Hroma oksīda optiskās īpašības 3. Hroms dabā un tā rūpnieciskā ieguve

Hroma atklāšana attiecas uz sāļu un minerālvielu ķīmiski analītisko pētījumu straujas attīstības periodu. Krievijā ķīmiķi īpaši interesējās par Sibīrijā atrasto un Rietumeiropā gandrīz nezināmo minerālu analīzi. Viens no šiem minerāliem bija Sibīrijas sarkanā svina rūda (krokoīts), ko aprakstījis Lomonosovs. Minerāls tika izpētīts, taču tajā netika atrasts nekas cits kā svina, dzelzs un alumīnija oksīdi. Tomēr 1797. gadā Vokelins, vārot smalki samaltu minerāla paraugu ar potašu un izgulsnējot svina karbonātu, ieguva oranži sarkanu šķīdumu. No šī šķīduma viņš kristalizēja rubīnsarkanu sāli, no kura tika izolēts oksīds un brīvs metāls, kas atšķiras no visiem zināmajiem metāliem. Vokelins viņam piezvanīja Chromium ( Chrome ) no grieķu vārda- krāsošana, krāsa; Tiesa, šeit nebija domāta metāla īpašība, bet gan tā spilgtās krāsas sāļi.

Meklēšana dabā.

Vissvarīgākā hroma rūda ar praktisku nozīmi ir hromīts, kura aptuvenais sastāvs atbilst formulai FeCrO 4.

Tas ir sastopams Mazāzijā, Urālos, Ziemeļamerikā, Āfrikas dienvidos. Tehniska nozīme ir arī iepriekš minētajam minerālam krokotam - PbCrO 4. Dabā sastopams arī hroma oksīds (3) un daži citi tā savienojumi. Zemes garozā hroma saturs metāla izteiksmē ir 0,03%. Hroms ir atrodams uz Saules, zvaigznēm, meteorītiem.

Fizikālās īpašības.

Hroms ir balts, ciets un trausls metāls, kas ir īpaši ķīmiski izturīgs pret skābēm un sārmiem. Tas oksidējas gaisā, un uz virsmas ir plāna caurspīdīga oksīda plēve. Hroma blīvums ir 7,1 g / cm 3, tā kušanas temperatūra ir +1875 0 C.

Kvīts.

Spēcīgi karsējot hroma dzelzsrūdu ar akmeņoglēm, tiek samazināts hroms un dzelzs:

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

Šīs reakcijas rezultātā veidojas hroma sakausējums ar dzelzi, kam raksturīga augsta izturība. Lai iegūtu tīru hromu, to reducē no hroma (3) oksīda ar alumīniju:

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

Šajā procesā parasti tiek izmantoti divi oksīdi - Cr 2 O 3 un CrO 3

Ķīmiskās īpašības.

Pateicoties plānai aizsargājošai oksīda plēvei, kas pārklāj hroma virsmu, tā ir ļoti izturīga pret agresīvām skābēm un sārmiem. Hroms nereaģē ar koncentrētu slāpekļskābi un sērskābi, kā arī ar fosforskābi. Hroms mijiedarbojas ar sārmiem pie t = 600-700 o C. Taču hroms mijiedarbojas ar atšķaidītu sērskābi un sālsskābi, izspiežot ūdeņradi:

2Cr + 3H 2 SO 4 \u003d Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl3 + 3H 2

Augstā temperatūrā hroms sadeg skābeklī, veidojot oksīdu (III).

Karstais hroms reaģē ar ūdens tvaikiem:

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

Hroms reaģē arī ar halogēniem augstās temperatūrās, halogēniem ar ūdeņražiem, sēru, slāpekli, fosforu, akmeņoglēm, silīciju, boru, piemēram:

Cr + 2HF = CrF 2 + H 2
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr2S3
Cr + Si = CrSi

Iepriekš minētās hroma fizikālās un ķīmiskās īpašības ir izmantotas dažādas jomas Zinātne un tehnoloģijas. Piemēram, hromu un tā sakausējumus izmanto, lai iegūtu augstas stiprības, korozijizturīgus pārklājumus mašīnbūvē. Kā metāla griešanas instrumenti tiek izmantoti sakausējumi ferohroma formā. Hromēti sakausējumi ir atraduši pielietojumu medicīnas tehnoloģijās, ķīmisko procesu iekārtu ražošanā.

Hroma vieta ķīmisko elementu periodiskajā tabulā:

Hroms atrodas elementu periodiskās sistēmas VI grupas sānu apakšgrupā. Tā elektroniskā formula ir šāda:

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

Piepildot orbitāles ar elektroniem pie hroma atoma, tiek pārkāpta likumsakarība, saskaņā ar kuru 4S orbitāle vispirms bija jāaizpilda līdz stāvoklim 4S 2 . Taču, ņemot vērā to, ka 3d orbitāle hroma atomā ieņem labvēlīgāku enerģētisko pozīciju, tā ir piepildīta līdz vērtībai 4d 5 . Šāda parādība ir novērojama dažu citu sekundāro apakšgrupu elementu atomos. Hromam var būt oksidācijas pakāpe no +1 līdz +6. Visstabilākie ir hroma savienojumi ar oksidācijas pakāpēm +2, +3, +6.

