хром

Историческа справка

Металният хром се получава чрез редуцирането му от неговия оксид с помощта на алуминий (алуминотермия):

За тази цел се използва хромова желязна руда. Първо се слива със сода в присъствието на кислород и след това полученият натриев хромат се редуцира с въглерод до хромен оксид:

Свойства на хрома и неговите съединения. Хромът е бял, лъскав метал със сивкав оттенък, притежаващ голяма твърдост и еластичност. При стайна температура е устойчив на вода и въздух.

Химически, хромът като метал е редуциращ агент. В зависимост от условията на реакцията, той може да проявява променливи степени на окисление; състояния +2, +3, +6 са стабилни.

При нормални условия хромът е устойчив на кислород, взаимодействието с което става само при нагряване. При същите условия хромът реагира и с хлор, сяра, азот и силиций. Например:

Обикновено повърхността на хрома съдържа плътен слой от Cr 20 3 оксид, който предпазва метала от по-нататъшно окисляване. Тази пасивирана повърхност е причината при обикновени температури да няма взаимодействие на хром с азотна киселина и царска вода.

Хромът реагира с разредена солна и сярна киселина за освобождаване на водород и образуване на Cr(II) соли, които, бързо се окисляват, се превръщат в Cr(III) соли:

Съединенията на хром най-често имат следната пространствена структура:

С кислорода хромът образува серия от оксиди, които в зависимост от степента на окисление на метала проявяват основни, амфотерни или киселинни свойства.

Хромният (II) оксид CrO има основни свойства. Когато взаимодейства с НС1, той образува CrCl 2.

Под въздействието на водород CrO се редуцира до метален хром, при нагряване под въздействието на атмосферен кислород се превръща в Cr 203.

Оксидът CrO съответства на хидроксида Cr(OH), образуван от CrCl 2:

Cr(OH) 2 е жълто вещество. Той е основен по природа и при реакции с киселини образува съответните Cr(P) соли.

Йонът Cr 2+ е толкова силен редуциращ агент, че е в състояние да измести водорода от водата:

Cr(P) лесно се окислява от атмосферния кислород, така че разтвор на CrCl:! , например, може да се използва за абсорбиране на кислород:

Водните разтвори на Cr(P) съединенията са сини.

Хромният (III) оксид Cr 2 0 3 принадлежи към амфотерните оксиди.

Получава се чрез калциниране на хромов оксид (U1) или разлагане на амониев дихромат, или термично разлагане на хромов (III) хидроксид:

Хром (III) хидроксид Cr(OH) ;j се получава чрез действието на основи върху хромови соли; в този случай Cr (OH) 3 се освобождава под формата на синкаво-сива утайка:

Cr(OH) 3 има амфотерни свойства. Подобно на алуминиевия хидроксид, Cr(OH) 3 реагира с киселини, за да образува Cr(III) соли, и с основи, за да образува хромити:

Мета- или ортохромити, които са соли на съответните киселини - HCl0 2 (метахромна) и H 3 Cr0 3 (ортохромна), се образуват чрез сливане на хромен оксид (III) с алкали или сода:

Следователно Cr(OH) 3 трябва да се счита за амфотерен хидроксид:

Под въздействието на силни окислители в алкална среда съединенията на хром (III) се превръщат в съединения на хром (U1) - хромати:

Йонът Cr 3 * се характеризира с множество комплексни съединения, в които, с редки изключения, се появява координационно число 6. Основната характеристика на тези комплексни съединения е тяхната кинетична стабилност във водни разтвори.

Синьо-виолетовият хексааква йон [Cr(H 2 0) 6 ] 3+ е част от много кристални хидрати: CrCl 3 -6H 2 0, KCr (S0 4) 2 -12H 2 0 и др. Получаването на този катионен комплекс може да се изрази чрез следното уравнение:

Съставът на катионните Cr(III) комплекси може да варира в зависимост от pH, температура и концентрация, поради което цветът им се променя от виолетов до зелен. Тъй като молекулите на H 2 0 в сложен катион се заместват, например, с хлор, могат да се образуват различни изомерни форми на CrCl 3 6H 2 0:

Най-много са комплексите с амини като лиганди. Сред тях са открити съединения с всички възможни видове изомерия. В допълнение към едноядрените комплекси, например 2+, могат да съществуват и полиядрени комплекси, в които два или повече метални атома са свързани чрез хидроксилни мостове.

Анионните комплекси - хромати - са разнообразни по състав и могат да бъдат получени чрез следните реакции:

Цветът на анионните комплекси зависи от природата на лиганда: 3_ - изумрудено зелено, [CrCl 6 ] 3_ - розово-червено и 3_ - жълто.

Анионният комплекс [Cr(OH) 6 ]:1” образува множество соли - хидроксохромати, стабилни в твърдо състояние, а в разтвори - само в силно алкална среда.

