cr 6 +) токсичні.

Хром в організмі. Хром - один з біогенних елементів, постійно входить до складу тканин рослин і тварин. Середній вміст Хрому в рослинах - 0,0005% (92-95% Хрому накопичується в коренях), у тварин - від десятитисячних до десятимільйонних часток відсотка. У планктонних організмах коефіцієнт накопичення Хрома величезний - 10 000-26 000. вищі рослини не переносять концентрації Хрома вище 3-10 -4 моль / л. У листі він присутній у вигляді низькомолекулярного комплексу, не пов'язаного з субклітинному структурами. У тварин Хром бере участь в обміні ліпідів, білків (входить до складу ферменту трипсину), вуглеводів ( структурний компонент глюкозоустойчівого фактора). Основне джерело надходження Хрома в організм тварин і людини - їжа. Зниження вмісту Хрому в їжі і крові призводить до зменшення швидкості росту, збільшення холестерину в крові і зниження чутливості периферійних тканин до інсуліну.

Отруєння Хромом, і його сполуками зустрічаються при їх виробництві; в машинобудуванні (гальванічні покриття); металургії (легуючі добавки, сплави, вогнетриви); при виготовленні шкір, фарб і т. д. Токсичність сполук Хрому залежить від їх хімічні структури: дихромати більш токсична хроматов, з'єднання Cr (VI) більш токсична з'єднань Cr (II), Cr (III). початкові форми захворювання проявляються відчуттям сухості і болем в носі, першіння в горлі, утрудненням дихання, кашлем і т. д .; вони можуть проходити при припиненні контакту з Хромом. При тривалому контакті з сполуками Хрома розвиваються ознаки хронічні отруєння: головний біль, слабкість, диспепсія, втрата у вазі і інших. Порушуються функції шлунка, печінки і підшлункової залози. Можливі бронхіт, бронхіальна астма, дифузний пневмосклероз. При впливі Хрома на шкіру можуть розвинутися дерматит, екзема. За деякими даними, з'єднання Хрома, переважно Cr (III), мають канцерогенну дію.

Відкриття хрому відноситься до періоду бурхливого розвитку хіміко-аналітичних досліджень солей і мінералів. У Росії хіміки виявляли особливий інтерес до аналізу мінералів, знайдених в Сибіру і майже невідомих в Західній Європі. Одним з таких мінералів була сибірська червона свинцева руда (крокоит), описана ще Ломоносовим. Мінерал досліджувався, але нічого, крім оксидів свинцю, заліза та алюмінію в ньому не було знайдено. Однак в 1797 році Вокелен, прокип'ятивши тонко подрібнений зразок мінералу з поташом і осадивши карбонат свинцю, отримав розчин, пофарбований в оранжево - червоний колір. З цього розчину він викристалізував рубіново-червону сіль, з якої виділили окисел і вільний метал, відмінний від усіх відомих металів. Вокелен назвав його хром (Chrome ) Від грецького слова- забарвлення, колір; правда тут малося на увазі властивість не металу, а його яскраво забарвлених солей.

Знаходження в природі.

Найважливішою рудою хрому, що має практичне значення, є хроміт, приблизний склад якого відповідає формулі FeCrO \u200b\u200b4.

Він зустрічається в Малій Азії, на Уралі, в Північній Америці, На півдні Африки. Технічне значення має також вищезгаданий мінерал крокоит - PbCrO 4. У природі зустрічаються також оксид хрому (3) і деякі інші його сполуки. У земній корі вміст хрому в перерахунку на метал становить 0,03%. Хром виявлено на Сонце, зірки, метеоритах.

Фізичні властивості.

Хром - білий, твердий і крихкий метал, виключно хімічно стійкий до впливу кислот і лугів. На повітрі він окислюється, має на поверхні тонку прозору плівку оксиду. Хром має щільність 7,1 г / см 3, його температура плавлення становить +1875 0 С.

Отримання.

При сильному нагріванні хромистоїзалізняку з вугіллям відбувається відновлення хрому і заліза:

FeO * Cr 2 O 3 + 4C \u003d 2Cr + Fe + 4CO

В результаті цієї реакції утворюється сплав хрому з залізом, що відрізняється високою міцністю. Для отримання чистого хрому, його відновлюють з оксиду хрому (3) алюмінієм:

Cr 2 O 3 + 2Al \u003d Al 2 O 3 + 2Cr

В даному процесі зазвичай використовують два оксиду - Cr 2 O 3 і CrO 3

Хімічні властивості.