Divvērtīgie hroma savienojumi.

Hroma oksīds (II) CrO - pirofors melns pulveris (pirofors - spēja aizdegties gaisā smalki sadalītā stāvoklī). CrO izšķīst atšķaidītā sālsskābē:

CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O

Gaisā, karsējot virs 100 0 C, CrO pārvēršas par Cr 2 O 3.

Divvērtīgie hroma sāļi veidojas, izšķīdinot hroma metālu skābēs. Šīs reakcijas notiek neaktīvas gāzes (piemēram, H 2) atmosfērā, jo gaisa klātbūtnē Cr(II) viegli oksidējas par Cr(III).

Hroma hidroksīdu iegūst dzeltenu nogulšņu veidā, iedarbojoties ar sārma šķīdumu uz hroma (II) hlorīdu:

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

Cr(OH) 2 ir pamata īpašības, tas ir reducētājs. Hidratētais Cr2+ jons ir gaiši zilā krāsā. CrCl2 ūdens šķīdumam ir zila krāsa. Gaisā ūdens šķīdumos Cr(II) savienojumi pārvēršas par Cr(III) savienojumiem. Tas ir īpaši izteikts Cr(II) hidroksīdam:

4Cr(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Cr(OH)3

Trīsvērtīgie hroma savienojumi.

Hroma oksīds (III) Cr 2 O 3 ir ugunsizturīgs zaļš pulveris. Pēc cietības tas ir tuvu korundam. Laboratorijā to var iegūt, karsējot amonija dihromātu:

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

Cr 2 O 3 - amfoteriskais oksīds, sakausējot ar sārmiem, veido hromītus: Cr 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O

Hroma hidroksīds ir arī amfotērisks savienojums:

Cr(OH)3 + HCl = CrCl3 + 3H2O
Cr(OH) 3 + NaOH = NaCrO 2 + 2H 2 O

Bezūdens CrCl 3 ir tumši purpursarkanu lapu izskats, tas pilnībā nešķīst aukstā ūdenī un vārot šķīst ļoti lēni. Bezūdens hroma sulfāts (III) Cr 2 (SO 4) 3 Rozā krāsa arī slikti šķīst ūdenī. Reducējošo vielu klātbūtnē veidojas purpursarkans hroma sulfāts Cr 2 (SO 4) 3 *18H 2 O. Ir zināmi arī zaļie hroma sulfāta hidrāti, kas satur mazāku ūdens daudzumu. Hroma alauns KCr(SO 4) 2 *12H 2 O kristalizējas no šķīdumiem, kas satur violeto hroma sulfātu un kālija sulfātu. Sildot, hroma alauna šķīdums kļūst zaļš, jo veidojas sulfāti.

Reakcijas ar hromu un tā savienojumiem

Gandrīz visi hroma savienojumi un to šķīdumi ir intensīvi krāsoti. Ja ir bezkrāsains šķīdums vai baltas nogulsnes, ar lielu varbūtības pakāpi varam secināt, ka hroma nav.

  1. Stipri uzkarsējam degļa liesmā uz porcelāna krūzes tādu kālija dihromāta daudzumu, kas derēs uz naža gala. Sāls neizdalīs kristalizācijas ūdeni, bet izkusīs apmēram 400 0 C temperatūrā, veidojot tumšu šķidrumu. Karsējam vēl dažas minūtes uz spēcīgas liesmas. Pēc atdzesēšanas uz skaidas veidojas zaļas nogulsnes. Daļa no tā šķīst ūdenī (tā kļūst dzeltena), bet otra daļa tiek atstāta uz skaidas. Sāls karsējot sadalījās, kā rezultātā izveidojās šķīstošs dzeltens kālija hromāts K 2 CrO 4 un zaļš Cr 2 O 3 .
  2. Izšķīdiniet 3 g pulverveida kālija dihromāta 50 ml ūdens. Vienai daļai pievieno nedaudz kālija karbonāta. Tas izšķīst, atbrīvojoties CO 2 , un šķīduma krāsa kļūs gaiši dzeltena. Hromāts veidojas no kālija dihromāta. Ja tagad pa daļām pievienosim 50% sērskābes šķīdumu, tad atkal parādīsies bihromāta sarkandzeltenā krāsa.
  3. Ielej mēģenē 5 ml. kālija dihromāta šķīdumu, vāra ar 3 ml koncentrētas sālsskābes. No šķīduma izdalās dzeltenzaļš indīgs gāzveida hlors, jo hromāts oksidēs HCl līdz Cl 2 un H 2 O. Pats hromāts pārtaps zaļā trīsvērtīgā hroma hlorīdā. To var izolēt, iztvaicējot šķīdumu, un pēc tam, sakausējot ar sodu un nitrātu, pārvērst par hromātu.
  4. Pievienojot svina nitrāta šķīdumu, izgulsnējas dzeltenais svina hromāts; mijiedarbojoties ar sudraba nitrāta šķīdumu, veidojas sarkanbrūnas sudraba hromāta nogulsnes.
  5. Pievienojiet ūdeņraža peroksīdu kālija bihromāta šķīdumam un paskābiniet šķīdumu ar sērskābi. Šķīdums iegūst dziļi zilu krāsu, jo veidojas hroma peroksīds. Peroksīds, sakratot ar kādu ēteri, pārvērtīsies par organisku šķīdinātāju un kļūs zils. Šī reakcija ir raksturīga hromam un ir ļoti jutīga. To var izmantot, lai noteiktu hromu metālos un sakausējumos. Pirmkārt, ir nepieciešams izšķīdināt metālu. Ilgstoši vārot ar 30% sērskābi (var pievienot arī sālsskābi), hroms un daudzi tēraudi daļēji izšķīst. Iegūtais šķīdums satur hroma (III) sulfātu. Lai varētu veikt noteikšanas reakciju, mēs to vispirms neitralizējam ar kaustisko sodu. Nogulsnējas pelēkzaļš hroma (III) hidroksīds, kas izšķīst NaOH pārpalikumā un veido zaļu nātrija hromītu. Filtrējiet šķīdumu un pievienojiet 30% ūdeņraža peroksīdu. Sildot, šķīdums kļūs dzeltens, jo hromīts tiek oksidēts līdz hromam. Paskābināšana radīs šķīduma zilu krāsu. Krāsaino savienojumu var ekstrahēt, kratot ar ēteri.