Безводните Cr(III) съединения се различават по структура и свойства от кристалните хидрати. Така безводната сол CrCl 3 има структура на полимерен слой, докато CrCl 3 -6H 2 0 има островна структура. CrCl 3, за разлика от CrC1 3 -6H 2 0, се разтваря много бавно във вода. Cr(PT) съединенията във водни разтвори обикновено се хидролизират, като на първия етап от този процес комплексният йон [Cr(H 2 0)0H| 3+:

Впоследствие може да настъпи полимеризация на тези комплекси. Сулфидът Cr 2 S 3 и карбонатът Cr 2 (C0 3) 3 се характеризират с още по-голяма нестабилност. По този начин Cr 2 S 3 и Cr 2 (C0 3) 3 не могат да бъдат получени от воден разтвор чрез обменни реакции, тъй като тези съединения, поради тяхната по-голяма разтворимост в сравнение с Cr (OH) 3, са напълно хидролизирани:

Хромният оксид (U1) Cr0 3 е кристално вещество с тъмночервен цвят. Получава се чрез действието на концентриран H 2 S0 4 върху дихромати:

Cr0 3 има верижна структура, образувана от Cr0 4 тетраедри.

Cr03 е типичен киселинен оксид. Лесно се разтваря във вода, за да образува разтвор на хромна киселина H 2 Cr0 4 и двухромна киселина 11 2 Cr 20 7, между които се установява равновесие:

С увеличаване на разреждането равновесието се измества към образуването на HCr0 4

В алкални разтвори при pH > 7, Cr0 3 образува тетраедричен хроматен йон Cr() 4 с жълт цвят. В диапазона на pH от 2 до 6 йонът HCl0 4 и оранжево-червеният дихроматен йон Cr 2 0| .

В алкална среда протичат следните процеси:

Равновесното положение зависи не само от pH, но и от естеството на катионите, които могат да образуват неразтворими хромати (Ba 2+, Pb 2+ и Ag* катиони образуват хромати).

Така добавянето на киселини измества равновесието наляво, а добавянето на основи измества равновесието надясно:

Това е основата за производството на хромати от дихромати и обратно:

Cr(VI) съединенията са окислители. В кисела среда дихроматният йон Cr 2 0 2 проявява силни окислителни свойства, като се редуцира до Cr(III):

Високата окислителна активност на Cr(VI) се проявява в реакцията между K 2 Cr 2 0 7 и концентрирана НС1 при нагряване:

Тази реакция е удобна за получаване на хлор в малки количества. Когато нагряването спре, отделянето на хлор също спира. Чрез действието на много силни редуциращи агенти производните на Cr(VI) могат да се редуцират в неутрална и слабо алкална среда. Например взаимодействие с (NH^S възниква при нагряване:

Трябва да се отбележи, че окислителните свойства на Cr(VI) в алкална среда са много по-слабо изразени, отколкото в кисела среда. Така в киселинни и алкални разтвори съединенията Cr(III) и Cr(VI) съществуват в различни форми: в кисела среда преобладават йони Cr 3+ или Cr 7 0 2-, а в алкална среда |Cr( преобладават OH) йони | 3 или CC 2 и следователно взаимното превръщане на съединенията Cr (III) в Cr (VI) и обратно се извършва в зависимост от реакцията на средата:

в кисела среда

в алкална среда

От това следва, че в кисела среда са изразени окислителните свойства на Cr(VI), а в алкална среда са изразени редукционните свойства на Cr(III):

Хромната киселина H 2 Cr0 4 е много по-слаба от двухромната киселина. И така, за H 2 CrO, ДА СЕ,= 3 10 7, а за H 2 Cr 2 0 7 ДА СЕ, = 2 10" 2 .

H 2 Cr 2 0 7 е най-простият представител на хромовите изополикиселини, съответстващ на общата формула raE0 3 * tH 2 0 (където p > t)и известни като соли на йолихромати. И така, с изключение на оранжево-червените дихромати (T = 1, П= 2) бяха получени тъмночервени трихромати (t = 1, n = 3) и кафяво-червени ts-трахромати (w = 1, П = 4).

Полихроматите се образуват при действието на киселини върху хромати:

Когато алкалите действат върху разтвори на йолихромати, протича обратният процес с евентуално образуване на хромати.

Cr(VI) не образува големи серии от поликиселини и полианиони, което се обяснява с размера на йона и склонността му да образува множество Cr=0 връзки.

Хромът се характеризира с образуването на неоксидни съединения при взаимодействие с H 2 0 2:

В допълнение към синия оксид-дипероксид на хром (U1), CrO-хромът образува соли на пероксокиселини H 2 Cr 2 0 12,11 2 Cr 2 0 8 и H 2 Cr 0 6 със следната структура (фиг. 6.1).

Ориз. 6.1.Структура на пентаиероксодихромовата киселина H,Cr 2 O l2

Киселината H 2 Cr 2 0 | 2 образува соли, оцветени в синьо, а P, Cr, 0 8 - червено.

Съединенията на хромовия пероксид са стабилни в етерен разтвор, във водни разтвори са нестабилни и лесно се разлагат с отделяне на кислород и образуване на йони CrO2 (в алкална среда) или съединения на Cr (111) (в кисела среда). Предполага се, че стабилността на хром(U1) оксид-динероксид Cr0 5 в етер се дължи на образуването на комплекс във формата на psn-тагонална пирамида с кислороден атом на върха (фиг. 6.2).

Ориз. 6.2.Структура на хром(U1) оксид-дипероксид Cr0 3 в етер, където L е етерна или водна молекула

Този комплекс може да се получи чрез третиране на разтвор на дихромат с водороден пероксид в кисела среда:

По оцветяването на етерния слой в синьо може да се съди за образуването на пероксо комплекс. Тази реакция е много чувствителна и специфична и затова се използва широко в аналитичната химия за откриване на дихроматен йон.

