酸化クロムの光学的性質 3. 自然界のクロムとその工業的抽出

クロムの発見は、塩と鉱物の化学研究と分析研究が急速に発展していた時期に遡ります。 ロシアでは、化学者たちはシベリアで発見され、西ヨーロッパではほとんど知られていない鉱物の分析に特別な関心を持っていました。 これらの鉱物の 1 つは、ロモノーソフによって記述されたシベリアの赤色鉛鉱石 (クロコイト) でした。 この鉱物を検査したところ、鉛、鉄、アルミニウムの酸化物以外は何も見つかりませんでした。 しかし、1797年にヴォーケリンは、細かく粉砕した鉱物のサンプルをカリと一緒に煮沸し、炭酸鉛を沈殿させ、オレンジがかった赤色の溶液を得た。 この溶液から彼はルビーレッドの塩を結晶化し、そこから既知のすべての金属とは異なる酸化物と遊離金属が単離されました。 ヴォークランが彼に電話した クロム (クロム ) ギリシャ語から- 着色、色; 確かに、ここで意味されているのは金属の性質ではなく、その鮮やかな色の塩です。.

自然の中にいること。

実用上最も重要なクロム鉱石はクロム鉱であり、そのおおよその組成は式FeCrO 4に対応します。

小アジア、ウラル山脈、北アメリカ、アフリカ南部で見られます。 前述の鉱物クロコアイト – PbCrO 4 – も技術的に重要です。 酸化クロム (3) およびその他の化合物の一部は自然界にも存在します。 地殻中のクロム含有量は金属換算で0.03%です。 クロムは太陽、星、隕石の中で発見されています。

物理的特性.

クロムは白くて硬くてもろい金属で、酸やアルカリに対して非常に化学的耐性があります。 空気中では酸化し、表面に薄い透明な酸化膜が形成されます。 クロムの密度は 7.1 g/cm3、融点は +1875 ℃です。

レシート。

クロム鉄鉱石を石炭と一緒に強く加熱すると、クロムと鉄が還元されます。

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

この反応の結果として、高い強度を特徴とするクロム鉄合金が形成されます。 純粋なクロムを得るには、酸化クロム(3) をアルミニウムで還元します。

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

このプロセスでは、通常、Cr 2 O 3 と CrO 3 という 2 つの酸化物が使用されます。

化学的特性。

薄いおかげで 保護フィルムクロムの表面を酸化物で覆っているため、攻撃的な酸やアルカリに対して非常に耐性があります。 クロムは、濃硝酸や濃硫酸、またリン酸とは反応しません。 クロムは t = 600 ～ 700 ℃でアルカリと相互作用します。ただし、クロムは希硫酸および希塩酸と相互作用し、水素を置き換えます。

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

高温では、クロムが酸素中で燃焼し、酸化物(III) を形成します。

高温クロムは水蒸気と反応します。

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

高温では、クロムはハロゲンとも反応し、ハロゲンは水素、硫黄、窒素、リン、炭素、シリコン、ホウ素と反応します。次に例を示します。

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

クロムの上記の物理的および化学的特性は、さまざまな用途に応用されています。 さまざまな地域科学技術。 たとえば、クロムとその合金は、機械工学において高強度で耐食性の高いコーティングを生成するために使用されます。 フェロクロムの形の合金は金属切削工具として使用されます。 クロム合金は、医療技術や化学技術機器の製造に応用されています。

化学元素の周期表におけるクロムの位置:

クロムは、元素周期表の VI 族の二次サブグループの先頭に位置します。 その電子式は次のとおりです。

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

クロム原子の電子で軌道を満たす際、4S 軌道が最初に 4S 2 状態に満たされるべきというパターンに違反します。 ただし、3d 軌道はクロム原子内でより有利なエネルギー位置を占めるため、値 4d 5 まで満たされます。 この現象は、二次亜群の他のいくつかの元素の原子でも観察されます。 クロムは +1 から +6 までの酸化状態を示すことがあります。 最も安定しているのは、酸化状態 +2、+3、+6 のクロム化合物です。

二価クロムの化合物。

酸化クロム (II) CrO は、自然発火性の黒色粉末です (自然発火性 - 細かく砕かれた状態で空気中で発火する能力)。 CrO は希塩酸に溶解します。

CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O

空気中で 100 ℃以上に加熱すると、CrO は Cr 2 O 3 に変わります。

二価クロム塩は、金属クロムが酸に溶解すると形成されます。 これらの反応は、低活性ガス (H 2 など) の雰囲気中で起こります。 空気の存在下では、Cr(II) から Cr(III) への酸化が容易に起こります。