Hroma jonu analītiskās reakcijas.

  1. 3-4 pilieniem hroma hlorīda CrCl3 šķīduma pievieno 2M NaOH šķīdumu, līdz sākotnējās nogulsnes izšķīst. Ņemiet vērā izveidotā nātrija hromīta krāsu. Sildiet iegūto šķīdumu ūdens vannā. Kas notiek?
  2. 2-3 pilieniem CrCl 3 šķīduma pievieno vienādu tilpumu 8M NaOH šķīduma un 3-4 pilienus 3% H 2 O 2 šķīduma. Sildiet reakcijas maisījumu ūdens vannā. Kas notiek? Kādas nogulsnes veidojas, ja iegūto krāsaino šķīdumu neitralizē, pievieno CH 3 COOH un pēc tam Pb (NO 3) 2 ?
  3. Mēģenē ielej 4–5 pilienus hroma sulfāta Cr 2 (SO 4) 3, IMH 2 SO 4 un KMnO 4 šķīdumu. Karsējiet reakcijas vietu vairākas minūtes ūdens vannā. Ievērojiet šķīduma krāsas izmaiņas. Kas to izraisīja?
  4. 3-4 pilieniem K 2 Cr 2 O 7 šķīduma, kas paskābināts ar slāpekļskābi, pievieno 2-3 pilienus H 2 O 2 šķīduma un samaisa. Šķīduma zilā krāsa, kas parādās, ir saistīta ar perhromskābes H 2 CrO 6 parādīšanos:

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

Pievērsiet uzmanību ātrai H 2 CrO 6 sadalīšanai:

2H2CrO6 + 8H+ = 2Cr3+ + 3O2 + 6H2O
Zilā krāsa zaļa krāsa

Perhromskābe ir daudz stabilāka organiskajos šķīdinātājos.

  1. 3-4 pilieniem K 2 Cr 2 O 7 šķīduma, kas paskābināts ar slāpekļskābi, pievieno 5 pilienus izoamilspirta, 2-3 pilienus H 2 O 2 šķīduma un sakrata reakcijas maisījumu. Organiskā šķīdinātāja slānis, kas peld uz augšu, ir spilgti zils. Krāsa izbalē ļoti lēni. Salīdziniet H 2 CrO 6 stabilitāti organiskajā un ūdens fāzē.
  2. CrO 4 2- un Ba 2+ joniem mijiedarbojoties, izgulsnējas dzeltenas bārija hromāta BaCrO 4 nogulsnes.
  3. Sudraba nitrāts veido ķieģeļsarkanas sudraba hromāta nogulsnes ar CrO 4 2 joniem.
  4. Paņemiet trīs mēģenes. Vienā no tiem ievietojiet 5-6 pilienus K 2 Cr 2 O 7 šķīduma, otrajā - tikpat daudz K 2 CrO 4 šķīduma, bet trešajā - trīs pilienus abu šķīdumu. Pēc tam katrā mēģenē pievieno trīs pilienus kālija jodīda šķīduma. Izskaidrojiet rezultātu. Paskābiniet šķīdumu otrajā mēģenē. Kas notiek? Kāpēc?

