Характерно, что соседи хрома, так же как и он сам, широко применяются для легирования сталей.

Температура плавления хрома зависит от его чистоты. Многие исследователи пытались ее определить и получили значения от 1513 до 1920° С. Такой большой «разброс» объясняется прежде всего количеством и составом содержащихся в хроме примесей. Сейчас считают, что плавится при температуре около 1875° С. Температура кипения 2199° С. Плотность хрома меньше, чем железа; она равна 7,19.

По химическим свойствам близок к молибдену и вольфраму. Высший окисел его СrО3 - кислотный, это - ангидрид хромовой кислоты Н2СrO4. Минерал , с которого мы начинали знакомство с элементом № 24,- соль этой кислоты. Кроме хромовой, известна двухромовая кислота Н2Сr2O7, в химии широко применяются ее соли - бихроматы.

Наиболее распространенный окисел хрома Сг2О3 - амфотерен. А вообще в разных условиях может проявлять валентности от 2 до 6. Широко используются только соединения трех- и шестивалентного хрома.

Хром обладает всеми свойствами металла - хорошо проводит тепло и электрический ток, имеет характерный металлический блеск. Главная особенность хрома - его устойчивость к действию кислот и кислорода.

Для тех, кто постоянно имеет дело с хромом, стала притчей во языцех еще одна его особенность: при температуре около 37° С некоторые физические свойства этого металла резко, скачкообразно меняются. При этой температуре - явно выраженный максимум внутреннего трения и минимум модуля упругости. Почти также резко изменяются электросопротивление, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила.

Объяснить эту аномалию ученые пока не могут.

Известны четыре природных изотопа хрома. Их массовые числа 50, 52, 53 и 54. Доля самого распространенного изотопа 52Сг - около 84%.

Хром в сплавах

Вероятно, было бы противоестественным, если бы рассказ о применении хрома и его соединений начался не со стали, а с чего-либо иного. Хром - один из самых важных легирующих элементов, применяемых в черной металлургии. Добавка хрома к обычным сталям (до 5% Сг) улучшает их физические свойства и делает металл более восприимчивым к термической обработке. Хромом легируют пружинные, рессорные, инструментальные, штамповые и шарикоподшипниковые стали. В них (кроме шарикоподшипниковых сталей) хром присутствует вместе с марганцем, молибденом, никелем, ванадием. А шарикоподшипниковые стали содержат лишь хром (около 1,5%) и (около 1 %). Последний образует с хромом карбиды исключительной твердости: Сг3С, Сг7С3 и Сг23С6. Они придают шарикоподшипниковой стали высокую износостойкость.

Если содержание хрома в стали повысить до 10% и более, сталь становится более стойкой к окислению и коррозии, но здесь вступает в силу фактор, который можно назвать углеродным ограничением. Способность углерода связывать большие количества хрома приводит к обеднению стали этим элементом. Поэтому металлурги оказываются перед дилеммой: хочешь получить коррозионную стойкость - уменьшай содержание углерода и теряй на износостойкости и твердости.

Нержавеющая сталь самой распространенной марки содержит 18% хрома и 8% никеля. Содержание углерода в ней очень невелико -до 0,1%. Нержавеющие стали хорошо противостоят коррозии и окислению, сохраняют прочность при высоких температурах. Из листов такой стали сделана скульптурная группа В. И. Мухиной «Рабочий и колхозница», которая установлена в Москве у Северного входа на Выставку достижений народного хозяйства. Нержавеющие стали широко используются в химической и нефтяной промышленности.

Высокохромистые стали (содержащие 25-30% Сr) обладают особой стойкостью к окислению при высокой температуре. Их применяют для изготовления деталей нагревательных печей.

Теперь несколько слов о сплавах на основе хрома. Это , содержащие более 50% хрома. Они обладают весьма высокой жаропрочностью. Однако у них есть очень большой недостаток, сводящий на нет все преимущества: эти очень чувствительны к поверхностным дефектам: достаточно появиться царапине, микротрещине, и изделие быстро разрушится под нагрузкой. У большинства сплавов подобные недостатки устраняются термомеханической обработкой, но на основе хрома такой обработке не поддаются. Кроме того, они чересчур хрупки при комнатной температуре, что также ограничивает возможности их применения.

Более ценны сплавы хрома с никелем (в них часто вводятся как легирующие добавки и другие элементы). Самые распространенные сплавы этой группы - нихромы содержат до 20% хрома (остальное ) и применяются для изготовления нагревательных элементов. У нихромов - большое для металлов электросопротивление, при пропускании тока они сильно нагреваются.

Добавка к хромоникелевым сплавам молибдена и кобальта позволяет получить материалы, обладающие высокой жаропрочностью, способностью выносить большие нагрузки при 650-900° С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин. Жаропрочностью обладают также хромокобальтовые сплавы, содержащие 25-30% хрома. Промышленность использует хром и как материал для антикоррозионных и декоративных покрытий.

Описание

Хром, как химический элемент представляет собой твердое металлическое вещество голубовато-белого цвета (см. фото). Он не окисляется при контакте с воздухом. Иногда его относят к черным металлам. Название свое он заслужил благодаря разнообразным комбинациям цвета своих соединений, и происходит оно от греческого слова chroma – цвет. Интересный факт, что слог «хром» применяется во многих сферах жизни. Например, слово «хромосома» (с греч.) – «тело, которое окрашивается».

Открытие этого элемента приходится на 1797 год и принадлежит Л.Н. Воклену. Он обнаружил его в минерале крокоите.

Большой природный запас хрома находится в земной коре, что не скажешь о морской воде. Страны, которые обладают этими запасами - это ЮАР, Зимбабве, США, Турция, Мадагаскар и другие. Биогенные соединения этого микроэлемента входят в состав тканей растений и животных, причем большее содержание приходится на животных.

Важное влияние хрома на организм человека было определено после проведения опыта на крысах в конце 1950-х годов. Двое ученых, Щварц и Мерц, в качестве эксперимента кормили крыс пищей, скудной на хром, что привело к появлению у животных непереносимости сахара, но при добавлении его в рацион, эти симптомы исчезали.