水酸化クロムは、塩化クロム (II) にアルカリ溶液を作用させると黄色の沈殿物の形で得られます。

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

Cr(OH) 2 は塩基性の性質を持ち、還元剤です。 水和した Cr2+ イオンは淡い青色です。 CrCl 2 の水溶液は青色です。 空気中の水溶液中では、Cr(II) 化合物は Cr(III) 化合物に変化します。 これは、水酸化 Cr(II) で特に顕著です。

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

三価クロム化合物。

酸化クロム (III) Cr 2 O 3 は、耐火性の緑色の粉末です。 硬度はコランダムに近いです。 実験室では、重クロム酸アンモニウムを加熱することで得られます。

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

Cr 2 O 3 は両性酸化物であり、アルカリと融合するとクロム酸塩を形成します: Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

水酸化クロムも両性化合物です。

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

無水CrCl 3 は濃い紫色の葉の外観を持ち、冷水には完全に不溶性で、沸騰させると非常にゆっくりと溶解します。 無水硫酸クロム(III) Cr 2 (SO 4) 3 ピンク色、水にも溶けにくいです。 還元剤の存在下では、紫色の硫酸クロム Cr 2 (SO 4) 3 *18H 2 O が形成されます。水分の少ない緑色の硫酸クロム水和物も知られています。 クロムミョウバンKCr(SO 4 ) 2 *12H 2 Oは、紫色の硫酸クロムと硫酸カリウムを含む溶液から結晶化します。 クロムミョウバンの溶液は加熱すると硫酸塩の形成により緑色に変わります。

クロムおよびその化合物との反応

ほとんどすべてのクロム化合物とその溶液は濃い色をしています。 無色の溶液または白色の沈殿物があれば、高い確率でクロムが存在しないと結論付けることができます。

  1. 包丁の先に入る量の重クロム酸カリウムを磁器のカップの上でバーナーの炎で強く加熱しましょう。 塩は結晶水を放出しないが、約４００℃の温度で溶けて暗色の液体を形成する。 強火でさらに数分加熱しましょう。 冷却後、破片上に緑色の沈殿物が形成されます。 一部を水に溶かして（黄色になります）、残りは破片の上に残しておきます。 塩は加熱すると分解し、可溶性の黄色クロム酸カリウム K 2 CrO 4 と緑色の Cr 2 O 3 が生成しました。
  2. 粉末重クロム酸カリウム3gを水50mlに溶かします。 一部に少量の炭酸カリウムを加えます。 CO 2 の放出とともに溶解し、溶液の色は淡黄色に変わります。 クロム酸塩は重クロム酸カリウムから生成されます。 ここで 50% 硫酸溶液を少しずつ加えていくと、重クロム酸塩の赤黄色が再び現れます。
  3. 5mlを試験管に注ぎます。 重クロム酸カリウム溶液を加圧下で濃塩酸 3 ml とともに沸騰させます。 クロム酸塩が HCl を Cl 2 と H 2 O に酸化するため、黄緑色の有毒な塩素ガスが溶液から放出されます。クロム酸塩自体は緑色の三価塩化クロムに変わります。 溶液を蒸発させて分離し、ソーダと硝石と溶かしてクロム酸塩に変換します。
  4. 硝酸鉛の溶液を添加すると、黄色のクロム酸鉛が沈殿します。 硝酸銀溶液と反応すると、クロム酸銀の赤茶色の沈殿物が形成されます。
  5. 重クロム酸カリウム溶液に過酸化水素を加え、硫酸で溶液を酸性化します。 過酸化クロムの生成により、溶液は深い青色になります。 一定量のエーテルと一緒に振ると、過酸化物は有機溶媒に変化し、青色に発色します。 この反応はクロムに特有であり、非常に敏感です。 金属および合金中のクロムの検出に使用できます。 まず、金属を溶解する必要があります。 30% 硫酸 (塩酸を加えることもできます) で長時間煮沸すると、クロムと多くの鋼が部分的に溶解します。 得られた溶液には硫酸クロム(III)が含まれています。 検出反応を実行できるようにするには、まず苛性ソーダで中和します。 灰緑色の水酸化クロム(III)が沈殿し、過剰のNaOHに溶解して緑色の亜クロム酸ナトリウムを形成します。 溶液を濾過し、30% 過酸化水素を加えます。 加熱すると、亜塩素酸塩が酸化してクロム酸塩になるため、溶液は黄色に変わります。 酸性化すると溶液が青く見えます。 着色された化合物は、エーテルと一緒に振盪することによって抽出できます。