Izklaidējoši eksperimenti ar hroma savienojumiem

  1. CuSO 4 un K 2 Cr 2 O 7 maisījums kļūst zaļš, kad tiek pievienots sārms, un kļūst dzeltens skābes klātbūtnē. Karsējot 2 mg glicerīna ar nelielu daudzumu (NH 4) 2 Cr 2 O 7 un pēc tam pievienojot spirtu, pēc filtrēšanas iegūst spilgti zaļu šķīdumu, kas, pievienojot skābi, kļūst dzeltens, bet neitrālā vai sārmainā - zaļš. vidējs.
  2. Ievietojiet kārbas centrā ar termīta "rubīna maisījumu" - kārtīgi samaļ un ievieto alumīnija folijā Al 2 O 3 (4,75 g), pievienojot Cr 2 O 3 (0,25 g). Lai burka ilgāk neatdziest, ir nepieciešams to ierakt zem augšējās malas smiltīs un pēc termīta aizdegšanās un reakcijas sākuma pārklājiet to ar dzelzs loksni un piepildiet ar smiltīm. Banka izrakt dienas laikā. Rezultāts ir sarkans-rubīna pulveris.
  3. 10 g kālija bihromāta sasmalcina ar 5 g nātrija vai kālija nitrāta un 10 g cukura. Maisījumu samitrina un sajauc ar kolodiju. Ja pulveris tiek saspiests stikla mēģenē un pēc tam nūju izstumj un aizdedzina no gala, tad sāks rāpot ārā “čūska”, vispirms melna, bet pēc atdzišanas - zaļa. Nūja ar diametru 4 mm deg ar ātrumu aptuveni 2 mm sekundē un pagarinās 10 reizes.
  4. Ja sajaucat vara sulfāta un kālija dihromāta šķīdumus un pievienojat nedaudz amonjaka šķīduma, tad izkritīs amorfas brūnas nogulsnes ar sastāvu 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, kas izšķīst sālsskābē, veidojot dzeltenu šķīdumu un pārsniedzot amonjaku, iegūst zaļu šķīdumu. Ja šim šķīdumam pievieno vēl vairāk spirtu, veidojas zaļas nogulsnes, kas pēc filtrēšanas kļūst zilas, un pēc žāvēšanas kļūst zili violetas ar sarkaniem mirdzumiem, kas skaidri redzami spēcīgā gaismā.
  5. Hroma oksīdu, kas paliek pēc “vulkāna” vai “faraona čūskas” eksperimentiem, var atjaunot. Lai to izdarītu, ir nepieciešams sakausēt 8 g Cr 2 O 3 un 2 g Na 2 CO 3 un 2,5 g KNO 3 un apstrādāt atdzesēto sakausējumu ar verdošu ūdeni. Tiek iegūts šķīstošs hromāts, ko var pārvērst arī citos Cr(II) un Cr(VI) savienojumos, ieskaitot sākotnējo amonija dihromātu.

Redokspāreju piemēri, iesaistot hromu un tā savienojumus

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 \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O
c) 2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH = 6NaBr + 2Na2CrO4 + 4H2O
d) 2Na 2CrO 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 = CrCl3 + 3H2O
c) 2CrCl3 + 2KMnO4 + 3H2O = K2Cr2O7 + 2Mn(OH)2 + 6HCl
d) K 2 Cr 2 O 7 + 2 KOH = 2 K 2 CrO 4 + H 2 O

3. CrO - Cr (OH) 2 - Cr (OH) 3 - Cr (NO 3) 3 - Cr 2 O 3 - CrO - 2
Cr2+

a) CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O
b) CrO + H 2 O \u003d Cr (OH) 2
c) Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr(OH) 3
d) Cr(OH)3 + 3HNO3 = Cr(NO3)3 + 3H2O
e) 4Cr (NO 3) 3 \u003d 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
f) Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

Chrome elements kā mākslinieks

Ķīmiķi diezgan bieži pievērsās problēmai radīt mākslīgos pigmentus krāsošanai. 18.-19.gadsimtā tika izstrādāta daudzu gleznu materiālu iegūšanas tehnoloģija. Luiss Nikolass Vokelins 1797. gadā, kurš Sibīrijas sarkanajā rūdā atklāja līdz šim nezināmo elementu hromu, sagatavoja jaunu, izcili stabilu krāsu – hroma zaļo. Tās hromofors ir ūdens hroma (III) oksīds. Ar nosaukumu "smaragda zaļš" to sāka ražot 1837. gadā. Vēlāk L. Vokelens ierosināja vairākas jaunas krāsas: barīta, cinka un hroma dzelteno. Laika gaitā tie tika aizstāti ar noturīgākiem dzelteniem, oranžiem pigmentiem uz kadmija bāzes.

Hromzaļā krāsa ir visizturīgākā un gaismas noturīgākā krāsa, kuru neietekmē atmosfēras gāzes. Eļļā ierīvētajam hroma zaļajam ir liels slēpšanas spēks un tas spēj ātri izžūt, tāpēc kopš 19. gs. to plaši izmanto glezniecībā. Tam ir liela nozīme porcelāna apgleznošanā. Fakts ir tāds, ka porcelāna izstrādājumus var dekorēt gan ar apakšglazūras, gan virsglazūras krāsojumu. Pirmajā gadījumā krāsas tiek uzklātas tikai uz nedaudz apdedzināta izstrādājuma virsmas, ko pēc tam pārklāj ar glazūras slāni. Tam seko galvenā, augstās temperatūras apdedzināšana: porcelāna masas saķepināšanai un glazūras kausēšanai izstrādājumi tiek uzkarsēti līdz 1350 - 1450 0 С. paaugstināta temperatūraļoti maz krāsu var izturēt ķīmiskās izmaiņas, un vecos laikos bija tikai divas šādas krāsas - kobalta un hroma. Melnais kobalta oksīds, kas uzklāts uz porcelāna izstrādājuma virsmas, apdedzināšanas laikā saplūst ar glazūru, ķīmiski mijiedarbojoties ar to. Rezultātā veidojas spilgti zili kobalta silikāti. Šie kobalta zilie porcelāna izstrādājumi ir labi zināmi visiem. Hroma oksīds (III) ķīmiski neiedarbojas ar glazūras sastāvdaļām un vienkārši atrodas starp porcelāna lauskas un caurspīdīgo glazūru ar "kurlu" slāni.