Качествени реакции към хроматен йон (Cr0 4 ~)

Техническата употреба на хрома е добре известна: като легираща добавка, хромът се използва широко за производството на високоякостни стомани, никелови и медни сплави. Хроматите и дихроматите се използват широко в кожарската, текстилната, бояджийската и фармацевтичната промишленост. Оловен хромат PBCrO 4, наречен жълта корона, се използва за направата на бои. Дихроматите K 2 Cr 2 0 7 и Na 2 Cr 2 0 7 -2H 2 0, известни като хромни пикове, се използват в аналитичната химия.

Смес от равни обеми разтвор на K 2 Cr 2 0 7, наситен на студено и концентриран H 2 S0 1, се нарича хромова смес и се използва за енергично окисление.

Всички съединения на хрома са много отровни!

Откриването на хрома датира от период на бързо развитие на химични и аналитични изследвания на соли и минерали. В Русия химиците проявиха особен интерес към анализа на минерали, открити в Сибир и почти непознати в Западна Европа. Един от тези минерали е сибирската червена оловна руда (крокоит), описана от Ломоносов. Минералът е изследван, но в него не са открити нищо освен оксиди на олово, желязо и алуминий. Въпреки това, през 1797 г. Vaukelin, сварявайки фино смляна проба от минерала с поташ и утаяване на оловен карбонат, получава разтвор, оцветен в оранжево-червено. От този разтвор той кристализира рубиненочервена сол, от която се изолират оксидът и свободният метал, различни от всички известни метали. Воклен му се обади хром ( Chrome ) от гръцката дума- оцветяване, цвят; Вярно, тук се има предвид не свойство на метала, а неговите ярко оцветени соли.

Да бъдеш сред природата.

Най-важната хромна руда с практическо значение е хромитът, чийто приблизителен състав съответства на формулата FeCrO ​​​​4.

Среща се в Мала Азия, Урал, Северна Америка и Южна Африка. От техническо значение е и споменатият по-горе минерал крокоит – PbCrO 4. Хромният оксид (3) и някои от другите му съединения също се срещат в природата. В земната кора съдържанието на хром в метал е 0,03%. Хромът е открит в Слънцето, звездите и метеорити.

Физични свойства.

Хромът е бял, твърд и чуплив метал, изключително химически устойчив на киселини и основи. На въздух се окислява и има тънък прозрачен филм от оксид на повърхността. Хромът има плътност 7,1 g/cm3, температурата му на топене е +1875 0 C.

Касова бележка.

Когато хромовата желязна руда се нагрява силно с въглища, хромът и желязото се редуцират:

FeO * Cr 2 O 3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO

В резултат на тази реакция се образува хром-желязна сплав, която се характеризира с висока якост. За да се получи чист хром, той се редуцира от хромен (3) оксид с алуминий:

Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr

В този процес обикновено се използват два оксида - Cr 2 O 3 и CrO 3

Химични свойства.

Благодарение на тънкия защитен филм от оксид, покриващ повърхността на хрома, той е силно устойчив на агресивни киселини и основи. Хромът не реагира с концентрирана азотна и сярна киселина, както и с фосфорна киселина. Хромът взаимодейства с алкали при t = 600-700 o C. Въпреки това, хромът взаимодейства с разредена сярна и солна киселина, измествайки водорода:

2Cr + 3H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2

При високи температури хромът изгаря в кислород, образувайки оксид (III).

Горещият хром реагира с водна пара:

2Cr + 3H 2 O = Cr 2 O 3 + 3H 2

При високи температури хромът реагира и с халогени, халоген с водород, сяра, азот, фосфор, въглерод, силиций, бор, например:

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

Горните физични и химични свойства на хрома са намерили своето приложение в различни области на науката и технологиите. Например хромът и неговите сплави се използват за производство на високоякостни, устойчиви на корозия покрития в машиностроенето. Като металорежещи инструменти се използват сплави под формата на ферохром. Хромовите сплави са намерили приложение в медицинските технологии и в производството на химическо технологично оборудване.

Позиция на хрома в периодичната таблица на химичните елементи:

Хромът оглавява вторичната подгрупа на група VI на периодичната таблица на елементите. Електронната му формула е следната:

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

При запълването на орбиталите с електрони в атома на хрома се нарушава моделът, според който 4S орбиталата трябва първо да се запълни до състояние 4S 2. Въпреки това, поради факта, че 3d орбиталата заема по-благоприятна енергийна позиция в атома на хрома, тя се запълва до стойността 4d 5 . Това явление се наблюдава в атомите на някои други елементи от вторичните подгрупи. Хромът може да проявява степени на окисление от +1 до +6. Най-стабилни са съединенията на хрома със степен на окисление +2, +3, +6.

Съединения на двувалентен хром.

Хром (II) оксид CrO е пирофорен черен прах (пирофорност - способността да се запалва във въздуха във фино натрошено състояние). CrO се разтваря в разредена солна киселина:

CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O

Във въздуха, при нагряване над 100 0 C, CrO се превръща в Cr 2 O 3.

Солите на двувалентен хром се образуват, когато металният хром се разтвори в киселини. Тези реакции протичат в атмосфера на ниско активен газ (например H 2), т.к в присъствието на въздух лесно се получава окисление на Cr(II) до Cr(III).