クロムイオンの分析反応。

  1. 最初の沈殿物が溶解するまで、２Ｍ ＮａＯＨ溶液を３～４滴の塩化クロム溶液ＣｒＣｌ ３ に添加する。 形成された亜クロム酸ナトリウムの色に注目してください。 得られた溶液を水浴中で加熱します。 何が起こるのですか？
  2. ２～３滴のＣｒＣｌ ３ 溶液に、等量の８Ｍ ＮａＯＨ溶液と３～４滴の３％ Ｈ ２ Ｏ ２ 溶液を添加する。 反応混合物を水浴中で加熱します。 何が起こるのですか？ 得られた着色溶液を中和し、CH 3 COOH を加え、次に Pb(NO 3) 2 を加えた場合、どのような沈殿が形成されますか?
  3. 硫酸クロム Cr 2 (SO 4) 3、IMH 2 SO 4 および KMnO 4 の溶液を 4 ～ 5 滴試験管に注ぎます。 反応混合物を水浴中で数分間加熱します。 溶液の色の変化に注目してください。 何が原因でしょうか?
  4. 硝酸で酸性化した K 2 Cr 2 O 7 溶液 3 ～ 4 滴に、H 2 O 2 溶液 2 ～ 3 滴を加えて混合します。 溶液の青色の出現は、過クロム酸 H 2 CrO 6 の出現によるものです。

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

H 2 CrO 6 の急速な分解に注意してください。

2H 2 CrO 6 + 8H+ = 2Cr 3+ + 3O 2 + 6H 2 O
青色 緑色

過クロム酸は有機溶媒中でより安定です。

  1. 硝酸で酸性化したＫ ２ Ｃｒ ２ Ｏ ７ 溶液３～４滴に、イソアミルアルコール５滴、Ｈ ２ Ｏ ２ 溶液２～３滴を加え、反応混合物を振盪する。 上に浮いた有機溶剤の層は鮮やかな青色に発色します。 色は非常にゆっくりと消えます。 有機相と水相における H 2 CrO 6 の安定性を比較します。
  2. CrO 4 2- が Ba 2+ イオンと相互作用すると、クロム酸バリウム BaCrO 4 の黄色の沈殿物が沈殿します。
  3. 硝酸銀は、CrO 4 2 イオンとともにレンガ色のクロム酸銀の沈殿物を形成します。
  4. 試験管を3本用意します。 そのうちの 1 つに K 2 Cr 2 O 7 溶液を 5 ～ 6 滴、2 番目の溶液に同量の K 2 CrO 4 溶液を、そして 3 番目の溶液に両方の溶液を 3 滴加えます。 次に、各試験管にヨウ化カリウム溶液を 3 滴加えます。 結果を説明してください。 2 番目の試験管内の溶液を酸性化します。 何が起こるのですか？ なぜ？

クロム化合物を使った楽しい実験

  1. CuSO 4 と K 2 Cr 2 O 7 の混合物は、アルカリを加えると緑色に変わり、酸の存在下では黄色に変わります。 グリセロール 2 mg を少量の (NH 4) 2 Cr 2 O 7 と加熱し、アルコールを添加すると、濾過後に明るい緑色の溶液が得られます。酸を加えると黄色に変わり、中性またはアルカリ性で緑色に変わります。環境。
  2. テルミットを入れたブリキ缶の中心に「ルビー混合物」を置きます。慎重に粉砕し、Cr 2 O 3 (0.25 g)を加えたAl 2 O 3 (4.75 g)のアルミホイルに置きます。 瓶が冷めるのを防ぐには、瓶の上端の下を砂で埋める必要があります。テルミットに火をつけて反応が始まったら、鉄板で蓋をし、砂で覆います。 一日で瓶を掘り出します。 その結果、赤いルビーの粉末が得られます。
  3. 重クロム酸カリウム10gを硝酸ナトリウムまたは硝酸カリウム5gおよび砂糖10gとともに粉砕します。 混合物を湿らせ、コロジオンと混合する。 粉末をガラス管で圧縮し、棒を押し出して最後に火をつけると、「ヘビ」が這い出し、最初は黒く、冷却後は緑色になります。 直径4mmの棒は1秒間に約2mmの速さで燃え、10倍に伸びます。
  4. 硫酸銅と重クロム酸カリウムの溶液を混合し、少量のアンモニア溶液を加えると、組成 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O の非晶質の茶色の沈殿物が形成され、これは塩酸に溶解して黄色の溶液を形成します。アンモニアの緑色​​の溶液が得られます。 この溶液にさらにアルコールを加えると緑色の沈殿が形成され、ろ過後は青色になり、乾燥後は赤い輝きを伴う青紫色になり、強い光ではっきりと見えます。
  5. 「火山」や「ファラオの蛇」の実験後に残った酸化クロムは再生可能です。 これを行うには、8 g の Cr 2 O 3 、2 g の Na 2 CO 3 、および 2.5 g の KNO 3 を溶融し、冷却した合金を沸騰水で処理する必要があります。 その結果、可溶性クロム酸塩が生成され、元の重クロム酸アンモニウムを含む他の Cr(II) および Cr(VI) 化合物に変換できます。