Действие хрома и его роль в организме

Хром в организме человека задействован во многих сферах и имеет очень важную роль, однако основная его задача заключается в поддержке нормального баланса сахара в сыворотке крови. Это происходит за счет усиления процесса обмена углеводов путем облегчения транспортировки глюкозы внутрь клетки. Данное явление носит название глюкотолерантный фактор (ГТФ). Минерал раздражает рецепторы клетки по отношению к инсулину, который легче вступает с ней в взаимодействие, при этом уменьшается его потребность для организма. Поэтому микроэлемент так жизненно важен для диабетиков, особенно со II типом болезни (инсулин-независимым), так как их способность пополнять запасы хрома с пищей очень мала. Даже, если человек не болен диабетом, но у него присутствуют проблемы с обменом веществ, то он автоматически попадает в категорию риска и его состояние расценивается как диабетоподобное.

Выходит, что положительное действие хрома проявляется во всех недугах, связанных со слабым взаимодействием организма с инсулином. Такими болезнями являются гипергликемия (гипогликемия), ожирение, гастриты, колиты, язвы, болезнь Крона, болезнь Миньера, рассеянный склероз, мигрени, эпилепсия, инсульт, гипертония.

Хром участвует в синтезе нуклеиновых кислот и тем самым поддерживает целостность структуры РНК и ДНК, которые несут информацию о генах и отвечают за наследственность.

Если у человека проявляется йододефицит и восполнить его нет возможности - хром может его заменить, что очень важно для нормального функционирования щитовидной железы, которая в свою очередь отвечает за правильный обмен веществ.

Хром снижает риск развития многих сердечнососудистых заболеваний. Как он действует? Макроэлемент принимает участие в метаболизме липидов. Он расщепляет вредный холестерин низкой плотности, который забивает сосуды, тем самым препятствуя нормальной циркуляции крови. При этом повышается содержание холестерина, который выполняет положительные функции в организме.

Повышая степень содержания стероидного гормона, минерал укрепляет кости . В связи с этим полезным свойством ним лечат остеопороз. Хром в сочетании с витамином С участвует в процессе регулирования внутриглазного давления и стимулирует транспортировку глюкозы к кристаллику глаза. Эти свойства позволяют использовать данное химическое вещество в лечебных процессах против глаукомы и катаракты.

Цинк, железо и ванадий оказывают отрицательное воздействие на попадание хрома в тело человека. Для своей транспортировки в крови он образует связь с белковым соединением трансферрином, который, в случае конкуренции хрома с вышеперечисленными элементами, выберет последнего. Поэтому в организме человека с переизбытком железа, всегда присутствует дефицит хрома, что может ухудшить состояние при диабете.

Основная его часть содержится в органах и тканях, а в крови – в десятки раз меньше. Поэтому, если в организме происходит пересыщение глюкозой, то количество макроэлемента в крови резко увеличивается за счет его передислокации из органов-накопителей.

Суточная норма

Физиологическая потребность в минерале обусловлена возрастом и полом человека. В раннем грудном возрасте эта потребность отсутствует, так как у младенцев он накопился еще до рождения и расходуется до 1 года. Далее, для малышей в возрасте 1-2 лет эта норма составляет 11 мкг в сутки. С 3 до 11 лет - это 15 мкг/сутки. В среднем возрасте (11-14 лет) потребность увеличивается до 25 мкг/сутки, а в подростковом (14-18 лет) - до 35 мкг/сутки. Что же касается взрослого человека, тут уж отметка достигает 50 мкг/сутки.

В норме содержание хрома в организме должно быть около 6 мг. Но даже если придерживаться правильного питания, достижение нормы очень затруднительно. Только в органических соединениях идет усваивание микроэлементов, а способствуют этому процессу аминокислоты, которые находятся только в растениях. Поэтому лучшие источники этого минерала находятся в пище, в натуральных продуктах.

Если доза составляет более 200 мг, то он становится токсичен, а 3 г - смертельны.

Недостаток или дефицит хрома

Есть несколько причин возникновения недостатка минерала в организме. Из-за внедрения в почву определенных удобрений она пересыщена щелочными соединениями, что уменьшает содержание элемента в нашем рационе питания. Но даже если поступление этого минерала с продуктами полноценно, усвоение хрома будет затруднено при нарушенном обмене веществ. Также недостаток может возникнуть и по причине тяжелых физических нагрузок, в состоянии беременности, стрессовых состояниях - в случаях, когда минерал активно расходуется и необходимы дополнительные источники для его пополнения.

При нехватке микроэлемента глюкоза усваивается неэффективно, поэтому ее содержание может быть занижено (гипогликемия) или завышено (гипергликемия). Повышается уровень холестерина и сахара в крови. Это приводит к повышенной тяге к сладкому - организм требует углеводов и не только «сладких». Чрезмерное употребление углеводов ведет к еще более значительной потере хрома - замкнутый круг. В конце концов, возникают такие болезни, как избыточный вес (в случае гипогликемии - резкое похудение), сахарный диабет, атеросклероз.

Также при недостатке хрома можно наблюдать такие последствия (симптомы):

нарушение сна, беспокойные состояния;
головные боли;
задержка роста;
нарушение зрения;
снижение чувствительности ног и рук;
нарушается работа нервно-мышечных комплексов;
снижается репродуктивная функция у мужского пола;
наблюдается чрезмерная утомляемость.

При дефиците хрома, если нет возможности пополнить его запасы с приемами пищи, необходимо добавлять в свой рацион биодобавки, но перед употреблением нужно провести консультации с доктором о дозах и способах приема.

Избыток хрома - в чем его вред?

В основном переизбыток хрома в органах и тканях происходит из-за отравления на предприятиях, в технологический процесс которых входит наличие хрома и его пыли. Люди, которые работают на вредных производствах и контактируют с этим элементом, болеют раком дыхательных путей в десятки раз чаще, так как хром воздействует на хромосомы и соответственно на структуру клеток. Соединения хрома также присутствуют в шлаках и медной пыли, что проводит к астматическим болезням.

Дополнительная опасность переизбытка микроэлемента может появиться при неправильном приеме биодобавок без рекомендации врача. Если у человека наблюдается дефицит цинка или железа, то вместо них всасывается чрезмерное количество хрома.

