Хром — металл, который видели все. Зеркально-блестящие детали на автомобилях, сверкающая металлом сантехника или детали мебели в стиле хай-тек — все покрыто тонким слоем хрома.
История открытия
История нового металла начинается с исследования Ломоносовым крокоита (красной свинцовой руды). Его изучали русские химики, затем минерал попал в Европу. Тут в него просто влюбился Вокелен.
Кристаллы хрома различной формы
Он писал о крокоите:
«чудесный красный цвет, прозрачность и кристаллическая структура … побуждали химиков интересоваться его природой».
Вокелен растворял, возгонял, выпаривал — и получал разноцветные соли. Потому и новый металл назвал хром от (греческого сhrome) — цвет.
Свойства
Хром (Chromium) относится к металлам, он входит в пятерку самых твердых элементов (твердость 8,5 по шкале Мооса).
Хром, Чем полезен для здоровья: Вес Сахар крови Аппетит. Врач эндокринолог, диетолог Ольга Павлова
Все присущие металлам свойства у элемента имеются:
- металлический блеск;
- теплопроводность;
- электропроводность.
Структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая.
Химические свойства:
- На воздухе покрывается оксидной пленкой (пассивируется).
- С кислотами (азотной и серной) при нормальной температуре не реагирует.
- Соли двухвалентного хрома — отличные восстановители.
- С неметаллами реагирует при высокой температуре, образует карбиды, силициды, нитриды.
В природном хроме четыре стабильных изотопа.
| Хром / Chromium (Cr), 24 |
| 51,9961(6)[1] а. е. м. (г/моль) |
| [Ar] 3d5 4s1 |
| 130 пм |
| 118 пм |
| (+6e)52 (+3e)63 пм |
| 1,66 (шкала Полинга) |
| −0,74 |
| 6, 3, 2, 0 |
| 652,4 (6,76) кДж/моль (эВ) |
| 7,19 г/см³ |
| 2130 K (1856,9 °C) |
| 2945 K (2671,9 °C) |
| 21 кДж/моль |
| 342 кДж/моль |
| 23,3[2] Дж/(K·моль) |
| 7,23 см³/моль |
| кубическая объёмноцентрированая |
| 2,885 Å |
| 460 K |
| (300 K) 93,9 Вт/(м·К) |
| 7440-47-3 |
Рекомендуем: НИКЕЛЬ — «пасынок» в семье серебристых металлов
Минералы
Некоторые хромсодержащие минералы можно увидеть на прилавках ювелирных магазинов: хромдиопсид, уваровит, хромтурмалин.
В группу хромитов входят алюмохромит, магнохромит, хромпикотит. Они так похожи, что их сложно отличить один от другого.
Промышленное значение имеет хромистый железняк.
Получение
Способы получения зависят от того, какой продукт желательно получить.
Феррохром извлекают из хромистого железняка в электропечах путем восстановления с коксом (углеродом).
Для получения чистого металлического хрома необходимы несколько этапов:
- Хромит железа сплавляют с кальцинированной содой, получая хромат натрия и оксид железа.
- Na2CrO4 растворяют, Fe2O3 удаляют.
- Подкислением переводят хромат в дихромат.
- Восстанавливают дихромат углем, получая оксид хрома.
- При помощи алюминотермии Cr2O3 (хромовую зелень) переводят в металлический хром.
Возможно получение чистого электролитического Cr из раствора CrO3 (формула оксида хрома).
Сплавы
Хромовые сплавы условно делят на 2 категории:
Некоторые марки сплавов:
- феррохром;
- хромель;
- нихром;
- стеллит;
- Рене 41.
В состав сплавов часто входят:
Плюсы и минусы металла
Совокупность достоинств и недостатков хрома определяет его место в сферах использования.
| Достоинства | Недостатки |
| Устойчив к коррозии | Для получения пластичного металла необходима дополнительная обработка |
| Имеет высокую температуру плавления | Примеси сильно ухудшают качественные характеристики металла |
| Один из самых твердых металлов | Использование в электротехнике ограничивается высокими твердостью и температурой плавления |
К недостаткам можно отнести цену металла (она довольно высока).
Использование
Применение хрома в черной металлургии велико — это около 2/3 общей выплавки металла. Производство хромированных сплавов выгодно — даже небольшие добавки лигатуры сообщают сплаву лучшие качества стойкого металла.