クロムとその化合物が関与する酸化還元転移の例

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

a) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O b) Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
c) 2NaCrO 2 + 3Br 2 + 8NaOH = 6NaBr + 2Na 2 CrO 4 + 4H 2 O
d) 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-

a) 2Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr(OH) 3
b) Cr(OH) 3 + 3HCl = CrCl 3 + 3H 2 O
c) 2CrCl 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 O = K 2 Cr 2 O 7 + 2Mn(OH) 2 + 6HCl
d) 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
クロム2+

a) CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O
b) CrO + H 2 O = Cr(OH) 2
c) Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr(OH) 3
d) Cr(OH) 3 + 3HNO 3 = Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O
e) 4Сr(NO 3) 3 = 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
e) Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

アーティストとしてのクロム元素

化学者は、絵画用の人工顔料を作成するという問題に注目することがよくありました。 18～19世紀には、多くの画材を製造する技術が発達しました。 ルイ・ニコラ・ヴォークランは 1797 年にシベリアの赤鉱石からこれまで知られていなかった元素クロムを発見し、驚くほど安定した新しい塗料であるクロム グリーンを調製しました。 その発色団は含水酸化クロム(III)です。 1837年に「エメラルドグリーン」という名前で生産され始めました。 その後、L. ヴォークランは、重晶石、亜鉛、クロムイエローといったいくつかの新しい塗料を提案しました。 時間が経つにつれて、それらはより持続性の高い黄色とオレンジ色のカドミウムベースの顔料に置き換えられました。

グリーンクロムは、空気中のガスの影響を受けず、最も耐久性と耐光性に優れた塗料です。 油で粉砕したクロムグリーンはカバー力が高く、乾燥が早いため、19世紀から使用されてきました。 絵画に広く使用されています。 それは磁器の絵付けにおいて非常に重要です。 実は、磁器製品は下絵付けと上絵付けの両方で装飾することができます。 最初のケースでは、軽く焼いた製品の表面にのみ絵の具を塗布し、その後釉薬の層で覆います。 続いて高温での本焼成が行われます。磁器の塊を焼結し、釉薬を溶かすために、製品は 1350 ～ 1450 ℃ に加熱されます。 高温化学変化なしに耐えられる塗料はほとんどなく、昔はコバルトとクロムの 2 つしかありませんでした。 磁器製品の表面に塗布された黒色酸化コバルトは、焼成中に釉薬と融合し、化学的に相互作用します。 その結果、明るい青色のケイ酸コバルトが形成されます。 このコバルト装飾の青い磁器の食器は誰もがよく知っています。 酸化クロム (III) は釉薬の成分と化学的に反応せず、単に磁器の破片と透明な釉薬の間に「ブラインド」層として存在します。

クロムグリーンに加えて、アーティストはvolkonskoiteから得られる塗料を使用します。 モンモリロナイトのグループに属するこの鉱物（複合ケイ酸塩 Na(Mo,Al)、Si 4 O 10 (OH) 2 のサブクラスの粘土鉱物）は、1830 年にロシアの鉱物学者ケメラーによって発見され、M.N. ヴォルコンスカヤに敬意を表して命名されました。ボロジノの戦いの英雄、N. N. ラエフスキー将軍の娘、デカブリスト S.G. ヴォルコンスキーの妻 ヴォルコンスコアイトは、最大 24% の酸化クロムと、アルミニウムおよび酸化鉄 (III) を含む粘土です。ウラル、ペルミ、キーロフ地方で見つかるこの鉱物の成分は一貫性がなく、冬の暗くなったモミの色から沼ガエルの明るい緑色まで、そのさまざまな色を決定します。

パブロ・ピカソは、独特の新鮮な色調の絵の具を生み出すヴォルコンスコイトの埋蔵量を研究するよう、我が国の地質学者に依頼しました。 現在、人工ヴォルコンスコアイトの製造方法が開発されています。 興味深いのは、現代の研究によると、ロシアのイコン画家たちは、その「公式」発見のずっと前、中世にこの素材から作られた絵の具を使用していたということです。 酸化クロム水和物 Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O を発色形とし、水の一部が化学結合し、一部が吸着しているギニエ グリーン (1837 年作成) も芸術家の間で有名でした。 この顔料は絵の具にエメラルドの色合いを与えます。

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クロム - 化学元素原子番号 24 です。硬くて光沢のあるスチールグレーの金属で、よく磨くと変色しません。 ステンレス鋼などの合金やコーティングとして使用されます。 人体は糖を代謝するために少量の三価クロムを必要としますが、六価クロムは非常に有毒です。