Помимо вышеперечисленных недугов, избыто хрома может быть вреден еще и тем, что могут появиться язвы на слизистых оболочках, аллергии, экземы и дерматиты, нервные расстройства.

В каких пищевых источниках содержится?

Из каких пищевых продуктов можно пополнить запас хрома? Самый ценный продукт в этом случае - это пивные дрожжи, причем можно употреблять и пиво, но в разумных пределах без вреда для здоровья. Также богаты на этот микроэлемент печень, орехи, морепродукты, проросшие зерна пшеницы, арахисовое масло, перловка, ячмень, говядина, яйца, сыр, грибы, хлеб из муки грубого помола. Из овощей выделяют капуста, репчатый лук, редис, бобовые, зеленый горошек, помидоры, кукуруза, ревень, свекла, а из фруктов и ягод - это рябина, яблоки, голубика, виноград, черника, облепиха. Заваривая чайки из лекарственных растений (сушеницы, мелиссы), можно тоже подзарядиться хромом.

Бедны на этот микроэлемент высокоочищенные продукты: сахар, макароны, мука тонкого помола, кукурузные хлопья, молоко, масло, маргарин. Вообще, пища с большим содержанием жиров всегда беднее на микроэлементы, чем пища с пониженным их содержанием. И еще, в продуктах хром сохранится лучше, если приготовлены они были в посуде из нержавеющей стали.

Показания к применению препаратов хрома

Хром (препараты с хромом) назначают как для профилактики, так и для лечения внутренних болезней:

нарушение обмена веществ: сахарный диабет, ожирение;
заболевания кишечника;
болезни печени и сопутствующих ей органов;
сердечно сосудистая патология;
воспалительные процессы в мочевыводящих путях и заболевания почек;
аллергические состояния, сопровождающиеся дисбактериозом;
различные формы иммунодефицита.

Также хром назначается в соответствии со следующими показаниями:

для профилактики болезней сердца и онкологических предрасположенностей;
для защиты от болезни Паркинсона и при депрессии;
как вспомогательное средство при похудении;
для укрепления иммунной системы;
для устранения негативных последствий воздействия окружающей среды;
при состояниях, сопровождающихся повышенным потреблением хрома (беременность, лактация, период роста и полового созревания, тяжелые физические нагрузки).

Хром

Элемент №24. Один из самых твердых металлов. Обладает высокой химической стойкостью. Один из важнейших металлов, используемых в производстве легированных сталей. Большинство соединений хрома имеет яркую окраску, причем самых разных цветов. За эту особенность элемент и был назван хромом, что в переводе с греческого означает «краска».

Как его нашли

Минерал, содержащий хром, был открыт близ Екатеринбурга в 1766 г. И.Г. Леманном и назван «сибирским красным свинцом». Сейчас этот минерал называется крокоитом. Известен и его состав – РbCrО 4 . А в свое время «сибирский красный свинец» вызвал немало разногласий среди ученых. Тридцать лет спорили о его составе, пока, наконец, в 1797 г. французский химик Луи Никола Воклен не выделил из него металл, который (тоже, кстати, после некоторых споров) назвали хромом.

Воклен обработал крокоит поташем К 2 CO 3: хромат свинца превратился в хромат калия. Затем с помощью соляной кислоты хромат калия был превращен в окись хрома и воду (хромовая кислота существует только в разбавленных растворах). Нагрев зеленый порошок окиси хрома в графитовом тигле с углем, Воклен получил новый тугоплавкий металл.

Парижская академия наук по всей форме засвидетельствовала открытие. Но, скорее всего, Воклен выделил не элементарный хром, а его карбиды. Об этом свидетельствует иглообразная форма полученных Вокленом светлосерых кристаллов.

Название «хром» предложили друзья Воклена, но оно ему не понравилось – металл не отличался особым цветом. Однако друзьям удалось уговорить химика, ссылаясь на то, что из ярко окрашенных соединений хрома можно получать хорошие краски. (Кстати, именно в работах Воклена впервые объяснена изумрудная окраска некоторых природных силикатов бериллия и алюминия; их, как выяснил Воклен, окрашивали примеси соединений хрома.) Так и утвердилось за новым элементом это название.

Между прочим, слог «хром», именно в смысле «окрашенный», входит во многие научные, технические и даже музыкальные термины. Широко известны фотопленки «изопанхром», «панхром» и «ортохром». Слово «хромосома» в переводе с греческого означает «тело, которое окрашивается». Есть «хроматическая» гамма (в музыке) и есть гармоника «хромка».

Где он находится

В земной коре хрома довольно много – 0,02%. Основной минерал, из которого промышленность получает хром, – это хромовая шпинель переменного состава с общей формулой (Mg, Fe) О · (Сr, Al, Fе) 2 O 3 . Хромовая руда носит название хромитов или хромистого железняка (потому, что почти всегда содержит и железо). Залежи хромовых руд есть во многих местах. Наша страна обладает огромными запасами хромитов. Одно из самых больших месторождений находится в Казахстане, в районе Актюбинска; оно открыто в 1936 г. Значительные запасы хромовых руд есть и на Урале.

Хромиты идут большей частью на выплавку феррохрома. Это – один из самых важных ферросплавов, абсолютно необходимый для массового производства легированных сталей.

Ферросплавы – сплавы железа с другими элементами, применяемыми главным обрядом для легирования и раскисления стали. Феррохром содержит не менее 60% Cr.

Царская Россия почти не производила ферросплавов. На нескольких доменных печах южных заводов выплавляли низкопроцентные (по легирующему металлу) ферросилиций и ферромарганец. Да еще на реке Сатке, что течет на Южном Урале, в 1910 г. был построен крошечный заводик, выплавлявший мизерные количества ферромарганца и феррохрома.