Завдяки тонкої захисній плівці оксиду, що покриває поверхню хрому, він дуже стійкий до впливу агресивних кислот і лугів. Хром не реагує з концентрованими азотної та сірчаної кислотами, а також з фосфорною кислотою. З лугами хром вступає у взаємодію при t \u003d 600-700 о C. Однак хром взаємодіє з розведеними сірчаної і соляної кислотами, витісняючи водень:

2Cr + 3H 2 SO 4 \u003d Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl \u003d 2CrCl 3 + 3H 2

При високій температурі хром горить в кисні, утворюючи оксид (III).

Розпечений хром реагує з парами води:

2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2

Хром при високій температурі реагує також з галогенами, галоген - водень, сірої, азотом, фосфором, вугіллям, кремнієм, бором, наприклад:

Cr + 2HF \u003d CrF 2 + H 2
2Cr + N2 \u003d 2CrN
2Cr + 3S \u003d Cr 2 S 3
Cr + Si \u003d CrSi

Вищевказані фізичні і хімічні властивості хрому знайшли своє застосування в різних областях науки і техніки. Так, наприклад, хром і його сплави використовуються для отримання високоміцних, корозійностійких покриттів в машинобудуванні. Сплави у вигляді ферохрому використовуються в якості металорізальних інструментів. Хромовані сплави знайшли застосування в медичній техніці, при виготовленні хімічного технологічного обладнання.

Положення хрому в періодичній системі хімічних елементів:

Хром очолює побічну підгрупу VI групи періодичної системи елементів. Його електронна формула наступна:

24 Cr IS 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 5 4S 1

У заповненні орбіталей електронами у атома хрому порушується закономірність, згідно з якою спочатку повинна була б заповняться 4S - орбіталь до стану 4S 2. Однак, внаслідок того, що 3d - орбіталь займає в атомі хрому більш вигідне енергетичний стан, відбувається її заповнення до значення 4d 5. Таке явище спостерігається у атомів деяких інших елементів побічних підгруп. Хром може проявляти ступеня окислення від +1 до +6. Найбільш стійкими є З'єднання хрому зі ступенями окислення +2, +3, +6.

З'єднання двовалентного хрому.

Оксид хрому (II) CrO - пірофорний чорний порошок (пірофорному - здатність в тонкораздробленном стані запалюється на повітрі). CrO розчиняється в розведеною соляній кислоті:

CrO + 2HCl \u003d CrCl 2 + H 2 O

На повітрі при нагріванні понад 100 0 С CrO перетворюється в Cr 2 O 3.

Солі двовалентного хрому утворюються при розчиненні металевого хрому в кислотах. Ці реакції проходять в атмосфері малоактивного газу (наприклад H 2), тому що в присутності повітря легко відбувається окислення Cr (II) до Cr (III).

Гідроксид хрому отримують у вигляді жовтого осаду при дії розчину лугу на хлорид хрому (II):

CrCl 2 + 2NaOH \u003d Cr (OH) 2 + 2NaCl

Cr (OH) 2 володіє основними властивостями, є відновником. Гідратований іон Cr2 + забарвлений в блідо - блакитний колір. Водний розчин CrCl 2 має синє забарвлення. На повітрі в водних розчинах з'єднання Cr (II) переходять в з'єднання Cr (III). Особливо це яскраво виражається у гідроксиду Cr (II):

4Cr (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Cr (OH) 3

З'єднання тривалентного хрому.

Оксид хрому (III) Cr 2 O 3 - тугоплавкий порошок зеленого кольору. По твердості близький до корунду. У лабораторії його можна отримати нагріванням дихромата амонію:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2

Cr 2 O 3 - амфотерний оксид, при сплавці з лугами утворює хроміти: Cr 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O

Гідроксид хрому також є амфотерним з'єднанням:

Cr (OH) 3 + HCl \u003d CrCl 3 + 3H 2 O
Cr (OH) 3 + NaOH \u003d NaCrO 2 + 2H 2 O

Безводний CrCl 3 має вигляд листочків темно-фіолетового кольору, абсолютно не розчиняється в холодній воді, При кип'ятінні він розчиняється дуже повільно. Безводний сульфат хрому (III) Cr 2 (SO 4) 3 рожевого кольору, також погано розчинний у воді. У присутності відновників утворює фіолетовий сульфат хрому Cr 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O. Відомі також зелені гідрати сульфату хрому, що містять меншу кількість води. Хромовий галун KCr (SO 4) 2 * 12H 2 O викристалізовуються з розчинів, що містять фіолетовий сульфат хрому і сульфат калію. Розчин хромових квасцов при нагріванні стає зеленим завдяки освіті сульфатів.