Рекомендуем: БАРИЙ — от китайского синего до рентгеноскопии
Оставшаяся треть в основном идет на хромирование. Покрытие хромом может быть функциональным, декоративным, или совмещать оба качества.
Хромированные диски
Сантехническая продукция просто создана для хромирования. Жара, влага, химические вещества не испортят ни смеситель, на душ, ни аксессуары для ванной.
Познавательно: часто защитный слой наносят на предварительно созданную «грунтовку» из меди и никеля.
Слой функционального хромирования защищает детали от коррозии, его толщина достигает нескольких миллиметров.
Декоративное хромирование — для красоты, его слой тоненький, всего 0,2-0,7 мкм.
Хромирование бывает:
- электролитическим;
- химическим;
- вакуумным;
- диффузным.
Интересно: разработан способ газоплазменного напыления, делающий процесс хромирования безопасным.
Стоимость
Цена марки ЭРХ-1 за килограмм — 7500 рублей.
Порошок (марка ПХ-1С) стоит 6000 руб/кг.
Цены указаны на 02.09.2020.
Похожие публикации
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Источник: themineral.ru
Хром
Хром (Cr), химический элемент VI группы периодической системы Менделеева. Относится к переходным металлом с атомным номером 24 и атомной массой 51,996. В переводе с греческого, название металла означает «цвет». Такому названию металл обязан разнообразной цветовой гамме, которая присуща его различным соединениям.
Физические характеристики хрома
Металл обладает достаточной твердостью и хрупкостью одновременно. По шкале Мооса твердость хрома оценивается в 5,5. Этот показатель означает, что хром имеет максимальную твердость из всех известных на сегодня металлов, после урана, иридия, вольфрама и бериллия. Для простого вещества хрома характерен голубовато-белый окрас.
| Атомный номер | 24 |
| Атомная масса | 51,996 |
| Плотность, кг/м³ | 7190 |
| Температура плавления, °С | 1856 |
| Теплоемкость, кДж/(кг·°С) | 0,46 |
| Электроотрицательность | 1,6 |
| Ковалентный радиус, Å | 1,18 |
| 1-й ионизац. потенциал, эв | 6,76 |
Металл не относится к редким элементам. Его концентрация в земной коре достигает 0,02% масс. долей. В чистом виде хром не встречается никогда. Он содержится в минералах и рудах, которые являются главным источником добычи металла. Хромит (хромистый железняк, FeO*Cr2O3) считается основным соединением хрома.
Еще одним достаточно распространенным, однако менее важным минералом, является крокоит PbCrO4.
Металл легко поддается плавке при температуре 1907 0 С (2180 0 К или 3465 0 F). При температуре в 2672 0 С – закипает. Атомная масса металла составляет 51,996 г/моль.
Хром является уникальным металлом благодаря своим магнитным свойствам. В условиях комнатной температуры ему присуще антиферромагнитное упорядочение, в то время, как другие металлы обладают им в условиях исключительно пониженных температур. Однако, если хром нагреть выше 37 0 С, физические свойства хрома изменяются.
Так, существенно меняется электросопротивление и коэффициент линейного расширения, модуль упругости достигает минимального значения, а внутреннее трение значительно увеличивается. Такое явление связано с прохождением точки Нееля, при которой антиферромагнитные свойства материала способны изменяться на парамагнитные. Это означает, что первый уровень пройден, и вещество резко увеличилось в объеме.
Строение хрома представляет собой объемно-центрированную решетку, благодаря которой металл характеризуется температурой хрупко-вязкого периода. Однако, в случае с данным металлом, огромное значение имеет степень чистоты, поэтому, величина находится в пределах -50 0 С — +350 0 С. Как показывает практика, раскристаллизированный металл не имеет никакой пластичности, но мягкий отжиг и формовка делают его ковким.
Химические свойства хрома
Атом имеет следующую внешнюю конфигурацию: 3d 5 4s 1 . Как правило, в соединениях хром имеет следующие степени окисления: +2, +3, +6, среди которых наибольшую устойчивость проявляет Сr 3+ .Кроме этого существуют и другие соединения, в которых хром проявляет совершенно иную степень окисления, а именно: +1, +4, +5.
Металл не отличается особой химической активностью. Во время нахождения хрома в обычных условиях, металл проявляет устойчивость к влаге и кислороду. Однако, данная характеристика не относится к соединению хрома и фтора – CrF3, которое при воздействии температур, превышающих 600 0 С, взаимодействует с парами воды, образуя в результате реакции Сr2О3, а также азотом, углеродом и серой.