Молодой Советской стране в первые годы развития приходилось ввозить ферросплавы из-за рубежа. Такая зависимость от капиталистических стран была недопустимой. Уже в 1927...1928 гг. началось сооружение советских ферросплавных заводов. В конце 1930 г. была построена первая крупная ферросплавная печь в Челябинске, а в 1931 г. вступил в строй Челябинский завод – первенец ферросплавной промышленности СССР. В 1933 г. были пущены еще два завода – в Запорожье и Зестафони. Это позволило прекратить ввоз ферросплавов. Всего за несколько лет в Советском Союзе было организовано производство множества видов специальных сталей – шарикоподшипниковой, жароупорной, нержавеющей, автотракторной, быстрорежущей... Во все эти стали входит хром.

На XVII съезде партии нарком тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе говорил: «...если бы у нас не было качественных сталей, у нас не было бы автотракторной промышленности. Стоимость расходуемых нами сейчас качественных сталей определяется свыше 400 млн руб. Если бы надо было ввозить, это – 400 млн руб. ежегодно, вы бы, черт побери, в кабалу попали к капиталистам...»

Завод на базе Актюбинского месторождения построен позже, в годы Великой Отечественной войны. Первую плавку феррохрома он дал 20 января 1943 г. В сооружении завода принимали участие трудящиеся города Актюбинска. Стройка была объявлена народной. Феррохром нового завода шел на изготовление металла для танков и пушек, для нужд фронта.

Прошли годы. Сейчас Актюбинский ферросплавный завод – крупнейшее предприятие, выпускающее феррохром всех марок. На заводе выросли высококвалифицированные национальные кадры металлургов. Из года в год завод и хромитовые рудники наращивают мощность, обеспечивая нашу черную металлургию высококачественным феррохромом.

В нашей стране есть уникальное месторождение природнолегированных железных руд, богатых хромом и никелем. Оно находится в оренбургских степях. На базе этого месторождения построен и работает Орско-Халиловский металлургический комбинат. В доменных печах комбината выплавляют природнолегированный чугун, обладающий высокой жароупорностью. Частично его используют в виде литья, но большую часть отправляют на передел в никелевую сталь; хром при выплавке стали из чугуна выгорает.

Большими запасами хромитов располагают Куба, Югославия, многие страны Азии и Африки.

Как его получают

Хромит применяется преимущественно в трех отраслях промышленности: металлургии, химии и производстве огнеупоров, причем металлургия потребляет примерно две трети всего хромита.

Сталь, легированная хромом, обладает повышенной прочностью, стойкостью против коррозии в агрессивных и окислительных средах.

Получение чистого хрома – дорогой и трудоемкий процесс. Поэтому для легирования стали применяют главным образом феррохром, который получают в дуговых электропечах непосредственно из хромита. Восстановителем служит кокс. Содержание окиси хрома в хромите должно быть не ниже 48%, а отношениеCr: Fe не менее 3: 1.

Полученный в электропечи феррохром обычно содержит до 80% хрома и 4...7% углерода (остальное – железо).

Но для легирования многих качественных сталей нужен феррохром, содержащий мало углерода (о причинах этого – ниже, в главе «Хром в сплавах»). Поэтому часть высокоуглеродистого феррохрома подвергают специальной обработке, чтобы снизить содержание углерода в нем до десятых и сотых долей процента.

Из хромита получают и элементарный, металлический хром. Производство технически чистого хрома (97...99%) основано на методе алюминотермии, открытом еще в 1865 г. известным русским химиком Н.Н. Бекетовым. Сущность метода – в восстановлении окислов алюминием, реакция сопровождается значительным выделением тепла.

Но предварительно надо получить чистую окись хрома Сr 2 О 3 . Для этого тонко измельченный хромит смешивают с содой и добавляют к этой смеси известняк или окись железа. Вся масса обжигается, причем образуется хромат натрия:

2Сr 2 О 3 + 4Na 2 CO 3 + 3О 2 → 4Na 2 CrO 4 + 4CO 2 .

Затем хромат натрия выщелачивают из обожженной массы водой; щелок фильтруют, упаривают и обрабатывают кислотой. В результате получается бихромат натрия Na 2 Cr 2 O 7 . Восстанавливая его серой или углеродом при нагревании, получают зеленую окись хрома.

Металлический хром можно получить, если чистую окись хрома смешать с порошком алюминия, нагреть эту смесь в тигле до 500...600°C и поджечь с помощью перекиси бария, Алюминий отнимает у окиси хрома кислород. Эта реакция Сr 2 О 3 + 2Аl → Аl 2 O 3 + 2Сr – основа промышленного (алюминотермического) способа получения хрома, хотя, конечно, заводская технология значительно сложнее. Хром, полученный алюминотермически, содержит алюминия и железа десятые доли процента, а кремния, углерода и серы – сотые доли процента.

Используют также силикотермический способ получения технически чистого хрома. В этом случае хром из окиси восстанавливается кремнием по реакции

2Сr 2 О 3 + 3Si → 3SiO 2 + 4Сr.

Эта реакция происходит в дуговых печах. Для связывания кремнезема в шихту добавляют известняк. Чистота силикотермического хрома примерно такая же, как и алюминотермического, хотя, разумеется, содержание в нем кремния несколько выше, а алюминия несколько ниже. Для получения хрома пытались применить и другие восстановители – углерод, водород, магний. Однако эти способы не получили широкого распространения.

Хром высокой степени чистоты (примерно 99,8%) получают электролитически.

Технически чистый и электролитический хром идет главным образом на производство сложных хромовых сплавов.

Константы и свойства хрома

Атомная масса хрома 51,996. В менделеевской таблице он занимает место в шестой группе. Его ближайшие соседи и аналоги – молибден и вольфрам. Характерно, что соседи хрома, так же как и он сам, широко применяются для легирования сталей.

Температура плавления хрома зависит от его чистоты. Многие исследователи пытались ее определить и получили значения от 1513 до 1920°C. Такой большой «разброс» объясняется прежде всего количеством и составом содержащихся в хроме примесей. Сейчас считают, что хром плавится при температуре около 1875°C. Температура кипения 2199°C. Плотность хрома меньше, чем железа; она равна 7,19.