酸化クロム(III)やクロム酸鉛などのさまざまなクロム化合物は明るい色をしており、塗料や顔料に使用されています。 ルビーの赤い色は、この化学元素の存在によるものです。 一部の物質、特にナトリウムは、有機化合物を酸化したり、(硫酸とともに) 実験用ガラス器具を洗浄するために使用される酸化剤です。 さらに、酸化クロム (VI) は磁気テープの製造にも使用されます。

発見と語源

化学元素クロムの発見の歴史は次のとおりです。 1761年、ヨハン・ゴットロブ・レーマンはウラル山脈でオレンジがかった赤色の鉱物を発見し、それを「シベリア鉛鉛」と名付けました。 鉛とセレンおよび鉄の化合物と誤って特定されましたが、実際にはその物質はクロム酸鉛でした。 化学式 PbCrO4。 今日ではミネラルクロコントとして知られています。

1770 年、ピーター サイモン パラスは、リーマンが非常に優れた性質を持つ赤色鉛鉱物を発見した現場を訪れました。 有益な機能絵の具の中の顔料。 シベリア鉛鉛を塗料として使用することは急速に発展しました。 また、クロコンの鮮やかなイエローがおしゃれになっています。

1797 年、ニコラ・ルイ・ヴォークランは赤のサンプルを入手し、クロコントと塩酸を混合することで CrO 3 酸化物を得ました。 クロムは 1798 年に化学元素として分離されました。 ヴォークランは、酸化物を木炭で加熱することによってそれを取得しました。 彼は、ルビーやエメラルドなどの宝石からクロムの痕跡を検出することもできました。

1800 年代、Cr は主に染料となめし塩に使用されていました。 現在、金属の 85% は合金として使用されています。 残りは化学、耐火物、鋳造産業で使用されます。

化学元素クロムの発音は、そこから得られるさまざまな色の化合物により、「色」を意味するギリシャ語のχρῶμαに対応します。

鉱業と生産

この要素はクロマイト (FeCr 2 O 4) から生成されます。 世界の鉱石の約半分は南アフリカで採掘されています。 さらに、カザフスタン、インド、トゥルキエが主要な生産国です。 クロム鉄鉱床は十分に調査されていますが、地理的にはカザフスタンとアフリカ南部に集中しています。

自然のクロム金属の鉱床はまれですが、存在します。 たとえば、ロシアのウダチナヤ鉱山で採掘されています。 ダイヤモンドが豊富で、還元環境により純粋なクロムとダイヤモンドが生成されます。

工業的な金属生産では、クロム鉄鉱石が溶融アルカリ (苛性ソーダ、NaOH) で処理されます。 この場合、クロム酸ナトリウム (Na 2 CrO 4) が形成され、炭素により酸化物 Cr 2 O 3 に還元されます。 金属は、アルミニウムまたはシリコンの存在下で酸化物を加熱することによって生成されます。

2000 年には、約 1,500 万トンのクロム鉄鉱石が採掘され、70% のクロムと鉄の合金である 400 万トンのフェロクロムに加工され、市場価値はおよそ 25 億米ドルになりました。

主な特徴

化学元素クロムの特徴は、クロムが周期表の第 4 周期の遷移金属であり、バナジウムとマンガンの間に位置するという事実によるものです。 グループⅥに含まれます。 1907℃の温度で溶けます。 酸素が存在すると、クロムはすぐに薄い酸化物層を形成し、金属が酸素とさらに相互作用するのを防ぎます。

遷移元素として、さまざまな割合で物質と反応します。 したがって、それはそれが有する化合物を形成します さまざまな程度酸化。 クロムは、基本状態 +2、+3、および +6 を持つ化学元素であり、このうち +3 が最も安定です。 さらに、まれに条件 +1、+4、および +5 が観察されます。 +6 酸化状態のクロム化合物は強力な酸化剤です。

クロムって何色ですか？ 化学元素がルビーの色合いを与えます。 に使用されるCr 2 O 3 はクロムグリーンと呼ばれる顔料としても使用されます。 その塩はガラスをエメラルドグリーンに染めます。 クロムは、ルビーを赤色にする化学元素です。 したがって、合成ルビーの製造に使用されます。

同位体

クロムの同位体の原子量は 43 ～ 67 です。通常、この化学元素は 52 Cr、53 Cr、54 Cr の 3 つの安定した形態で構成されます。 これらのうち、52 Cr が最も一般的です (すべての天然クロムの 83.8%)。 さらに、19 種類の放射性同位体が報告されており、その中で最も安定しているのは 50 Cr で、半減期は 1.8x10 17 年を超えています。 51 Cr の半減期は 27.7 日で、他のすべての放射性同位体の半減期は 24 時間を超えず、ほとんどの放射性同位体の持続時間は 1 分未満です。 この要素には 2 つのメタ状態もあります。