Во время нагревания металлического хрома, он взаимодействует с галогенами, серой, кремнием, бором, углеродом, а также некоторыми другими элементами, в результате чего получаются следующие химические реакции хрома:
Хроматы можно получить, если нагреть хром с расплавленной содой на воздухе, нитратами или хлоратами щелочных металлов:
2Cr + 2Na2CO3 + 3O2 = 2Na2CrO4 + 2CO2.
Хром не обладает токсичностью, чего нельзя сказать о некоторых его соединениях. Как известно, пыль данного металла, при попадании в организм, может раздражать легкие, через кожу она не усваивается. Но, поскольку в чистом виде он не встречается, то его попадание в человеческий организм является невозможным.
Трехвалентный хром попадает в окружающую среду во время добычи и переработки хромовой руды. В человеческий организм попадание хрома вероятно в виде пищевой добавки, используемой в программах по похудению. Хром с валентностью, равной +3, является активным участником синтеза глюкозы. Ученые установили, что излишнее употребление хрома особого вреда человеческому организму не наносит, поскольку не происходит его всасывание, однако, он способен накапливаться в организме.
Соединения, в котором участвует шестивалентный металл, являются крайне токсичными. Вероятность их попадания в человеческий организм появляется во время производства хроматов, хромирования предметов, во время проведения некоторых сварочных работ. Попадание такого хрома в организм чревато серьезными последствиями, так как соединения, в которых присутствует шестивалентный элемент, представляют собой сильные окислители. Поэтому, могут вызвать кровотечение в желудке и кишечнике, иногда с прободением кишечника. При попадании таких соединений на кожу возникают сильные химические реакции в виде ожогов, воспалений, возникновения язв.
В зависимости от качества хрома, которое необходимо получить на выходе, существует несколько способов производства металла: электролизом концентрированных водных растворов оксида хрома, электролизом сульфатов, а также восстановлением оксидом кремния. Однако, последний способ не очень популярен, так как при нем на выходе получается хром с огромным количеством примесей. Кроме того, он также является экономически невыгодным.
Cr3+ (зеленые или лиловые соли)
[Cr(OH)4]- (зелёный)
Встречается редко, малохарактерна
CrO42- (хроматы, желтые)
Cr2O72- (дихроматы, оранжевые)
Источник: mining-prom.ru
Хром — полезные свойства и особенности металла
(лат.
Chromium
)
Cr
— химический элемент VI группы периодической системы; атомный номер 24. Металл серо-стального цвета.
Что представляет собой
Хром – это металл, элемент таблицы Менделеева №24.
Международное обозначение и формула – Chromium, Cr.
Серебристо-голубоватое блестящее вещество – одно из самых твердых (5,5 по Моосу) и тугоплавких металлов, но хрупко. Относится к чёрным металлам.
Структура, свойства роднят его с железом, марганцем, титаном, никелем. Эти элементы объединены в одно семейство.
Уникальная особенность элемента – ярко-радужная окраска соединений: голубизна, фиолет, зелень до изумрудности, желтизна, оранж, пурпур. Они обусловили название, благодаря им легко отличить хром от других металлов.
По-древнегречески χρῶμα (хрома) – краска, цвет.
Физико-химические характеристики
Физические и химические свойства хрома типичны для металлов:
- Химически малоактивен. В обычных условиях не взаимодействует с водой, растворами щелочей. Реакция запускается при +600°С.
- Кислород создает на его поверхности защитную оксидную пленку.
- В соединениях проявляет три степени: +2, +3, +6. Самые устойчивые – трехвалентные.
Применение хрома затрудняют недостатки:
- Явное ухудшение характеристик примесями в составе.
- Необходимость дополнительной обработки сверхтвердого металла для получения пластичности.
Однако они компенсируются достоинствами металла: тугоплавкостью, твердостью (пятый среди металлов), стойкостью к коррозии.
| Свойства атома | |
| Название, символ, номер | Хром / Chromium (Cr), 24 |
| Атомная масса (молярная масса) | 51,9961(6) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d5 4s1 |
| Радиус атома | 130 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 118 пм |
| Радиус иона | (+6e)52 (+3e)63 пм |
| Электроотрицательность | 1,66 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −0,74 |
| Степени окисления | 6, 3, 2, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 652,4 (6,76) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 7,19 г/см³ |
| Температура плавления | 2130 K (1856,9 °C) |
| Температура кипения | 2945 K (2671,9 °C) |
| Уд. теплота плавления | 21 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 342 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 23,3 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 7,23 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированая |
| Параметры решётки | 2,885 Å |
| Температура Дебая | 460 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 93,9 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-47-3 |
Хром
Распространение хрома в земной коре определяется цифрой 0,033%. Хром образует ряд специфических минералов, из которых техническое значение имеет почти исключительно хромит и встречающийся на Урале и в Бразилии крокоит (красная свинцовая руда) РbСгO4, хромат свинца.