Хромният хидроксид се получава под формата на жълта утайка чрез действието на алкален разтвор върху хром (II) хлорид:

CrCl 2 + 2NaOH = Cr(OH) 2 + 2NaCl

Cr(OH) 2 има основни свойства и е редуциращ агент. Хидратираният Cr2+ йон е бледосин. Водният разтвор на CrCl 2 е син на цвят. Във въздуха във водни разтвори съединенията на Cr(II) се превръщат в съединения на Cr(III). Това е особено изразено в Cr(II) хидроксид:

4Cr(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Cr(OH) 3

Съединения на тривалентен хром.

Хром (III) оксид Cr 2 O 3 е огнеупорен зелен прах. Твърдостта му е близка до корунда. В лабораторията може да се получи чрез нагряване на амониев дихромат:

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

Cr 2 O 3 е амфотерен оксид, когато се слее с основи, образува хромити: Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

Хромният хидроксид също е амфотерно съединение:

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

Безводният CrCl 3 има вид на тъмно лилави листа, напълно е неразтворим в студена вода и се разтваря много бавно при кипене. Безводният хром (III) сулфат Cr 2 (SO 4) 3 е розов на цвят и също така е слабо разтворим във вода. В присъствието на редуциращи агенти образува пурпурен хромов сулфат Cr 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O. Известни са и зелени хромови сулфатни хидрати, съдържащи по-малко вода. Хромовата стипца KCr(SO 4) 2 *12H 2 O кристализира от разтвори, съдържащи виолетов хромов сулфат и калиев сулфат. Разтвор на хромова стипца става зелен при нагряване поради образуването на сулфати.

Реакции с хром и неговите съединения

Почти всички хромни съединения и техните разтвори са интензивно оцветени. Имайки безцветен разтвор или бяла утайка, можем с голяма степен на вероятност да заключим, че хромът отсъства.

1. Нека загреем силно в пламъка на горелка върху порцеланова чаша такова количество калиев бихромат, което да се побере на върха на ножа. Солта няма да отдели вода от кристализация, но ще се стопи при температура от около 400 0 C, за да образува тъмна течност. Нека го загреем още няколко минути на силен огън. След охлаждане върху парчето се образува зелена утайка. Разтворете част от него във вода (пожълтява), а другата част оставете на парчето. Солта се разлага при нагряване, което води до образуването на разтворим жълт калиев хромат K 2 CrO 4 и зелен Cr 2 O 3.
2. Разтворете 3g калиев бихромат на прах в 50ml вода. Към една част добавете малко калиев карбонат. Той ще се разтвори с отделянето на CO 2 и цветът на разтвора ще стане светложълт. Хроматът се образува от калиев дихромат. Ако сега добавите 50% разтвор на сярна киселина на части, червено-жълтият цвят на дихромата ще се появи отново.
3. Изсипете 5 ml в епруветка. разтвор на калиев бихромат, кипете с 3 ml концентрирана солна киселина под налягане. Жълто-зелен токсичен хлорен газ се отделя от разтвора, защото хроматът ще окисли HCl до Cl 2 и H 2 O. Самият хромат ще се превърне в зелен тривалентен хромен хлорид. Той може да бъде изолиран чрез изпаряване на разтвора и след това, слят със сода и селитра, превърнат в хромат.
4. Когато се добави разтвор на оловен нитрат, се утаява жълт оловен хромат; При взаимодействие с разтвор на сребърен нитрат се образува червено-кафява утайка от сребърен хромат.
5. Добавете водороден прекис към разтвора на калиев бихромат и подкиселете разтвора със сярна киселина. Разтворът придобива тъмносин цвят поради образуването на хромен пероксид. Когато се разклати с определено количество етер, пероксидът ще се трансформира в органичен разтворител и ще го оцвети в синьо. Тази реакция е специфична за хрома и е много чувствителна. Може да се използва за откриване на хром в метали и сплави. На първо място, трябва да разтворите метала. При продължително кипене с 30% сярна киселина (можете да добавите и солна киселина), хромът и много стомани се разтварят частично. Полученият разтвор съдържа хром (III) сулфат. За да можем да извършим реакция на откриване, първо го неутрализираме със сода каустик. Утаява се сиво-зелен хром(III) хидроксид, който се разтваря в излишък от NaOH, за да образува зелен натриев хромит. Филтрирайте разтвора и добавете 30% водороден прекис. При нагряване разтворът ще пожълтее, тъй като хромитът се окислява до хромат. Подкисляването ще накара разтвора да изглежда син. Оцветеното съединение може да се екстрахира чрез разклащане с етер.

Аналитични реакции за хромни йони.

1. Добавете 2М разтвор на NaOH към 3-4 капки разтвор на хромен хлорид CrCl3, докато първоначалната утайка се разтвори. Обърнете внимание на цвета на образувания натриев хромит. Загрейте получения разтвор на водна баня. Какво става?
2. Към 2-3 капки разтвор на CrCl3 добавете равен обем 8 М разтвор на NaOH и 3-4 капки 3% разтвор на H2O2. Загрейте реакционната смес във водна баня. Какво става? Каква утайка се образува, ако полученият оцветен разтвор се неутрализира, към него се добави CH 3 COOH и след това Pb (NO 3) 2?
3. Изсипете 4-5 капки разтвори на хромов сулфат Cr 2 (SO 4) 3, IMH 2 SO 4 и KMnO 4 в епруветката. Загрейте реакционната смес за няколко минути във водна баня. Обърнете внимание на промяната в цвета на разтвора. Какво го е причинило?
4. Към 3-4 капки разтвор на K 2 Cr 2 O 7, подкислен с азотна киселина, добавете 2-3 капки разтвор на H 2 O 2 и разбъркайте. Появяващият се син цвят на разтвора се дължи на появата на перхромна киселина H 2 CrO 6:

Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O 2 + 2H + = 2H 2 CrO 6 + 3H 2 O

Обърнете внимание на бързото разлагане на H 2 CrO 6:

2H 2 CrO 6 + 8H+ = 2Cr 3+ + 3O 2 + 6H 2 O
синьо зелен цвят

Перхромната киселина е много по-стабилна в органични разтворители.