地殻中のクロムの同位体は、通常、地質学で使用されるマンガンの同位体を伴います。 53 Cr は 53 Mn の放射性崩壊中に形成されます。 Mn/Cr同位体比は他の初期の歴史の手がかりを裏付ける 太陽系。 さまざまな隕石の 53 Cr/52 Cr 比および Mn/Cr 比の変化は、太陽系形成の直前に新しい原子核が生成されたことを証明しています。

化学元素クロム：特性、化合物の式

三二酸化物としても知られる酸化クロム(III) Cr 2 O 3 は、この化学元素の 4 つの酸化物の 1 つです。 クロム鉄鉱から得られます。 緑色の化合物は、エナメルやガラス塗装の顔料として使用される場合、一般に「クロムグリーン」と呼ばれます。 酸化物は酸に溶解して塩を形成したり、溶融アルカリ - クロム酸塩に溶解したりすることがあります。

重クロム酸カリウム

K 2 Cr 2 O 7 は強力な酸化剤であり、実験用ガラス器具を有機物から洗浄する手段として好ましい。 この目的には、その飽和溶液が使用されますが、場合によっては、重クロム酸ナトリウムの溶解度が高いため、重クロム酸ナトリウムで置き換えられることもあります。 さらに、有機化合物の酸化プロセスを制御し、第一級アルコールをアルデヒドに変換し、次に二酸化炭素に変換します。

重クロム酸カリウムはクロム皮膚炎を引き起こす可能性があります。 クロムは感作を引き起こし、特に手や前腕の皮膚炎の発症につながる可能性があり、皮膚炎は慢性的で治癒が困難です。 他の Cr(VI) 化合物と同様、重クロム酸カリウムは発がん性があります。 手袋と適切な保護具を着用して取り扱う必要があります。

クロム酸

この化合物は、仮説上の構造 H 2 CrO 4 を持ちます。 クロム酸も二クロム酸も自然界には存在しませんが、その陰イオンは生物中に存在します。 さまざまな物質。 市販されている「クロム酸」は、実際にはその酸無水物である三酸化CrO 3 です。

クロム酸鉛(II)

PbCrO 4 は明るい黄色をしており、水にはほとんど溶けません。 このため、クラウンイエローと呼ばれる着色顔料として使用されています。

Crと5価の結合

クロムは、五価の結合を形成する能力によって区別されます。 この化合物は、Cr(I) と炭化水素ラジカルによって生成されます。 5価の結合は2つのクロム原子の間に形成されます。 その式は、Ar-Cr-Cr-Ar と書くことができます。ここで、Ar は特定の芳香族基を表します。

応用

クロムは化学元素であり、その特性により多くの効果が得られます。 さまざまなオプションアプリケーションの一部を以下に示します。

金属に耐食性と光沢のある表面を与えます。 したがって、クロムは、刃物などに使用されるステンレス鋼などの合金に含まれています。 クロムメッキにも使用されます。

クロムはさまざまな反応の触媒です。 レンガを焼成するための型を作るために使用されます。 その塩は革をなめすのに使用されます。 重クロム酸カリウムは、アルコールやアルデヒドなどの有機化合物の酸化や実験用ガラス器具の洗浄に使用されます。 布地の染色の定着剤として機能し、写真や写真の印刷にも使用されます。

CrO 3 は、酸化鉄を含むフィルムより優れた特性を持つ磁気テープ (オーディオ録音など) の製造に使用されます。

生物学における役割

三価クロムは、人体の糖の代謝に必要な化学元素です。 対照的に、六価クロムは非常に有毒です。

予防措置

クロム金属および Cr(III) 化合物は一般に健康被害とは考えられていませんが、Cr(VI) を含む物質は摂取または吸入すると有毒となる可能性があります。 これらの物質のほとんどは、目、皮膚、粘膜を刺激します。 クロム(VI)化合物は、適切に治療しないと、慢性的に暴露すると目に損傷を引き起こす可能性があります。 さらに、発がん性物質としても認識されています。 この化学元素の致死量は小さじ半分程度です。 世界保健機関の推奨によれば、体内の Cr (VI) の最大許容濃度は、 水を飲んでいる 1リットルあたり0.05mgです。

クロム化合物は染料や革のなめしに使用されるため、土壌や土壌中に多く含まれています。 地下水環境浄化と修復が必要な放棄された工業用地。 Cr(VI) を含むプライマーは、現在でも航空宇宙産業や自動車産業で広く使用されています。

要素のプロパティ

基本 物理的特性クロムは次のとおりです。

  • 原子番号: 24。
  • 原子量: 51.996。
  • 融点: 1890 °C。
  • 沸点: 2482 °C。
  • 酸化状態: +2、+3、+6。
  • 電子配置: 3d 5 4s 1.