Последний является одним из весьма немногочисленных минералов, в которых хром шестивалентен; в большинстве же минералов хром, как и в хромите, трехвалентен и часто изоморфно замещает алюминий, например, в шпинелях, турмалинах, гранатах, слюдах и т. п. Во всех этих случаях он придает минералам характерную зеленую окраску, что особо ценится в изумруде. Небольшие количества хрома (до 6,7%) встречаются в метеоритах обычно в виде сульфидного минерала добреелита FeS·Cr2S3, отличающегося от хромита наличием серы взамен кислорода. Для технической добычи хрома имеет значение исключительно хромит. Путем восстановления его углем при высокой температуре м. б. получен сплав хрома с железом — феррохром; полученный этим путем феррохром содержит, однако, значительные количества углерода, что затрудняет применение его в производстве малоуглеродистых хромистых сталей. Чистый безуглеродистый хром получают в настоящее время путем восстановления окиси хрома, полученной мокрым путем из хромита, мелкозернистым алюминием (см. Алюминотермия) по экзотермической реакции:
Сг2O3 + 2Аl = Al2O3 + 2Сr + 409 cal.
Реакция протекает успешно только в присутствии небольших количеств хроматов или хромового ангидрида. В виду того что температура поднимается до 3000°С, необходимо применение тиглей, футерованных высокоогнеупорными материалами (например, магнезитом). Полученный этим путем металл содержит 99—99,5% Сг (остальное — железо и кремний) и легко сплавляется со сталью и другими сплавами, не внося в них углерода. Другие способы получения хрома, например, восстановление окиси хрома углеродом или карбидом кальция, электролиз растворов солей, в настоящее время практического значения не имеют.
В силу большой хрупкости хром применяется в чистом виде только для электролитического покрытия металлических предметов, подвергающихся сильному износу. Большое применение имеет хром в многочисленных сплавах, которым он сообщает значительную твердость и химическую стойкость.
Наиболее важны из них жаростойкие, нержавеющие и кислотоупорные хромистые стали, содержащие часто и другие облагораживающие элементы (никель, вольфрам, молибден) и применяющиеся для изготовления изделий, от которых требуется химическая стойкость (химическая аппаратура) и большая прочность (броневые плиты, шарикоподшипники и т. д.). Особой твердостью отличаются применяющиеся в металлообработке сплавы, известные под названием стеллита, содержащие, например, 50% кобальта, 30% хрома, 15% вольфрама и небольшие количества железа, углерода, марганца и кремния.
Вместо применявшейся в химической промышленности кислотоупорной нержавеющей хромоникелевой стали в последнее время начинает входить в употребление также химически весьма стойкая хромистая сталь. В электротехнике применяются благодаря малой склонности к окислению и низкому термическому коэффициенту электропроводности, в виде проволоки, ленты или полосового металла для обмоток и других нагревателей электрических печей сопротивления, сплавы, известные под названием хромоникеля или нихрома, содержащие 60—80% никеля, 10—25% хрома и колеблющиеся количества железа и марганца. Хром применяется также в производстве магнитных сплавов. Реже хром применяется для улучшения качеств цветных сплавов, бронз, латуней и др., в частности, например, для духовых музыкальных инструментов.
Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 25 — 1934 г.
Нахождение в природе
В природе отмечено два десятка хромовых минералов. Основные – хромит и крокоит.
Изверженные породы содержат разную концентрацию элемента (г/т):
- ультраосновные – 2000;
- базальты, другие основные – 200.
Каждая тонна земной коры содержит в среднем 83 г хрома.
Промышленный интерес представляет один класс – хромшпинелиды.
Металл содержат драгоценные камни – хромтурмалин, уваровит (хромовый гранат), другие.
Технология получения
Традиционное сырье для получения хрома – хромшпинелиды.
Главные способы получения металла – обогащение руды методом электролиза либо восстановлением.
Для повышения степени чистоты конечного продукта сырье сплавляют в электропечи с содой, добавляя кислород.