1. Към 3-4 капки разтвор на K 2 Cr 2 O 7, подкислен с азотна киселина, добавете 5 капки изоамилов алкохол, 2-3 капки разтвор на H 2 O 2 и разклатете реакционната смес. Слоят от органичен разтворител, който плава нагоре, е оцветен в ярко синьо. Цветът избледнява много бавно. Сравнете стабилността на H 2 CrO 6 в органична и водна фази.
2. Когато CrO 4 2- взаимодейства с Ba 2+ йони, се утаява жълта утайка от бариев хромат BaCrO 4.
3. Сребърният нитрат образува керемиденочервена утайка от сребърен хромат с CrO 4 2 йони.
4. Вземете три епруветки. Поставете 5-6 капки разтвор на K 2 Cr 2 O 7 в един от тях, същият обем разтвор на K 2 CrO 4 във втория и три капки от двата разтвора в третия. След това добавете три капки разтвор на калиев йодид към всяка епруветка. Обяснете резултата си. Подкиселете разтвора във втората епруветка. Какво става? Защо?

Забавни експерименти с хромни съединения

1. Смес от CuSO 4 и K 2 Cr 2 O 7 става зелена при добавяне на основа и става жълта в присъствието на киселина. Чрез нагряване на 2 mg глицерол с малко количество (NH 4) 2 Cr 2 O 7 и след това добавяне на алкохол, след филтруване се получава яркозелен разтвор, който става жълт при добавяне на киселина и става зелен в неутрална или алкална среда заобикаляща среда.
2. Поставете "рубинена смес" в центъра на консервна кутия с термит - внимателно смлян и поставен в алуминиево фолио Al 2 O 3 (4,75 g) с добавяне на Cr 2 O 3 (0,25 g). За да предотвратите по-дълго охлаждане на буркана, е необходимо да го заровите под горния ръб в пясък и след като термитът се запали и реакцията започне, покрийте го с железен лист и го покрийте с пясък. Изкопайте буркана за един ден. Резултатът е червен рубинен прах.
3. 10 g калиев дихромат се смилат с 5 g натриев или калиев нитрат и 10 g захар. Сместа се навлажнява и се смесва с колодий. Ако прахът се компресира в стъклена тръба и след това пръчката се избута и запали в края, ще започне да изпълзява „змия“, първо черна, а след охлаждане - зелена. Пръчка с диаметър 4 мм гори със скорост около 2 мм в секунда и се удължава 10 пъти.
4. Ако смесите разтвори на меден сулфат и калиев дихромат и добавите малко разтвор на амоняк, ще се образува аморфна кафява утайка от състава 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, която се разтваря в солна киселина, за да образува жълт разтвор и в излишък амоняк се получава зелен разтвор. Ако допълнително добавите алкохол към този разтвор, ще се образува зелена утайка, която след филтриране става синя, а след изсушаване - синьо-виолетова с червени искри, ясно видими при силна светлина.
5. Хромният оксид, останал след експериментите с „вулкан“ или „фараонови змии“, може да бъде регенериран. За да направите това, трябва да стопите 8 g Cr 2 O 3 и 2 g Na 2 CO 3 и 2,5 g KNO 3 и да обработите охладената сплав с вряща вода. Резултатът е разтворим хромат, който може да се превърне в други Cr(II) и Cr(VI) съединения, включително оригиналния амониев дихромат.

Примери за редокс преходи, включващи хром и неговите съединения

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

а) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O б) Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
в) 2NaCrO 2 + 3Br 2 + 8NaOH = 6NaBr + 2Na 2 CrO 4 + 4H 2 O
г) 2Na 2 CrO 4 + 2HCl = 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 = 2Cr(OH) 3
б) Cr(OH) 3 + 3HCl = CrCl 3 + 3H 2 O
в) 2CrCl 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 O = K 2 Cr 2 O 7 + 2Mn(OH) 2 + 6HCl
г) K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH = 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 = CrCl 2 + H 2 O
б) CrO + H 2 O = Cr(OH) 2
в) Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr(OH) 3
г) Cr(OH) 3 + 3HNO 3 = Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O
д) 4Сr(NO 3) 3 = 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
д) Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

Chromium елемент като художник

Химиците доста често се обръщат към проблема за създаването на изкуствени пигменти за боядисване. През 18-19 век е разработена технологията за производство на много материали за боядисване. Луи Никола Воклен през 1797 г., който открива неизвестния досега елемент хром в сибирската червена руда, приготвя нова, забележително стабилна боя - хромово зелено. Неговият хромофор е воден хром(III) оксид. Започва да се произвежда под името "изумрудено зелено" през 1837 г. По-късно L. Vauquelin предлага няколко нови бои: барит, цинк и хромово жълто. С течение на времето те бяха заменени от по-устойчиви жълти и оранжеви пигменти на базата на кадмий.