По химическим свойствам хром близок к молибдену и вольфраму. Высший окисел его CrО 3 – кислотный, это – ангидрид хромовой кислоты Н 2 CrО 4 . Минерал крокоит, с которого мы начинали знакомство с элементом №24, – соль этой кислоты. Кроме хромовой, известна двухромовая кислота H 2 Cr 2 O 7 , в химии широко применяются ее соли – бихроматы. Наиболее распространенный окисел хрома Cr 2 О 3 – амфотерен. А вообще в разных условиях хром может проявлять валентности от 2 до 6. Широко используются только соединения трех- и шестивалентного хрома.

Хром – тугоплавкий, очень твердый металл, обладающий необыкновенной стойкостью к коррозии. Эти уникальные качества и обеспечили ему столь высокую востребованность в промышленности и строительстве.

Потребитель чаще всего знаком не с изделиями из хрома, а с предметами, покрытыми тонким слоем металла. Ослепительный зеркальный блеск такого покрытия привлекателен сам по себе, однако имеет и чисто практическое значение. Хром устойчив к коррозии и способен защитить сплавы и металлы от ржавчины.

И сегодня мы ответим на вопросы о том, хром — это металл или неметалл, и если металл, то какой: черный или цветной, тяжелый или легкий. Также мы расскажем в каком виде хром встречается в природе, и каковы отличия хрома от и других подобных металлов.

Для начала поговорим о том, как выглядит хром, каковы металлы его содержащие, и в чем особенность такого вещества. Хром — это типичный металл серебристо-голубоватого цвета, тяжелый, по плотности превосходит , к тому же относится к категории тугоплавких – температура его плавления и кипения очень велики.

Элемент хром размещается в побочной подгруппе 6 группы в 4 периоде. Близок по свойствам к молибдену и вольфраму, хотя имеет и заметные отличия. Последние чаще всего проявляют лишь высшую степень окисления, в то время как хром проявляет валентность и два, и три, и шесть. Это означает, что элемент образует множество разнообразных соединений.

Именно соединения и дали название самому элементу – от греческого краска, цвет. Дело в том, что его соли и оксиды окрашены в самые разнообразные яркие цвета.

Данное видео расскажет о том, что такое хром:

Особенности и отличия по сравнению с другими металлами

При изучении металла наибольший интерес вызывали 2 свойства вещества: твердость и тугоплавкость. Хром относится к наиболее твердым металлам – занимает пятое место и уступает урану, иридию, вольфраму и бериллию. Однако качество это оказалось невостребованным, поскольку у металла были обнаружены более важные для промышленности свойства.

Хром плавится при 1907 С. Вольфраму или молибдену по этому показателю он уступает, но все равно относится к тугоплавким веществам. Правда, на температуру его плавления сильно влияют примеси.

Как многие из металлов, устойчивых к коррозии, хром образует на воздухе тонкую и очень плотную оксидную пленку. Последняя прикрывает доступ кислорода, азота и влаги к веществу, что и делает его неуязвимым. Особенность в том, что это качество он передает своему сплаву с : в присутствии элемента увеличивается потенциал а-фазы железа и в итоге сталь на воздухе тоже покрывается плотной оксидной пленкой. Это и есть секрет стойкости нержавеющей .
Являясь тугоплавким веществом, металл повышает и температуру плавления сплава. Жаропрочные и жаростойкие стали обязательно включают долю хрома, причем порой очень большую – до 60%. Еще более сильный эффект оказывает добавка и , и хрома.
Хром образует сплавы и со своими собратьями по группе – молибденом и вольфрамом. Их используют для покрытия деталей, где требуется особенно высокая износостойкость в условиях высокой температуры.

Достоинства и недостатки хрома описаны ниже.

Хром как металл (фото)

Достоинства

Как и всякое другое вещество, металл обладает своими достоинствами и недостатками, а их совокупность определяет его использование.

Безусловный плюс вещества – коррозийная стойкость и возможность передавать это свойство своим сплавам. Хромовые нержавеющие стали имеют огромное значение, поскольку разом решили целый ряд проблем при строительстве судов, подводных лодок, каркасов зданий и так далее.
Устойчивость к коррозии обеспечивают другим способом – покрывают предмет тонким слоем металла. Популярность этого метода очень велика, на сегодня существует не меньше десятка способов хромирования в разных условиях и для получения разного результата.
Хромовый слой создает яркий зеркальный блеск, так что к хромированию прибегают не только для целей защиты сплава от коррозии, но и для получения эстетичного внешнего вида. Причем современные методы хромирования позволяют создать покрытие на любом материале – не только на металле, но и на пластике, и на керамике.
Получение жаропрочной стали при добавке хрома тоже стоит отнести к достоинствам вещества. Есть множество областей, где металлические детали должны работать при высоких температурах, а железо само по себе такой стойкостью к нагрузкам при температуре не обладает.
Из всех тугоплавких веществ он наиболее устойчив к кислотам и основаниям.
Плюсом вещества можно считать и его распространенность – 0,02% в земной коре, и относительно простой способ добычи и получения. Конечно, он требует энергозатрат, но не сравнить со сложной , например.

Недостатки

К недостаткам стоит отнести качества, не позволяющие в полной мере использовать все свойства хрома.

В первую очередь, это сильная зависимость физических, а не только химических свойств от примесей. Даже температуру плавления металла было сложно установить, так как при наличии ничтожной доли азота или углерода показатель заметно менялся.
Несмотря на более высокую электропроводность по сравнению с , хром гораздо меньше используется в электротехнике и стоимость его довольно высока. Изготовить из него что-либо намного труднее: высокая температура плавления и твердость заметно ограничивают применение.
Чистый хром является ковким металлом, содержащий примеси становится очень твердым. Чтобы получить хотя бы относительно пластичный металл, его приходится подвергать дополнительной обработке, что, конечно, увеличивает расходы на изготовление.

Структура металла

Кристалл хрома имеет объемно-центрированную кубическую решетку, а=0,28845 нм. Выше температуры в 1830 С можно получить модификацию с гранецентрированной кубической решеткой.

При температуре в +38 С фиксируется фазовый переход второго рода с увеличением объема. При этом кристаллическая решетка вещества не изменяется, а вот его магнитные свойства становятся совершенно другими. До этой температуры – точки Нееля, хром проявляет свойства антиферромагнетика, то есть, является веществом, которое намагнитить практически невозможно. Выше точки Нееля металл становится типичным парамагнетиком, то есть, проявляет магнитные свойства в присутствии магнитного поля.