Реакції з хромом та його сполуками

Майже всі сполуки хрому та їх розчини інтенсивно пофарбовані. Маючи безбарвний розчин або білий осад, ми можемо з великою часткою ймовірності зробити висновок про відсутність хрому.

1. Сильно нагріємо в полум'я пальника на фарфоровій чашці таку кількість біхромату калію, яке поміститься на кінчику ножа. Сіль не виділить кристалізаційної води, а розплавиться при температурі близько 400 0 С з утворенням чорної рідини. Погріємо її ще кілька хвилин на сильному полум'я. Після охолодження на черепку утворюється зелений осад. Частина його розчинний у воді (вона набуває жовтого кольору), а іншу частину залишимо на черепку. Сіль при нагріванні розклалася, в результаті утворився розчинний жовтий хромат калію K 2 CrO 4 і зелений Cr 2 O 3.
2. Розчинний 3г порошкоподібного біхромату калію в 50мл води. До однієї частини додамо трохи карбонату калію. Він розчиниться з виділенням CO 2, а забарвлення розчину стане ясно - жовтою. З біхромату калію утворюється хромат. Якщо тепер по порціях додати 50% розчин сірчаної кислоти, то знову з'явиться червоно - жовте забарвлення біхромату.
3. Наллємо в пробірку 5 мл. розчину біхромату калію, прокип'ятити з 3 мл концентрованої соляної кислоти під тягою. З розчину виділяється жовто-зелений отруйний газоподібний хлор, тому, що хромат окислить HCl до Cl 2 і H 2 O. Сам хромат перетвориться в зелений хлорид тривалентного хрому. Його можна виділити виправними розчину, а потім, сплавивши з содою і селітрою, перевести в хромат.
4. При додаванні розчину нітрату свинцю випадає жовтий хромат свинцю; при взаємодії з розчином нітрату срібла утворюється червоно - коричневий осад хромату срібла.
5. Додамо пероксид водню до розчину біхромату калію і підкислити розчин сірчаної кислотою. Розчин набуває глибокий синій колір завдяки освіті пероксиду хрому. Пероксид при збовтуванні з деякою кількістю ефіру перейде в органічний розчинник і забарвити його в блакитний колір. Дана реакція специфічна для хрому і дуже чутлива. З її допомогою можна виявити хром в металах і сплавах. Перш за все необхідно розчинити метал. При тривалому кип'ятінні з 30% - іншої сірчаної кислотою (можна додати і соляну кислоту) хром і багато стали частково розчиняються. Отриманий розчин містить сульфат хрому (III). Щоб можна було провести реакцію виявлення, спочатку нейтралізуємо його їдким натром. В осад випадає сіро-зелений гідроксид хрому (III), який розчиниться в надлишку NaOH і утворює зелений хромит натрію. Профільтруем розчин і додамо 30% -ий пероксид водню. При нагріванні розчин забарвиться в жовтий колір, так як хромит окислиться до хромату. Підкислення призведе до появи блакитного забарвлення розчину. Забарвлене з'єднання можна екстрагувати, струшуючи з ефіром.

Аналітичні реакції на іони хрому.

1. До 3-4 крапель розчину хлориду хрому CrCl 3 додайте 2М розчин NaOH до розчинення спочатку випав осаду. Зверніть увагу на колір утворився хромита натрію. Нагрійте отриманий розчин на водяно лазні. Що при цьому відбувається?
2. До 2-3 крапель розчину CrCl 3 додайте рівний об'єм 8М розчину NaOH і 3-4 краплі 3% розчину H 2 O 2. Нагрійте реакційну суміш на водяній бані. Що при цьому відбувається? Який осад утворюється, якщо отриманий пофарбований розчин нейтралізувати, додати до нього CH 3 COOH, а потім Pb (NO 3) 2?
3. Налийте в пробірку по 4-5 крапель розчинів сульфату хрому Cr 2 (SO 4) 3, IMH 2 SO 4 і KMnO 4. Нагрійте реакційну змістився в протягом декількох хвилин на водяній бані. Зверніть увагу на зміну забарвлення розчину. Чим воно викликано?
4. До 3-4 крапель підкисленого азотною кислотою розчину K 2 Cr 2 O 7 додайте 2-3 краплі розчину H 2 O 2 і перемішайте. З'являються синє забарвлення розчину обумовлено виникненням надхромовой кислоти H 2 CrO 6:

Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O 2 + 2H + \u003d 2H 2 CrO 6 + 3H 2 O

Зверніть увагу на на швидке розкладання H 2 CrO 6:

2H 2 CrO 6 + 8H + \u003d 2Cr 3+ + 3O 2 + 6H 2 O
синій колір зелений колір

Надхромовая кислота значно більш стійка в органічних розчинниках.