Papildus hroma zaļajai krāsai mākslinieki izmanto krāsas, kas iegūtas no Volkonskoite. Šo minerālu no montmorilonītu grupas (komplekso silikātu Na (Mo, Al), Si 4 O 10 (OH) 2 apakšklases mālu minerāls) 1830. gadā atklāja krievu mineralogs Kemerers un nosauca M. N. Volkonskas, meitas vārdā. Borodino kaujas varoņa ģenerāļa N N. Raevska, decembrista S. G. Volkonska sieva Volkonskoite ir māls, kas satur līdz 24% hroma oksīda, kā arī alumīnija un dzelzs oksīdus (III). nosaka tā daudzveidīgo krāsojumu - no aptumšotas ziemas egles krāsas līdz koši zaļai purva vardes krāsai.

Pablo Pikaso vērsās pie mūsu valsts ģeologiem ar lūgumu izpētīt Volkonskoite krājumus, kas piešķir krāsai vienreizēji svaigu toni. Šobrīd ir izstrādāta metode mākslīgā volkonskoīta iegūšanai. Interesanti atzīmēt, ka saskaņā ar mūsdienu pētījumiem krievu ikonu gleznotāji izmantoja krāsas no šī materiāla jau viduslaikos, ilgi pirms tā “oficiālā” atklāšanas. Mākslinieku iecienīts bija arī Ginjē zaļais (izveidots 1837. gadā), kura hromoforma ir hroma oksīda Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O hidrāts, kur daļa ūdens ir ķīmiski saistīta, bet daļa – adsorbēta. Šis pigments piešķir krāsai smaragda nokrāsu.

vietne, pilnībā vai daļēji kopējot materiālu, ir nepieciešama saite uz avotu.

Chrome — ķīmiskais elements ar atomskaitli 24. Tas ir ciets, spīdīgs, tēraudpelēks metāls, kas labi pulējas un neaptraipa. Izmanto sakausējumos, piemēram, nerūsējošajā tēraudā, un kā pārklājumu. Cilvēka ķermenim ir nepieciešams neliels daudzums trīsvērtīgā hroma, lai metabolizētu cukuru, bet Cr(VI) ir ļoti toksisks.

Dažādi hroma savienojumi, piemēram, hroma(III) oksīds un svina hromāts, ir spilgti krāsoti un tiek izmantoti krāsās un pigmentos. Rubīna sarkanā krāsa ir saistīta ar šī ķīmiskā elementa klātbūtni. Dažas vielas, īpaši nātrijs, ir oksidētāji, ko izmanto organisko savienojumu oksidēšanai un (kopā ar sērskābi) laboratorijas stikla trauku tīrīšanai. Turklāt hroma oksīdu (VI) izmanto magnētiskās lentes ražošanā.

Atklājums un etimoloģija

Ķīmiskā elementa hroma atklāšanas vēsture ir šāda. 1761. gadā Johans Gotlobs Lēmans Urālu kalnos atrada oranži sarkanu minerālu un nosauca to par "Sibīrijas sarkano svinu". Lai gan tas kļūdaini tika identificēts kā svina savienojums ar selēnu un dzelzi, materiāls patiesībā bija svina hromāts ar ķīmiskā formula PbCrO4. Mūsdienās to sauc par krokonta minerālu.

1770. gadā Pīters Saimons Pallass apmeklēja vietu, kur Lemāns atrada sarkano svina minerālu, kuram bija ļoti labvēlīgās īpašības pigments krāsās. Sibīrijas sarkanā svina kā krāsas izmantošana strauji attīstījās. Turklāt spilgti dzeltenā krāsa no krokonta ir kļuvusi modē.

1797. gadā Nikolass Luiss Vokelins ieguva sarkanās krāsas paraugus. Sajaucot krokontu ar sālsskābi, viņš ieguva oksīdu CrO 3. Hroms kā ķīmiskais elements tika izolēts 1798. gadā. Vauquelin to ieguva, karsējot oksīdu ar kokogli. Viņš arī spēja atklāt hroma pēdas tādos dārgakmeņos kā rubīns un smaragds.

1800. gados Cr galvenokārt tika izmantots krāsās un ādas sāļos. Mūsdienās 85% metāla tiek izmantoti sakausējumos. Pārējo izmanto ķīmiskajā rūpniecībā, ugunsizturīgo materiālu ražošanā un lietuvju rūpniecībā.

Ķīmiskā elementa hroma izruna atbilst grieķu χρῶμα, kas nozīmē "krāsa", jo no tā var iegūt daudz krāsainu savienojumu.