Свойства и характеристики

В нормальных условиях металл довольно инертен – и благодаря оксидной пленке и просто по природе своей. Однако при повышении температуры вступает в реакцию и с простыми веществами, и с кислотами, и с основаниями. Его соединения очень разнообразны и применяются очень широко. Физические характеристики металла, как упоминалось, сильно зависят от количества примесей. На практике дело имеют с хромом с чистотой до 99,5%. таковы:

температура плавления – 1907 С. Эта величина служит границей между тугоплавкими и обычными веществами;
температура кипения – 2671 С;
твердость по шкале Мооса – 5;
электропроводность – 9 · 106 1/(Ом м). По этому показателю хром уступает только серебру, и золоту;
удельное сопротивление –127 (Ом мм2)/м;
теплопроводность вещества составляет 93,7 Вт/(м K);
удельная теплоемкость –45 Дж/(г K).

Теплофизические характеристики вещества несколько аномальны. В точке Нееля, где изменяется объем металла, коэффициент его теплового расширения резко увеличивается и продолжает расти с увлечением температуры. Также аномально ведет себя и теплопроводность – падает в точке Нееля и уменьшается при нагреве.

Элемент относится к числу необходимых: в человеческом организме ионы хрома являются участниками углеводного обмена и процесса регулировки выделения инсулина. Суточная доза составляет 50–200 мкг.

Хром нетоксичен, хотя в виде металлического порошка может вызвать раздражение слизистой. Трехвалентные его соединения тоже относительно безопасны и даже применяются в пищевой и спортивной промышленности. А вот шестивалентные для человека являются ядом, вызывают тяжелые поражения дыхательных путей и ЖКТ.

О производстве и цене на металл хром за кг сегодня мы поговорим далее.

В этом видеоролике будет показано, является ли покрытие хромовым:

Производство

В большом количестве разных минералов – часто сопровождает и . Однако его содержание недостаточное, чтобы иметь промышленное значение. Перспективными являются лишь породы, включающие не менее 40% элемента, поэтому пригодных для добычи минералов немного, в основном это хромовый железняк или хромит.

Добывают минерал шахтным и карьерным методом в зависимости от глубины залегания. А так как руда изначально содержит большую долю металла, то практически никогда не обогащается, что, соответственно, упрощает и удешевляет процесс производства.

Для легирования стали используется около 70% добытого металла. Причем применяют его зачастую не в чистом виде, а в виде феррохрома. Последний можно получить прямо в шахтной электропечи или доменной – так получают углеродистый феррохром. Если требуется соединение с низким содержанием углерода, прибегают к алюминотермическому методу.

Этим способом получают и чистый хром, и феррохром. Для этого в плавильную шахту загружают шихту, включающую хромистый железняк, оксид хрома, натриевую селитру и . Первую порцию – запальная смесь, поджигают, а остальную часть шихты загружают в расплав. В конце добавляют флюс – известь, чтоб облегчить извлечение хрома. Плавка занимает около 20 минут. После некоторого охлаждения шахту наклоняют, выпускают шлак, снова возвращают в исходное положение и вновь наклоняют, теперь уже в изложницу выводится и хром, и шлак. После охлаждения полученный блок разделяют.
Применяют и другой метод – металлотермической плавки. Проводится она в электропечи в поворачивающейся шахте. Шихту здесь разделяют на 3 части, каждая отличается составом. Этот метод позволяет извлечь большее количество хрома, но, главное – сокращает расход .
Если же требуется получить химически чистый металл, прибегают к лабораторному методу: высаживают кристаллы путем электролиза растворов хроматов.

Стоимость металла хром за 1 кг заметно колеблется, поскольку зависит от объема выпускаемого металлопроката – главного потребителя элемента. В январе 2017 года 1 тонна металла оценивалась в 7655 $.

Применение

Категории

Итак, . Основной потребитель хрома – черная металлургия. Связано это со способностью металла передавать такие свои свойства, как стойкость к коррозии и твердость своим сплавам. Причем влияние он оказывает при добавлении в очень небольших количествах.

Все сплавы хрома и железа разделяют на 2 категории:

низколегированные – с долей хрома до 1,6%. В этом случае хром добавляет стали прочности и твердости. Если у обычной стали предел прочности составит 400–580 МПа, то та же марка стали с добавкой 1% вещества продемонстрирует предел равный 1000 МПа;
высоколегированные – содержат более 12% хрома. Здесь металл обеспечивает сплаву такую же стойкость к коррозии, какой обладает сам. Все нержавеющие стали называют хромовыми, поскольку именно этот элемент обеспечивает это качество.

Низколегированные стали относятся к конструкционным: из них изготавливают многочисленные детали машин – валы, зубчатые колеса, толкатели и так далее. Сфера использования нержавеющей стали огромна: металлические части турбин, корпуса корабля и подводных лодок, камеры сгорания, крепеж любого рода, трубы, швеллеры, уголки, листовая сталь и так далее.

Кроме того, хром увеличивает стойкость сплава к температуре: при содержании вещества от 30 до 66%, изделия из жаропрочной стали может выполнять свои функции при нагреве до 1200 С. Это материал для клапанов поршневых двигателей, для крепежа, для деталей турбин и прочего.

Если 70% хрома уходит на нужды металлургии, то остальные почти 30% используются для хромирования. Суть процесса сводится к нанесению на поверхность предмета из металла тонкого слоя хрома. Используются для этого самые разные методы, многие доступны домашним мастерам.

Хромирование

Хромирование можно разделить на 2 категории:

функциональное – его целью является предупредить коррозию изделия. Толщина слоя здесь больше, так что процесс хромирования занимает больше времени – порой до 24 часов. Кроме того, что хромовый слой предупредит ржавление, он заметно увеличивает износостойкость детали;
декоративное – хром создает зеркально-блестящую поверхность. Автолюбители и мотогонщики редко когда отказываются от возможности украсить свою машину хромированными деталями. Слой декоративности покрытия намного тоньше – до 0,0005 мм.