1. До 3-4 крапель підкисленого азотною кислотою розчину K 2 Cr 2 O 7 додайте 5 крапель ізоамілового спирту, 2-3 краплі розчину H 2 O 2 і збовтайте реакційну суміш. Спливаючий на верх шар органічного розчинника забарвлений в яскраво-синій колір. Забарвлення зникає дуже повільно. Порівняйте стійкість H 2 CrO 6 в органічній і водних фазах.
2. При взаємодії CrO 4 2- і іонами Ba 2+ випадає жовтий осад хромату барію BaCrO 4.
3. Нітрат срібла утворює з іонами CrO 4 2 осад хромату срібла цегляно-червоного кольору.
4. Візьміть три пробірки. В одну з них помістіть 5 6 крапель розчину K 2 Cr 2 O 7, в другу - такий же об'єм розчину K 2 CrO 4, а в третю - по три краплі обох розчинів. Потім додайте в кожну пробірку по три краплі розчину йодиду калію. Поясніть отриманий результат. Підкислити розчин в другій пробірці. Що при цьому відбувається? Чому?

Цікаві досліди з сполуками хрому

1. Суміш CuSO 4 і K 2 Cr 2 O 7 при додаванні лугу стає зеленою, а в присутності кислоти стає жовтою. Нагріваючи 2мг гліцерину з невеликою кількістю (NH 4) 2 Cr 2 O 7 з подальшим додаванням спирту, після фільтрування виходить яскраво-зелений розчин, який при додаванні кислоти стає жовтим, а в нейтральній або лужному середовищі стає зеленим.
2. Помістити в центр консервної банки з термітом «рубінову суміш» - ретельно розтертий і поміщений в алюмінієву фольгу Al 2 O 3 (4,75г) з добавкою Cr 2 O 3 (0,25). Щоб банку довше не остигала, необхідно закопати під верхній обріз в пісок, а після підпалювання терміту і початку реакції, накрити її залізним листом і засипати піском. Банку викопати через добу. В результаті утворюється червоно - рубіновий порошок.
3. 10г біхромату калію розтирають з 5г нітрату натрію або калію і 10г цукру. Суміш зволожують і змішують з колодієм. Якщо порошок спресувати в скляній трубці, а потім виштовхнути паличку і підпалити її з торця, то почне виповзати «змія», спочатку чорна, а після охолодження - зелена. Паличка діаметром 4 мм горить зі швидкістю близько 2 мм в секунду і подовжується в 10 разів.
4. Якщо змішати розчини сульфату міді і дихромата калію і додати трохи розчину аміаку, то випаде аморфний коричневий осад складу 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, який розчиняється в соляній кислоті з утворенням жовтого розчину, а в надлишку аміаку виходить зелений розчин. Якщо далі до цього розчину додати спирт, то випаде зелений осад, який після фільтрації стає синім, а після висушування - синьо-фіолетовим з червоними блискітками, добре видимими при сильному освітленні.
5. Що залишився після дослідів «вулкан» або «фараонові змії» оксид хрому можна регенерувати. Для цього треба сплавити 8г Cr 2 O 3 і 2 г Na 2 CO 3 і 2,5 г KNO 3 і обробити остиглий сплав окропом. Виходить розчинний хромат, який можна перетворити і в інші сполуки Cr (II) і Cr (VI), в тому числі і вихідний Дихромат амонію.