Kalnrūpniecība un ražošana

Elements ir izgatavots no hromīta (FeCr 2 O 4). Apmēram puse no šīs rūdas pasaulē tiek iegūta Dienvidāfrikā. Turklāt Kazahstāna, Indija un Turcija ir tās lielākie ražotāji. Ir pietiekami daudz izpētītu hromīta atradņu, bet ģeogrāfiski tās ir koncentrētas Kazahstānā un Āfrikas dienvidos.

Vietējā hroma metāla nogulsnes ir reti sastopamas, taču tās pastāv. Piemēram, to iegūst Udačnajas raktuvēs Krievijā. Tas ir bagāts ar dimantiem, un reducējošā vide palīdzēja veidot tīru hromu un dimantus.

Metāla rūpnieciskai ražošanai hromīta rūdas apstrādā ar kausētu sārmu (kaustisko soda, NaOH). Šajā gadījumā veidojas nātrija hromāts (Na 2 CrO 4), ko ogleklis reducē līdz Cr 2 O 3 oksīdam. Metālu iegūst, karsējot oksīdu alumīnija vai silīcija klātbūtnē.

2000. gadā tika iegūti aptuveni 15 Mt hromīta rūdas un pārstrādāti 4 Mt ferohroma, 70% hroma-dzelzs, un aptuvenā tirgus vērtība ir 2,5 miljardi ASV dolāru.

Galvenās īpašības

Ķīmiskā elementa hroma īpašība ir saistīta ar to, ka tas ir periodiskās tabulas ceturtā perioda pārejas metāls un atrodas starp vanādiju un mangānu. Iekļauts VI grupā. Tas kūst 1907 °C temperatūrā. Skābekļa klātbūtnē hroms ātri veido plānu oksīda slāni, kas pasargā metālu no turpmākas mijiedarbības ar skābekli.

Kā pārejas elements reaģē ar vielām dažādās proporcijās. Tādējādi tas veido savienojumus, kuros tas ir dažādas pakāpes oksidēšanās. Hroms ir ķīmiskais elements ar pamatstāvokļiem +2, +3 un +6, no kuriem +3 ir visstabilākais. Turklāt retos gadījumos tiek novēroti stāvokļi +1, +4 un +5. Hroma savienojumi oksidācijas stāvoklī +6 ir spēcīgi oksidētāji.

Kādā krāsā ir hroms? Ķīmiskais elements piešķir rubīna nokrāsu. Izmantotais Cr 2 O 3 tiek izmantots arī kā pigments, ko sauc par "hroma zaļo". Tās sāļi krāso stiklu smaragdzaļā krāsā. Hroms ir ķīmisks elements, kura klātbūtne padara rubīnsarkanu. Tāpēc to izmanto sintētisko rubīnu ražošanā.

izotopi

Hroma izotopu atomu svars ir no 43 līdz 67. Parasti šis ķīmiskais elements sastāv no trim stabilām formām: 52 Cr, 53 Cr un 54 Cr. No tiem visizplatītākais ir 52 Cr (83,8% no visa dabiskā hroma). Turklāt ir aprakstīti 19 radioizotopi, no kuriem 50 Cr ir visstabilākais, kuru pussabrukšanas periods pārsniedz 1,8 x 10 17 gadus. 51 Cr pussabrukšanas periods ir 27,7 dienas, un visiem pārējiem radioaktīvajiem izotopiem tas nepārsniedz 24 stundas, un lielākajai daļai no tiem tas ilgst mazāk par vienu minūti. Elementam ir arī divi metastāti.

Hroma izotopi zemes garozā, kā likums, pavada mangāna izotopus, kas tiek pielietoti ģeoloģijā. 53 Cr veidojas 53 Mn radioaktīvās sabrukšanas laikā. Mn / Cr izotopu attiecība pastiprina citas agrīnās vēstures norādes Saules sistēma. Izmaiņas 53 Cr/52 Cr un Mn/Cr attiecībās no dažādiem meteorītiem pierāda, ka jauni atomu kodoli radušies tieši pirms Saules sistēmas veidošanās.

Ķīmiskais elements hroms: īpašības, savienojumu formula

Hroma oksīds (III) Cr 2 O 3, pazīstams arī kā seskvioksīds, ir viens no četriem šī ķīmiskā elementa oksīdiem. To iegūst no hromīta. Zaļo savienojumu parasti sauc par "hroma zaļo", ja to izmanto kā pigmentu emaljas un stikla krāsošanai. Oksīds var izšķīst skābēs, veidojot sāļus, un izkausētā sārmā, hromos.

Kālija bihromāts

K 2 Cr 2 O 7 ir spēcīgs oksidētājs, un tas ir vēlams kā tīrīšanas līdzeklis laboratorijas stikla traukiem no organiskām vielām. Šim nolūkam tiek izmantots tā piesātinātais šķīdums, tomēr dažreiz to aizstāj ar nātrija dihromātu, pamatojoties uz tā augstāko šķīdību. Turklāt tas var regulēt organisko savienojumu oksidācijas procesu, pārvēršot primāro spirtu aldehīdā un pēc tam oglekļa dioksīdā.