Хромирование активно используется в современном строительстве и при изготовлении мебели. Фурнитура с зеркальным покрытием, аксессуары ванной и кухни, кухонная утварь, детали мебели – изделия с хромовым покрытием на редкость популярны. А так как благодаря современным методом хромирования, покрытие можно создать буквально на любом предмете, появились и несколько нетипичные методы применения. Так, например, хромированную сантехнику к тривиальным решениям отнести нельзя.

Хром – металл с очень необычными свойствами, причем его качества востребованы в промышленности. В большинстве своем интерес представляют его сплавы и соединения, что лишь повышает значение металла для народного хозяйства.

Про снятие хрома с металла расскажет видео ниже:

Хром

Историческая справка

Металлический хром получают восстановлением его из оксида с помощью алюминия (алюминотермия):

С этой целью используют хромистый железняк. Вначале его сплавляют с содой в присутствии кислорода, и далее образующий хромат натрия восстанавливают углеродом до оксида хрома:

Свойства хрома и его соединений. Хром - белый, с сероватым оттенком блестящий металл, имеющий большую твердость и упругость. При комнатной температуре стоек к воде и воздуху.

В химическом отношении хром как металл является восстановителем. В зависимости от условий реакции он может проявлять переменную степень окисления; устойчивыми являются состояния +2, +3, +6.

При нормальных условиях хром устойчив к кислороду, взаимодействие с которым протекает лишь при нагревании. В этих же условиях хром реагирует и с хлором, серой, азотом, кремнием. Например:

Обычно на поверхности хрома содержится плотный слой оксида Сг 2 0 3 , защищающий металл от дальнейшего окисления. Такая пассивированная поверхность и является причиной того, что при обычных температурах не происходит взаимодействия хрома с азотной кислотой и царской водкой.

С разбавленными соляной и серной кислотами хром реагирует с выделением водорода и образованием солей Сг(П), которые, быстро окисляясь, переходят в соли Сг(Ш):

Соединения хрома чаще всего имеют следующее пространственное строение:

С кислородом хром образует ряд оксидов, которые в зависимости от степени окисления металла проявляют основные, амфотерные или кислотные свойства.

Оксид хрома(П) СгО обладает основными свойствами. При взаимодействии с НС1 образует СгС1 2 .

Под действием водорода СгО восстанавливается до металлического хрома, при нагревании под действием кислорода воздуха переходит в Сг 2 0 3 .

Оксиду СгО соответствует гидроксид Сг(ОН)., образующийся из СгС1 2:

Сг(ОН) 2 - вещество желтого цвета. Имеет основный характер и в реакциях с кислотами образует соответствующие соли Сг(П).

Ион Сг 2+ является настолько сильным восстановителем, что способен вытеснять водород из воды:

Кислородом воздуха Сг(П) легко окисляется, поэтому раствор СгС1:! , например, можно применять для поглощения кислорода:

Водные растворы соединений Сг(П) имеют голубой цвет.

Оксид хрома(Ш) Сг 2 0 3 относится к амфотерным оксидам.

Его получают прокаливанием оксида хрома(У1), или разложением дихромата аммония, или термическим разложением гидроксида хрома(Ш):

Гидроксид хрома(Ш) Cr(OH) ;j получается при действии щелочей на соли хрома; при этом Сг(ОН) 3 выделяется в виде осадка синевато-серого цвета:

Сг(ОН) 3 обладает амфотерными свойствами. Подобно гидроксиду алюминия Сг(ОН) 3 взаимодействует с кислотами с образованием солей Сг(Ш), а со щелочами - с образованием хромитов:

Мета- или ортохромиты, являющиеся солями соответствующих кислот - НСг0 2 (метахромистая) и Н 3 Сг0 3 (ортохромистая), образуются при сплавлении оксида хрома(Ш) со щелочами или с содой:

Следовательно, Сг(ОН) 3 следует рассматривать как амфотерный гидроксид:

Под действием сильных окислителей в щелочной среде соединения хро- ма(Ш) переходят в соединения хрома(У1) - хроматы:

Для иона Сг 3 * характерны многочисленные комплексные соединения, в которых, за редким исключением, проявляется координационное число 6. Основной признак этих комплексных соединений - их кинетическая устойчивость в водных растворах.

Гексааква-ион [Сг(Н 2 0) 6 ] 3+ сине-фиолетового цвета входит в состав многих кристаллогидратов: CrCl 3 -6H 2 0, KCr(S0 4) 2 -12Н 2 0 и т.д. Получение этого катионного комплекса можно выразить следующим уравнением:

Состав катионных комплексов Сг(Ш) может изменяться в зависимости от pH, температуры и концентрации, в связи с чем их окраска изменяется от фиолетовой до зеленой. По мере замещения молекул Н 2 0 в комплексном катионе, например, на хлор могут образоваться различные изомерные формы СгС1 3 6Н 2 0:

Наиболее многочисленными являются комплексы с аминами в качестве лигандов. Среди них обнаружены соединения со всевозможными типами изомерии. Кроме моноядерных комплексов, например 2+ , могут существовать и полиядерные, в которых два и более атомов металла связаны с помощью гидроксильных мостиков.

Анионные комплексы - хроматы - разнообразны по своему составу и могут быть получены с помощью следующих реакций:

Окраска анионных комплексов зависит от природы лиганда: 3_ - изумрудно-зеленого цвета, [СгС1 6 ] 3_ - розово-красного, a 3_ - желтого.

Анионный комплекс [Сг(ОН) 6 ] :1 “ образует многочисленные соли - гид- роксохроматы, устойчивые в твердом состоянии, а в растворах - лишь в сильнощелочной среде.