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クロム– (クロム) Cr、化学元素 6(VIb) 族 周期表。 原子番号24、原子質量51.996。 クロムには 42 Cr から 66 Cr まで 24 の既知の同位体があります。 同位体 52 Cr、53 Cr、54 Cr は安定です。 天然クロムの同位体組成: 50 Cr (半減期 1.8 10 17 年) – 4.345%、52 Cr – 83.489%、53 Cr – 9.501%、54 Cr – 2.365%。 主な酸化状態は +3 と +6 です。

1761年に化学教授 サンクトペテルブルク大学ヨハン・ゴットロブ・レーマンは、ウラル山脈の東麓のベレゾフスキー鉱山で、粉末に砕くと明るい黄色を呈する顕著な赤い鉱物を発見した。 1766年、リーマンはこの鉱物のサンプルをサンクトペテルブルクに持ち込んだ。 結晶を塩酸で処理すると白い沈殿が得られ、そこから鉛を発見しました。 リーマンはこの鉱物をシベリア赤鉛（プロム・ルージュ・ド・シベリー）と呼びましたが、現在ではそれが天然のクロム酸鉛PbCrO 4 であるクロコアイト（ギリシャ語の「クロコス」-サフランに由来）であることが知られています。

ドイツの旅行者で博物学者のピーター・サイモン・パラス（1741年 - 1811年）は、サンクトペテルブルク科学アカデミーのロシア中部地域への遠征隊を率い、1770年にベレゾフスキー鉱山を含む南部ウラルと中部ウラルを訪れ、レーマンと同様にクロコアイトに興味がある。 パラスは次のように書いています。「この驚くべき鉛鉛鉱物は他の鉱床では見つかりません。 粉末に粉砕すると黄色になり、芸術的なミニチュアに使用できます。」 ベレゾフスキー鉱山からクロコアイトをヨーロッパに運ぶのは希少性と困難さ（ほぼ2年かかりました）にもかかわらず、この鉱物を着色剤として使用することが高く評価されました。 17世紀末のロンドンとパリ。 すべての高貴な人々は、細かく粉砕したクロコアイトで塗装された馬車に乗り、さらに、シベリア産鉛鉛の最良の例が、ヨーロッパの多くの鉱物棚のコレクションに補充されました。

1796 年、クロコアイトのサンプルがパリ鉱物学校の化学教授、ニコラ・ルイ・ヴォークラン (1763 ～ 1829 年) のもとに届き、クロコアイトはその鉱物を分析しましたが、鉛、鉄、アルミニウムの酸化物以外は何も見つかりませんでした。 シベリア産鉛の研究を続けたヴォーケリンは、この鉱物をカリ溶液で煮沸し、炭酸鉛の白い沈殿物を分離した後、未知の塩の黄色の溶液を得ました。 鉛塩で処理すると黄色の沈殿が形成され、水銀塩では赤色の沈殿が形成され、塩化スズを添加すると溶液は緑色になりました。 クロコアイトを鉱酸で分解することにより、彼は「鉛鉛酸」の溶液を得、それを蒸発させるとルビーレッドの結晶が得られました（現在、それが無水クロム酸であることが明らかになっています）。 これらを黒鉛るつぼの中で石炭と一緒に焼成すると、反応後に、当時は知られていなかった金属の融解した灰色の針状結晶が多数発見されました。 Vaukelin 氏は、金属の高い耐火性と酸に対する耐性に注目しました。

ヴォーケリンは、生成する多くの多色の化合物にちなんで、この新しい元素をクロム（ギリシャ語の crwma - 色、色）と名付けました。 ヴォークランは、自身の研究に基づいて、ある種のエメラルド色は、 貴重な石クロム化合物が混入しているためです。 たとえば、天然のエメラルドは、アルミニウムの一部がクロムに​​置き換わった深い緑色のベリルです。

おそらく、得られた結晶の針状の形状からわかるように、ヴォークランは純粋な金属ではなくその炭化物を入手したと思われますが、それでもパリ科学アカデミーは新元素の発見を登録し、現在ではヴォークランが正しく元素の発見者とみなされています。要素番号24。

ユーリ・クルチャコフ

酸化クロム(Ⅱ) および水酸化クロム(II)は本質的に塩基性です

Cr(OH)+2HCl→CrCl+2H2O

クロム(II)化合物は強力な還元剤です。 大気中の酸素の影響下でクロム(III)化合物に変化します。

2CrCl+2HCl → 2CrCl+H

4Cr(OH)+O+ 2HO→4Cr(OH)