Kālija dihromāts var izraisīt hroma dermatītu. Hroms, iespējams, ir sensibilizācijas cēlonis, kas izraisa dermatīta attīstību, īpaši plaukstās un apakšdelmos, kas ir hronisks un grūti ārstējams. Tāpat kā citi Cr(VI) savienojumi, kālija bihromāts ir kancerogēns. Ar to jārīkojas ar cimdiem un piemērotiem aizsarglīdzekļiem.

Hromskābe

Savienojumam ir hipotētiskā struktūra H 2 CrO 4 . Ne hromskābes, ne dihromskābes dabā nav sastopamas, bet to anjoni ir atrodami dažādas vielas. "Hromskābe", ko var atrast pārdošanā, patiesībā ir tās skābes anhidrīds - CrO 3 trioksīds.

Svina (II) hromāts

PbCrO 4 ir spilgti dzeltenā krāsā un praktiski nešķīst ūdenī. Šī iemesla dēļ tas ir izmantots kā krāsojošs pigments ar nosaukumu "dzeltenais kronis".

Cr un piecvērtīgā saite

Hroms izceļas ar spēju veidot piecvērtīgas saites. Savienojumu rada Cr(I) un ogļūdeņraža radikālis. Starp diviem hroma atomiem veidojas piecvērtīgā saite. Tās formulu var uzrakstīt kā Ar-Cr-Cr-Ar, kur Ar ir noteikta aromātiskā grupa.

Pieteikums

Hroms ir ķīmisks elements, kura īpašības nodrošināja to ar daudziem dažādas iespējas lietojumprogrammas, dažas no kurām ir norādītas zemāk.

Tas nodrošina metālu izturību pret koroziju un spīdīgu virsmu. Tāpēc hroms ir iekļauts tādos sakausējumos kā nerūsējošais tērauds, ko izmanto, piemēram, galda piederumos. To izmanto arī hromēšanai.

Hroms ir dažādu reakciju katalizators. To izmanto veidņu izgatavošanai ķieģeļu apdedzināšanai. Tās sāļi iedeg ādu. Kālija bihromātu izmanto organisko savienojumu, piemēram, spirtu un aldehīdu, oksidēšanai, kā arī laboratorijas stikla trauku tīrīšanai. Tas kalpo kā fiksējošs līdzeklis audumu krāsošanai un tiek izmantots arī fotogrāfijā un fotoattēlu drukāšanā.

CrO 3 izmanto magnētisko lentu izgatavošanai (piemēram, audio ierakstīšanai), kurām ir labākas īpašības nekā dzelzs oksīda plēvēm.

Loma bioloģijā

Trīsvērtīgais hroms ir ķīmisks elements, kas ir būtisks cukura metabolismam cilvēka organismā. Turpretim sešvērtīgais Cr ir ļoti toksisks.

Piesardzības pasākumi

Hroma metālu un Cr(III) savienojumus parasti neuzskata par veselībai bīstamiem, taču vielas, kas satur Cr(VI), var būt toksiskas, ja tās norij vai ieelpo. Lielākā daļa šo vielu kairina acis, ādu un gļotādas. Ar hronisku iedarbību hroma (VI) savienojumi var izraisīt acu bojājumus, ja tie netiek pareizi apstrādāti. Turklāt tas ir atzīts kancerogēns. Šī ķīmiskā elementa nāvējošā deva ir aptuveni puse tējkarotes. Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas ieteikumiem maksimāli pieļaujamā Cr (VI) koncentrācija in dzeramais ūdens ir 0,05 mg litrā.

Tā kā hroma savienojumus izmanto krāsās un ādas miecēšanai, tie bieži sastopami augsnē un gruntsūdeņi pamestas rūpniecības iekārtas, kurām nepieciešama vides sakopšana un atjaunošana. Primer, kas satur Cr(VI), joprojām tiek plaši izmantots kosmosa un automobiļu rūpniecībā.

Elementu īpašības

Galvenā fizikālās īpašības hroms ir šāds:

  • Atomu skaits: 24.
  • Atomu svars: 51,996.
  • Kušanas temperatūra: 1890 °C.
  • Vārīšanās temperatūra: 2482 °C.
  • Oksidācijas stāvoklis: +2, +3, +6.
  • Elektronu konfigurācija: 3d 5 4s 1 .

Raksta saturs

HROMS– (hroms) Cr, 6(VIb) grupas ķīmiskais elements Periodiskā sistēma. Atomskaitlis 24, atommasa 51,996. Ir zināmi 24 hroma izotopi no 42 kr līdz 66 kr. Izotopi 52 Cr, 53 Cr, 54 Cr ir stabili. Dabiskā hroma izotopu sastāvs: 50 Cr (pussabrukšanas periods 1,8 10 17 gadi) - 4,345%, 52 Cr - 83,489%, 53 Cr - 9,501%, 54 Cr - 2,365%. Galvenie oksidācijas stāvokļi ir +3 un +6.