Производство металлического хрома почти абсолютной чистоты ведется методом электролиза концентрированных хромовых растворов либо восстановлением оксида хрома алюминием в вакуумных печах (при 1500°C).
Процесс производства
Технологический процесс получения данного металла включает в себя три этапа:
- Получение глинозема из первичного сырья (содержащие алюминий руды).
- Создание из получившегося глинозема технического алюминия.
- Процесс максимальной очистки металла.
Получение оксида алюминия происходит из глинозема под действием электролиза. Соединение должно быть максимально чистым, поскольку на этом этапе его получения весьма проблематично избавиться от ненужных примесей.
Чтобы получить алюминий с чистотой приближенной к единице, необходимо организовать несколько цехов для его обработки, каждый из которых будет отвечать за определенный этап производства. Именно поэтому чистый металл имеет достаточно высокую цену, которая достигает до 1700 долларов за 1 т (1000 кг алюминия).
Где используется
Металл используется по двум направлениям: как лигатура к другим металлам и как покрытие.
Металлургия
Отрасль, забирающая три четверти объемов металла. Хромом легируют стали для улучшения кондиций.
- нержавеющий;
- износостойкий;
- жаропрочный.
Такие достоинства сталей обусловили их применение как материала стволов артиллерии, корпусов субмарин, сейфов, металлорежущего, медицинского, химического инструментария. Из них выполнены двигатели космических кораблей, начинка плазмотронов.
Даже незначительное количество хрома в составе кратно улучшает механические свойства материала.
Самые известные хромсодержащие сплавы – с никелем (нихром) и железом (фехраль). Это прецизионные материалы с повышенным электрическим сопротивлением. Используются для работы при экстремальных температурах.
Другие отрасли промышленности
Продукция из металла и сплавов с ним выпускается для разных сегментов рынка:
- Кирпичи – корпус металлургических печей.
- Нагревательные элементы (сплав с никелем).
- Хирургический инструментарий (сплав с никелем, молибденом, кобальтом).
- Соединения хрома пригождаются при производстве спичек, обуви, одежды (знаменитая блестяще-прочная хромовая кожа), окраске текстиля, обработке мебельной древесины.
- Зеленую хромовую краску наносят на керамику перед покрытием глазурью и обжигом.
Краски из перетертых хромовых руд применяли еще иконописцы Древней Руси.
- Трехвалентный оксид металла – исходник при выращивании синтетических рубинов для лазеров.
- Зеленые огни салюта – заслуга хрома.
Хром закупают фармацевтические гиганты, производители биодобавок, препаратов для похудения.
Декор
Хромированное покрытие корпуса часов либо деталей авто – не только маркер статусности. Такая обработка защищает от износа, коррозии, механических повреждений.
Толщина покрытия металлом зависит от назначения изделия: от 2 мкм (декоративный ассортимент) до 0,1 мм (детали байков, велосипедов, авто).
Процесс покрытия хромом называется хромированием. Он технологически прост и недорог.
Применение
Металлический хром очень стоек к окислению на воздухе, так как его поверхность покрыта тончайшей и плотной плёнкой из оксидов, которая препятствует коррозии. При этом, будучи дополнительно пассивированным реакцией с концентрированными кислотами, хром становится чрезвычайно коррозионно устойчивым материалом, который можно использовать для покрытия металлических изделий (хромирования).
Автомобиль BMW M3, покрытый блестящим слоем хрома
Значение для человека
Хром присутствует в организме человека изначально.
Здоровье
Он – участник ряда биологических процессов:
- Липидный, углеродный обмен.
- Выведение «плохого» холестерина
- Баланс сахара в крови.
- Укрепление костной ткани.
- Активация действия инсулина.
- Способность замещать йод.
- Стимуляция регенерации тканей.
Питание
Хромом богаты продукты всех основных групп:
- Мясо – курятина, говядина (и печень);
- Рыба – скумбрия, тунец, сельдь.
- Крупы – манная, перловая.
- Овощи – помидоры, редис, зеленый лук.
Металлом насыщены сыры, бобовые, кукурузное масло, фрукты, хлеб из муки крупного помола, пивные дрожжи.
Дозировка
Ежесуточная потребность в хроме (мкг):
- Дети – 12-34 (в зависимости от возраста).
- Женщины – 55-68.
- Мужчины – 59-79.
При беременности у женщин, активном образе жизни, физических нагрузках у мужчин потребность удваивается.
Источник: separett.su