Зеленият хром е най-издръжливата и светлоустойчива боя, която не е податлива на атмосферни газове. Зеленият хром смлян в масло има голяма покривна способност и е способен да изсъхне бързо, поради което се използва от 19 век. намира широко приложение в живописта. Има голямо значение при рисуването на порцелан. Факт е, че порцелановите продукти могат да бъдат украсени както с подглазурно, така и с надглазурно боядисване. В първия случай боите се нанасят върху повърхността само на леко изпечен продукт, който след това се покрива със слой глазура. Това е последвано от основното, високотемпературно изпичане: за синтероване на порцелановата маса и разтопяване на глазурата, продуктите се нагряват до 1350 - 1450 0 C. Много малко бои могат да издържат на такава висока температура без химически промени, а в старите дни имаше само две от тях - кобалт и хром. Черен кобалтов оксид, нанесен върху повърхността на порцеланов продукт, се слива с глазурата по време на изпичане, като химически взаимодейства с нея. В резултат на това се образуват ярко сини кобалтови силикати. Всеки познава добре този украсен с кобалт син порцеланов сервиз. Хромният (III) оксид не реагира химически с компонентите на глазурата и просто лежи между порцелановите парчета и прозрачната глазура като „сляп“ слой.

В допълнение към хромово зелено, художниците използват бои, получени от volkonskoite. Този минерал от групата на монтморилонитите (глинен минерал от подкласа на сложните силикати Na(Mo,Al), Si 4 O 10 (OH) 2 е открит през 1830 г. от руския минералог Кемерер и е наречен в чест на М. Н. Волконская, дъщеря на героя от битката при Бородино, генерал Н. Н. Раевски, съпруга на декабриста С. Г. Волконски Волконскоитът е глина, съдържаща до 24% хромен оксид, както и алуминиеви и железни (III) оксиди. на минерала, открит в регионите Урал, Перм и Киров, е непоследователен.определя разнообразния му цвят - от цвета на потъмнялата през зимата ела до яркозеления цвят на блатна жаба.

Пабло Пикасо се обърна към геолозите на нашата страна с молба да проучат запасите от волконскоит, който произвежда боя с уникално свеж тон. В момента е разработен метод за производство на изкуствен волконскит. Интересно е да се отбележи, че според съвременните изследвания руските иконописци са използвали бои от този материал още през Средновековието, много преди „официалното“ му откриване. Guinier Greens (създадена през 1837 г.), чиято хромоформа е хромов оксид хидрат Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, където част от водата е химически свързана, а част е адсорбирана, също беше известна популярност сред художниците. Този пигмент придава на боята изумруден оттенък.

уебсайт, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към източника.

Хромът е преходен метал, който се използва широко в индустрията поради своята здравина и устойчивост на топлина и корозия. Тази статия ще ви даде разбиране за някои от важните свойства и приложения на този преходен метал.

Хромът принадлежи към категорията на преходните метали. Това е твърд, но чуплив стоманеносив метал с атомен номер 24. Този лъскав метал е поставен в група 6 на периодичната таблица и е обозначен със символа "Cr".

Името хром произлиза от гръцката дума chromia, което означава цвят.

В съответствие с името си, хромът образува няколко интензивно оцветени съединения. Днес практически целият комерсиално използван хром се извлича от руда железен хромит или хромов оксид (FeCr2O4).

Свойства на хрома

• Хромът е най-разпространеният елемент в земната кора, но никога не се среща в чист вид. Основно извлечен от мини като хромитни мини.

• Хромът се топи при температура 2180 K или 3465°F, а точката на кипене е 2944 K или 4840°F. атомното му тегло е 51,996 g/mol, а по скалата на Моос е 5,5.

• Хромът се среща в много степени на окисление, като +1, +2, +3, +4, +5 и +6, от които +2, +3 и +6 са най-често срещаните и +1, +4 , A +5 е рядко окисление. Степента на окисление +3 е най-стабилното състояние на хрома. Хром (III) може да се получи чрез разтваряне на елементарен хром в солна или сярна киселина.

• Този метален елемент е известен със своите уникални магнитни свойства. При стайна температура той проявява антиферомагнитно подреждане, което се проявява в други метали при относително ниски температури.

• Антиферомагнетизмът е мястото, където съседни йони, които се държат като магнити, се прикрепят към противоположни или антипаралелни механизми чрез материал. В резултат на това магнитното поле, създадено от магнитни атоми или йони, е ориентирано в една посока, отменяйки магнитните атоми или йони, подредени в противоположната посока, така че материалът да не проявява груби външни магнитни полета.

• При температури над 38°C хромът става парамагнитен, т.е. привлича се от външно магнитно поле. С други думи, хромът се привлича от външно магнитно поле при температури над 38°C.

• Хромът не се подлага на водородна крехкост, т.е. не става крехък, когато е изложен на атомарен водород. Но когато е изложен на азот, той губи своята пластичност и става крехък.

• Хромът е силно устойчив на корозия. Тънък защитен оксиден филм се образува върху повърхността на метала, когато влезе в контакт с кислорода във въздуха. Този слой предотвратява дифузията на кислород в основния материал и по този начин го предпазва от по-нататъшна корозия. Този процес се нарича пасивиране, пасивирането с хром дава устойчивост на киселини.