酸化クロム(Ⅲ) CrO は緑色の水不溶性粉末です。 水酸化クロム(III)、または重クロム酸カリウムおよびアンモニウムの焼成によって得られます。

2Cr(OH)-→CrO+ 3HO

4KCrO-→ 2CrO + 4KCrO + 3O

(NH)CrO-→ CrO+ N+ H2O

酸やアルカリの濃縮溶液と相互作用するのは困難です。

Cr 2 O 3 + 6 KOH + 3H 2 O = 2K 3 [Cr(OH) 6 ]

Cr 2 O 3 + 6HCl = 2CrCl 3 + 3H 2 O

水酸化クロム (III) Cr(OH) 3 は、クロム (III) 塩の溶液にアルカリを作用させることによって得られます。

CrCl 3 + 3KOH = Cr(OH) 3 ↓ + 3KCl

水酸化クロム(III)は灰緑色の沈殿物であり、これを受け取るとアルカリが不足する必要があります。 このようにして得られた水酸化クロム (III) は、対応する酸化物とは対照的に、酸やアルカリと容易に相互作用します。 両性特性を示します。

Cr(OH) 3 + 3HNO 3 = Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O

Cr(OH) 3 + 3KOH = K 3 [Cr(OH)6] (ヘキサヒドロキソクロマイトK)

Cr(OH) 3 がアルカリと融合すると、メタクロム酸塩とオルソクロム酸塩が得られます。

Cr(OH) 3 + KOH = KCrO 2 (メタクロマイトK)+ 2H2O

Cr(OH) 3 + KOH = K 3 CrO 3 (オルソクロマイトK)+ 3H2O

クロム化合物(VI).

酸化クロム（VI) - CrO 3 – 暗赤色の結晶性物質、水によく溶ける – 典型的な酸性酸化物。 この酸化物は 2 つの酸に対応します。

    CrO 3 + H 2 O = H 2 CrO 4 (クロム酸 - 過剰な水分があると生成します)

    CrO 3 + H 2 O =H 2 Cr 2 O 7 (二クロム酸 - 高濃度の酸化クロムで形成されます (3))。

酸化クロム (6) は非常に強力な酸化剤であるため、有機物質とエネルギー的に相互作用します。

    C 2 H 5 OH + 4CrO 3 = 2CO 2 + 2Cr 2 O 3 + 3H 2 O

ヨウ素、硫黄、リン、石炭も酸化します。

    3S + 4CrO 3 = 3SO 2 + 2Cr 2 O 3

250 ℃に加熱すると、酸化クロム (6) が分解します。

    4CrO3 = 2Cr2O3 + 3O2

酸化クロム (6) は、固体のクロム酸塩および重クロム酸塩に濃硫酸を作用させることで得られます。

    K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2CrO 3 + H 2 O

クロム酸と二クロム酸。

クロム酸と二クロム酸は水溶液中にのみ存在し、それぞれ安定した塩であるクロム酸塩と重クロム酸塩を形成します。 クロム酸塩とその溶液は黄色、重クロム酸塩はオレンジ色です。

クロム酸塩 - CrO 4 2- イオンと重クロム酸塩 - Cr2O 7 2- イオンは、溶液環境が変化すると容易に相互に変化します。

酸性溶液中では、クロム酸塩は重クロム酸塩に変化します。

    2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 = K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O

アルカリ環境では、重クロム酸塩はクロム酸塩に変わります。

    K 2 Cr 2 O 7 + 2 KOH = 2 K 2 CrO 4 + H 2 O

二クロム酸を希釈するとクロム酸に変わります。

    H 2 Cr 2 O 7 + H 2 O = 2H 2 CrO 4

クロム化合物の特性の酸化度への依存性。

酸化状態

酸化物の性質

基本的な

両性

酸

水酸化物

Cr(OH) 3 – H 3 CrO 3

水酸化物の性質

基本的な

両性

酸

→ 塩基性が弱まり、酸性が強くなる→

クロム化合物の酸化還元特性。

酸性環境での反応。

酸性環境では、Cr +6 化合物は還元剤 (H 2 S、SO 2、FeSO 4) の作用により Cr +3 化合物に変化します。

    K 2 Cr 2 O 7 + 3H 2 S + 4H 2 SO 4 = 3S + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

    S-2 – 2e → S0

    2Cr +6 + 6e → 2Cr +3

アルカリ環境での反応。

アルカリ環境では、クロム化合物 Cr +3 は、酸化剤 (J2、Br2、Cl2、Ag2O、KClO3、H2O2、KMnO4) の作用により化合物 Cr +6 に変化します。

    2KCrO 2 +3 Br2 +8NaOH =2Na 2 CrO 4 + 2KBr +4NaBr + 4H 2 O

    Cr+3 - 3e → Cr+6