Приклади окислювально - відновлювальних переходів за участю хрому та його сполук

1. Cr 2 O 7 2- - Cr 2 O 3 - CrO 2 - - CrO 4 2 - Cr 2 O 7 2-

a) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O б) Cr 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O
в) 2NaCrO 2 + 3Br 2 + 8NaOH \u003d 6NaBr + 2Na 2 CrO 4 + 4H 2 O
г) 2Na 2 CrO 4 + 2HCl \u003d Na 2 Cr 2 O 7 + 2NaCl + H 2 O

2. Cr (OH) 2 - Cr (OH) 3 - CrCl 3 - Cr 2 O 7 2- - CrO 4 2

а) 2Cr (OH) 2 + 1 / 2O 2 + H 2 O \u003d 2Cr (OH) 3
б) Cr (OH) 3 + 3HCl \u003d CrCl 3 + 3H 2 O
в) 2CrCl 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 O \u003d K 2 Cr 2 O 7 + 2Mn (OH) 2 + 6HCl
г) K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH \u003d 2K 2 CrO 4 + H 2 O

3. CrO - Cr (OH) 2 - Cr (OH) 3 - Cr (NO 3) 3 - Cr 2 O 3 - CrO - 2
Cr 2+

а) CrO + 2HCl \u003d CrCl 2 + H 2 O
б) CrO + H 2 O \u003d Cr (OH) 2
в) Cr (OH) 2 + 1 / 2O 2 + H 2 O \u003d 2Cr (OH) 3
г) Cr (OH) 3 + 3HNO 3 \u003d Cr (NO 3) 3 + 3H 2 O
д) 4СR (NO 3) 3 \u003d 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
е) Cr 2 O 3 + 2 NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O

Елемент хром в ролі художника

Хіміки досить часто зверталися до проблеми створення штучних пігментів для живопису. У XVIII-XIX ст була розроблена технологія отримання багатьох мальовничих матеріалів. Луї Нікола Воклен в 1797г., Який знайшов в сибірської червоною руді раніше невідомий елемент хром, приготував нову, чудово стійку фарбу - хромовую зелень. Хромофором її є водний оксид хрому (III). Під назвою «смарагдова зелена» її почали випускати в 1837 році. Пізніше Л.Вокелен запропонував кілька нових фарб: баритові, цинкову і хромові жовті. Згодом вони були витіснені більш стійкими жовтими, помаранчевими пігментами на основі кадмію.

Зелена хромова - найміцніша і світлостійка фарба, що не піддається впливу атмосферних газів. Розтерта на маслі хромова зелень має велику покриває силою і здатна до швидкого висихання, тому з XIX в. її широко застосовують в живописі. Величезне значення вона має в розпису фарфору. Справа в тому, що порцелянові вироби можуть декоруватися як подглазурной, так і надглазурной розписом. У першому випадку фарби наносять на поверхню лише злегка обпаленого вироби, яке потім покривають шаром глазурі. Далі слід основний, високотемпературний випал: для спікання порцелянової є і оплавлення глазурі вироби нагрівають до 1350 - 1450 0 С. Настільки високу температуру без хімічних змін витримують далеко не всі фарби, а в старовину таких взагалі було тільки дві - кобальтова і хромова. Чорний оксид кобальту, нанесений на поверхню фарфорового вироби, при випалюванні сплавляється з глазур'ю, хімічно взаємодіючи з нею. В результаті утворюються яскраво-сині силікати кобальту. Таку декарірованную кобальтом синю порцеляновий посуд все добре знають. Оксид хрому (III) не взаємодіє хімічно з компонентами глазурі і просто залягає між порцеляновими черепками і прозорою глазур'ю «глухим» шаром.

Крім хромової зелені художники застосовують фарби, отримані з волконскоіта. Цей мінерал з групи монтмориллонитов (глинистий мінерал підкласу складних силікатів Na (Mo, Al), Si 4 O 10 (OH) 2 був виявлений в 1830р. Російським мінералогом Кеммерером і названий на честь М.М Волконської - дочки героя битви при Бородіно генерала Н В.М.. Раєвського, дружини декабриста С.Г.Волконского. волконскоїт є глину, яка містить до 24% оксиду хрому, а так же оксиди аллюмінея і заліза (III). Мінливість складу мінералу, зустрічає на Уралі, в Пермської і Кіровської областях, Обумовлює його різноманітне забарвлення - від кольору зимової потемніла ялиці до яскраво-зеленого кольору болотяної жаби.

Пабло Пікассо звертався до геологам нашої країни з проханням вивчити запаси волконскоіта, що дає фарбу неповторно свіжого тони. В даний час розроблений спосіб отримання штучного волконскоіта. Цікаво відзначити, що за даними сучасних досліджень, Російські іконописці використовували фарби з цього матеріалу ще в середні століття, задовго до його «офіційного» відкриття. Відомою популярністю користувалася у художників і зелень Гинье (створена в 1837р.), Хромоформ якої є гідрат окису хрому Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, де частина води хімічно пов'язана, а частина адсорбувати. Цей пігмент надає фарбі смарагдовий відтінок.

сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.