• Има три основни изотопа на хрома, наречени 52Cr, 53Cr и 54Cr, от които 52CR е най-често срещаният изотоп. Хромът реагира с повечето киселини, но не реагира с вода. При стайна температура той реагира с кислорода, за да образува хромен оксид.

Приложение

Производство от неръждаема стомана

Хромът има широка гама от приложения поради своята твърдост и устойчивост на корозия. Използва се основно в три отрасли – металургична, химическа и огнеупорна. Той се използва широко за производството на неръждаема стомана, тъй като предотвратява корозията. Днес той е много важен легиращ материал за стомани. Използва се и за производството на нихром, който се използва в съпротивителни нагревателни елементи поради способността му да издържа на високи температури.

Повърхностно покритие

Киселинният хромат или дихромат също се използва за покриване на повърхности. Това обикновено се прави чрез метод на галванопластика, при който тънък слой хром се нанася върху метална повърхност. Друг метод е хромирането, чрез което хроматите се използват за нанасяне на защитен слой върху определени метали като алуминий (Al), кадмий (CD), цинк (Zn), сребро, а също и магнезий (MG).

Консервиране на дърво и дъбене на кожа

Солите на хром (VI) са токсични, така че се използват за запазване на дървесината от увреждане и унищожаване от гъбички, насекоми и термити. Хром (III), особено хромова стипца или калиев сулфат, се използва в кожарската промишленост, тъй като спомага за стабилизирането на кожата.

Оцветители и пигменти

Хромът се използва и за производство на пигменти или багрила. Хром жълто и оловен хромат са били широко използвани като пигменти в миналото. Поради опасения за околната среда употребата му значително намаля и след това най-накрая беше заменена от оловни и хромирани пигменти. Други пигменти са на базата на хром, червен хром, зелен хромов оксид, който е смес от жълто и пруско синьо. Хромният оксид се използва за придаване на зеленикав цвят на стъклото.

Синтез на изкуствени рубини

Изумрудите дължат зеления си оттенък на хрома. Хромният оксид се използва и за производството на синтетични рубини. Естествените рубини са кристали от корунд или алуминиев оксид, които придобиват червен оттенък поради наличието на хром. Синтетичните или създадените от човека рубини се правят чрез допиране на хром (III) върху синтетични корундови кристали.

Биологични функции

Хром (III) или тривалентен хром е от съществено значение за човешкото тяло, но в много малки количества. Смята се, че играе важна роля в метаболизма на липидите и захарта. В момента се използва в много хранителни добавки, които твърдят, че имат няколко ползи за здравето, но това е спорен въпрос. Биологичната роля на хрома не е адекватно тествана и много експерти смятат, че той не е важен за бозайниците, докато други го разглеждат като основен микроелемент за хората.

Други употреби

Високата точка на топене и устойчивостта на топлина правят хрома идеален огнеупорен материал. Намира приложение в доменни пещи, циментови пещи и пещи за метал. Много хромни съединения се използват като катализатори за обработка на въглеводороди. Хром (IV) се използва за производство на магнитни ленти, използвани в аудио и видео касети.

Шествалентен хром или хром(VI) се нарича токсично и мутагенно вещество, а хром(IV) е известен със своите канцерогенни свойства. Хроматната сол също предизвиква алергични реакции при някои хора. Поради опасения за здравето и околната среда са наложени някои ограничения върху употребата на хромни съединения в различни части на света.

Хром (Cr), химичен елемент от VI група на периодичната система на Менделеев. Това е преходен метал с атомен номер 24 и атомна маса 51,996. В превод от гръцки името на метала означава „цвят“. Металът дължи името си на разнообразието от цветове, които са присъщи на различните му съединения.

Физични характеристики на хрома

Металът има достатъчна твърдост и едновременно с това крехкост. По скалата на Моос твърдостта на хрома се оценява на 5,5. Този показател означава, че хромът има максимална твърдост от всички метали, известни днес, след уран, иридий, волфрам и берилий. Простото вещество хром се характеризира със синкаво-бял цвят.

Металът не е рядък елемент. Концентрацията му в земната кора достига 0,02% от масата. акции Хромът никога не се среща в чиста форма. Намира се в минерали и руди, които са основният източник за добив на метали. Хромитът (хромова желязна руда, FeO*Cr 2 O 3) се счита за основното съединение на хрома. Друг доста често срещан, но по-малко важен минерал е крокоитът PbCrO 4 .

Металът може лесно да се стопи при температура от 1907 0 C (2180 0 K или 3465 0 F). При температура 2672 0 С кипи. Атомната маса на метала е 51,996 g/mol.

Хромът е уникален метал поради своите магнитни свойства. При стайна температура той проявява антиферомагнитно подреждане, докато други метали го проявяват при изключително ниски температури. Въпреки това, ако хромът се нагрее над 37 0 C, физичните свойства на хрома се променят. По този начин електрическото съпротивление и коефициентът на линейно разширение се променят значително, модулът на еластичност достига минимална стойност и вътрешното триене се увеличава значително. Това явление се свързва с преминаването на точката на Неел, при която антиферомагнитните свойства на материала могат да се променят на парамагнитни. Това означава, че първото ниво е преминато и веществото рязко е увеличило обема си.