Безводные соединения Сг(Ш) по структуре и свойствам отличаются от кристаллогидратов. Так, безводная соль СгС1 3 имеет полимерную слоистую структуру, тогда как СгС1 3 -6Н 2 0 - островную структуру. СгС1 3 в отличие от СгС1 3 -6Н 2 0 в воде растворяется очень медленно. Соединения Сг(ПТ) в водных растворах обычно гидролизуются, и на первой стадии этого процесса идет образование комплексного иона [Сг(Н 2 0)0Н| 3+ :

В дальнейшем может происходить полимеризация этих комплексов. Сульфид Cr 2 S 3 и карбонат Сг 2 (С0 3) 3 характеризуются еще большей неустойчивостью. Так, Cr 2 S 3 и Сг 2 (С0 3) 3 нельзя получить из водного раствора путем обменных реакций, ибо эти соединения вследствие большей растворимости по сравнению с Сг(ОН) 3 полностью гидролизуются:

Оксид хрома(У1) Сг0 3 представляет собой кристаллическое вещество темно-красного цвета. Он получается действием концентрированной H 2 S0 4 на дихроматы:

Сг0 3 имеет цепочечную структуру, образованную тетраэдрами Сг0 4 .

Сг0 3 - типичный кислотный оксид. Он легко растворяется в воде с образованием раствора хромовой кислоты Н 2 Сг0 4 и двухромовой кислоты 11 2 Сг 2 0 7 , между которыми устанавливается равновесие:

С увеличением разведения равновесие сдвигается в сторону образования НСг0 4

В щелочных растворах при pH > 7 Сг0 3 образует тетраэдрический хромат-ион Сг() 4 желтого цвета. В интервале pH от 2 до 6 существуют в равновесии ион НСг0 4 и оранжево-красный дихромат-ион Сг 2 0| .

В щелочной среде протекают такие процессы:

Положение равновесия зависит не только от pH, но и от характера катионов, которые могут образовать нерастворимые хроматы (катионы Ва 2+ , РЬ 2+ и Ag* образуют хроматы).

Таким образом, добавление кислот смещает равновесие влево, а прибавление щелочей - вправо:

На этом основано получение хроматов из дихроматов, и наоборот:

Соединения Cr(VI) являются окислителями. В кислой среде дихромат- ион Сг 2 0 2 проявляет сильные окислительные свойства, восстанавливаясь до Сг(Ш):

Высокая окислительная активность Cr(VI) проявляется в реакции взаимодействия К 2 Сг 2 0 7 с концентрированной НС1 при нагревании:

Эта реакция удобна для получения хлора в небольших количествах. При прекращении нагревания прекращается и выделение хлора. Действием очень сильных восстановителей производные Cr(VI) могут быть восстановлены в нейтральной и слабощелочной средах. Например, взаимодействие с (NH^S протекает при нагревании:

Необходимо отметить, что окислительные свойства Cr(VI) в щелочной среде выражены значительно слабее, чем в кислой. Таким образом, в кислых и щелочных растворах соединения Сг(Ш) и Cr(VI) существуют в разных формах: в кислой среде преобладают ионы Сг 3+ или Сг 7 0 2- , а в щелочной - ионы |Сг(ОН) (.| 3 или СЮ 2 , в связи с чем взаимопревращение соединений Сг(Ш) в Cr(VI) и наоборот протекает в зависимости от реакции среды:

в кислой среде

в щелочной среде

Из этого следует, что в кислой среде выражены окислительные свойства Cr(VI), а в щелочной среде - восстановительные свойства Сг(Ш):

Хромовая кислота Н 2 Сг0 4 значительно слабее дихромовой кислоты. Так, для Н 2 СгО, К, = 3 10 7 , а для Н 2 Сг 2 0 7 К, = 2 10" 2 .

Н 2 Сг 2 0 7 - простейший представитель изополикислот хрома, отвечающих общей формуле яЭ0 3 *тН 2 0 (где п > т) и известных в виде солей иолихроматов. Так, кроме оранжево-красных дихроматов (т = 1, п = 2) получены темно-красные трихроматы (т = 1, п = 3) и коричнево-красные тс- трахроматы (w = 1, п = 4).

Полихроматы образуются при действии кислот на хроматы:

При действии щелочей на растворы иолихроматов происходит обратный процесс с образованием в конечном итоге хроматов.

Больших серий поликислот и полианионов Cr(VI) не образует, что объясняется размерами иона и его тенденцией к образованию кратных связей Сг=0.

Для хрома характерно образование нероксидных соединений при взаимодействии с Н 2 0 2:

Кроме синего оксид-дипероксида хрома(У1) СгО- хром образует соли пероксокислот H 2 Cr 2 0 12 ,11 2 Сг 2 0 8 и Н 2 Сг0 6 следующей структуры (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Структура пентаиероксодихромовой кислоты H,Cr 2 O l2

Кислота Н 2 Сг 2 0 |2 образует соли, окрашенные в синий цвет, а П,Сг,0 8 - в красный.

Пероксидные соединения хрома устойчивы в эфирном растворе, в водных растворах они нестойки и легко разлагаются с выделением О., и образованием ионов СгОф (в щелочной среде) или соединений Сг(111) (в кислой). Предполагается, что устойчивость оксид-динероксида хрома(У1) Сг0 5 в эфире обусловлена образованием комплекса, имеющего форму псн- тагональной пирамиды с атомом кислорода в вершине (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Структура оксид-дипероксида хрома(У1) Сг0 3 в эфире, где L - молекула эфира или воды

Этот комплекс может быть получен обработкой раствора дихромата пероксидом водорода в кислой среде:

По окрашиванию эфирного слоя в синий цвет можно судить об образовании пероксокомплекса. Эта реакция очень чувствительна и специфична и поэтому широко используется в аналитической химии для обнаружения дихромат-иона.

Качественные реакции на хромат-ион (Сг0 4 ~)

Техническое применение хрома общеизвестно: в качестве легирующей добавки хром широко используется для получения высокопрочных сталей, никелевых и медных сплавов. Хроматы и дихроматы широко используются в кожевенной, текстильной, лакокрасочной и фармацевтической промышленности. Хромат свинца РЬСг0 4 под названием желтый крон применяется для изготовления красок. Дихроматы К 2 Сг 2 0 7 и Na 2 Cr 2 0 7 -2H 2 0, известные под названием хромпиков, применяются в аналитической химии.

Смесь равных объемов насыщенного на холоду раствора К 2 Сг 2 0 7 и концентрированной H 2 S0 1 называется хромовой смесью и применяется для энергичного окисления.

Все соединения хрома очень ядовиты!