Структурата на хрома е тялоцентрирана решетка, поради което металът се характеризира с температурата на крехко-пластичния период. Въпреки това, в случая на този метал степента на чистота е от голямо значение, следователно стойността е в диапазона -50 0 C - +350 0 C. Както показва практиката, кристализираният метал няма пластичност, но мек отгряването и формоването го правят ковък.

Химични свойства на хрома

Атомът има следната външна конфигурация: 3d 5 4s 1. По правило в съединенията хромът има следните степени на окисление: +2, +3, +6, сред които Cr 3+ проявява най-голяма стабилност.Освен това има други съединения, в които хромът проявява напълно различна степен на окисление, а именно : +1, +4, +5.

Металът не е особено химически реактивен. Когато хромът е изложен на нормални условия, металът проявява устойчивост на влага и кислород. Тази характеристика обаче не се отнася за съединението на хром и флуор - CrF 3, което, когато е изложено на температури над 600 0 C, взаимодейства с водни пари, образувайки Cr 2 O 3 в резултат на реакцията, както и азот , въглерод и сяра.

Когато металният хром се нагрява, той реагира с халогени, сяра, силиций, бор, въглерод и някои други елементи, което води до следните химични реакции на хрома:

Cr + 2F 2 = CrF 4 (с примес на CrF 5)

2Cr + 3Cl 2 = 2CrCl 3

2Cr + 3S = Cr 2 S 3

Хроматите могат да бъдат получени чрез нагряване на хром с разтопена сода на въздух, нитрати или хлорати на алкални метали:

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

Хромът не е токсичен, което не може да се каже за някои от неговите съединения. Както е известно, прахът от този метал, ако попадне в тялото, може да раздразни белите дробове, той не се абсорбира през кожата. Но тъй като не се среща в чист вид, навлизането му в човешкото тяло е невъзможно.

Тривалентният хром се освобождава в околната среда по време на добива и преработката на хромна руда. Хромът вероятно се въвежда в човешкото тяло под формата на хранителна добавка, използвана в програми за отслабване. Хромът с валентност +3 е активен участник в синтеза на глюкоза. Учените са установили, че прекомерната консумация на хром не причинява особена вреда на човешкото тяло, тъй като не се абсорбира, но може да се натрупва в тялото.

Съединенията, включващи шествалентен метал, са изключително токсични. Вероятността да навлязат в човешкото тяло се появява при производството на хромати, хромирането на предмети и при някои заваръчни работи. Поглъщането на такъв хром в тялото е изпълнено със сериозни последици, тъй като съединенията, в които присъства шествалентен елемент, са силни окислители. Поради това те могат да причинят кървене в стомаха и червата, понякога с перфорация на червата. Когато такива съединения влязат в контакт с кожата, възникват силни химични реакции под формата на изгаряния, възпаления и язви.

В зависимост от качеството на хрома, който трябва да се получи на изхода, има няколко метода за получаване на метала: електролиза на концентрирани водни разтвори на хромен оксид, електролиза на сулфати и редукция със силициев оксид. Последният метод обаче не е много популярен, тъй като произвежда хром с огромно количество примеси. Освен това не е икономически изгодно.

Инструкции

Хромът образува разпръснати масивни руди в ултраосновни скали и е химичен елемент, по-често срещан в мантията на Земята. Това е метал от дълбоките зони на нашата планета, каменните метеорити също са обогатени с него.

Известни са повече от 20 хромни минерала, но само хромните шпинели са от индустриално значение. Освен това хромът се съдържа в редица минерали, придружаващи хромовите руди, но самите те нямат практическа стойност.

Хромът е част от тъканите на растенията и животните, в листата се намира под формата на нискомолекулен комплекс и участва в метаболизма на протеини, липиди и въглехидрати. Намаленото съдържание на хром в храната води до намаляване на скоростта на растеж и намаляване на чувствителността на периферните тъкани.

Хромът кристализира в центрирана решетка. При температура около 1830°C той може да се трансформира в модификация с гранецентрирана решетка. Този елемент е химически неактивен; хромът е устойчив на кислород и влага при нормални условия.

Взаимодействието на хрома с кислорода е първо активно, след това рязко се забавя поради образуването на оксиден филм върху металната повърхност. Филмът се разрушава при 1200°C, след което започва бързо да протича окисление. При температури около 2000°C хромът образува тъмнозелен оксид.

Хромът лесно реагира с разредени разтвори на сярна и солна киселина за получаване на хромен сулфат и хлорид, които освобождават водород. Този метал образува много соли с киселини, съдържащи кислород. Хромните киселини и техните соли са силни окислители.

Суровината за производството на хром са хром шпинели, те се обогатяват и след това се сливат с калиев карбонат в присъствието на атмосферен кислород. Полученият калиев хромат се излугва с гореща вода под действието на сярна киселина, превръщайки го в дихромат. Под въздействието на концентриран разтвор на сярна киселина от дихромат се получава хромен анхидрид.

В промишлени условия чистият хром се получава чрез електролиза на хромов сулфат или концентрирани водни разтвори на неговия оксид. Хромът се отделя на катода от алуминий или неръждаема стомана. След което металът се почиства от примеси чрез обработка с чист водород при температура 1500-1700°C. В малки количества хром може да се получи чрез редуциране на хромов оксид със силиций или алуминий.

Използването на хром се основава на неговата устойчивост на корозия и топлина. Значително количество от него се използва за декоративни покрития, хромният прах се използва за производството на металокерамични изделия, както и материали за заваръчни електроди.