1761. gadā ķīmijas profesors Pēterburgas universitāte Johans Gotlobs Lēmans Urālu kalnu austrumu pakājē pie Berezovskas raktuvēm atklāja brīnišķīgu sarkanu minerālu, kas, saberzts pulverī, piešķīra spilgti dzeltenu krāsu. 1766. gadā Lemāns atveda minerālu paraugus uz Sanktpēterburgu. Pēc kristālu apstrādes ar sālsskābi viņš ieguva baltas nogulsnes, kurās atrada svinu. Lemāns minerālu sauca par Sibīrijas sarkano svinu (plomb rouge de Sibérie), tagad zināms, ka tas bija krokoīts (no grieķu "krokos" - safrāns) - dabiskais svina hromāts PbCrO 4.

Vācu ceļotājs un dabaszinātnieks Pīters Simons Pallass (1741-1811) vadīja Sanktpēterburgas Zinātņu akadēmijas ekspedīciju uz Krievijas centrālajiem reģioniem un 1770. gadā apmeklēja Dienvidu un Vidus Urālus, tostarp Berezovskas raktuves un, tāpat kā Lemāna, kļuva par interesē krokoīts. Pallas rakstīja: “Šis apbrīnojamais sarkanais svina minerāls nav atrodams nevienā citā atradnē. Sasmalcinot pulverī, tas kļūst dzeltens, un to var izmantot miniatūrā mākslā. Neskatoties uz to, ka krokoītu no Berezovskas raktuvēm uz Eiropu ir retums un grūtības (tas aizņēma gandrīz divus gadus), tika novērtēta minerāla kā krāsvielas izmantošana. Londonā un Parīzē 17. gadsimta beigās. visas dižciltīgās personas brauca ar smalki samaltu krokotu krāsotajos pajūgos, turklāt daudzu Eiropas mineraloģisko skapju kolekcijām tika pievienoti labākie Sibīrijas sarkanā svina paraugi.

1796. gadā krokoīta paraugs nonāca pie Parīzes Mineraloģijas skolas ķīmijas profesora Nikolasa Luī Vokelina (1763–1829), kurš analizēja minerālu, bet tajā neatrada neko, izņemot svina, dzelzs un alumīnija oksīdus. Turpinot Sibīrijas sarkanā svina izpēti, Vokelins uzvārīja minerālu ar potaša šķīdumu un, atdalot baltās svina karbonāta nogulsnes, ieguva dzeltenu nezināma sāls šķīdumu. Apstrādājot to ar svina sāli, izveidojās dzeltenas nogulsnes, ar dzīvsudraba sāli – sarkanas, un, pievienojot alvas hlorīdu, šķīdums kļuva zaļš. Sadalot krokoītu ar minerālskābēm, viņš ieguva "sarkanās svina skābes" šķīdumu, kuru iztvaicējot radās rubīnsarkani kristāli (tagad ir skaidrs, ka tas bija hromanhidrīds). Kalcinējis tos ar akmeņoglēm grafīta tīģelī, pēc reakcijas viņš atklāja daudz līdz šim nezināma metāla pelēku adatveida kristālu. Vauquelin norādīja uz metāla augsto ugunsizturību un tā izturību pret skābēm.

Vokelins jauno elementu nosauca par hromu (no grieķu valodas crwma — krāsa, krāsa), ņemot vērā daudzos daudzkrāsainos savienojumus, ko tas veido. Pamatojoties uz saviem pētījumiem, Vokelins pirmo reizi norādīja, ka smaragda krāsa dažiem dārgakmeņi tajos esošo hroma savienojumu piejaukuma dēļ. Piemēram, dabiskais smaragds ir dziļi zaļas krāsas berils, kurā alumīnijs ir daļēji aizstāts ar hromu.

Visticamāk, Vokelins ieguva nevis tīru metālu, bet gan tā karbīdus, par ko liecina iegūto kristālu adatveida forma, taču Parīzes Zinātņu akadēmija tomēr reģistrēja jauna elementa atklāšanu, un tagad Vokelins pamatoti tiek uzskatīts par atklājēju. elements Nr.24.

Jurijs Krutjakovs

hroma oksīds (II) un hroma(II) hidroksīds ir bāziski

Cr(OH)+2HCl→CrCl+2HO

Hroma(II) savienojumi ir spēcīgi reducējoši līdzekļi; atmosfēras skābekļa iedarbībā pārvēršas par hroma(III) savienojumu.

2CrCl+ 2HCl → 2CrCl+ H

4Cr(OH)+O+ 2HO→4Cr(OH)

hroma oksīds (III) CrO ir zaļš, ūdenī nešķīstošs pulveris. To var iegūt, kalcinējot hroma(III) hidroksīdu vai kālija un amonija dihromātus:

2Cr(OH)-→CrO+ 3HO

4KCrO-→ 2CrO + 4KCrO + 3O

(NH)CrO-→ CrO+ N+ HO

Ir grūti mijiedarboties ar koncentrētiem skābju un sārmu šķīdumiem:

Cr 2 O 3 + 6 KOH + 3H 2 O \u003d 2K 3 [Cr (OH) 6]

Cr 2 O 3 + 6HCl \u003d 2CrCl 3 + 3H 2 O

Hroma (III) hidroksīdu Cr (OH) 3 iegūst, sārmiem iedarbojoties uz hroma (III) sāļu šķīdumiem:

CrCl 3 + 3KOH \u003d Cr (OH) 3 ↓ + 3KSl

Hroma hidroksīds (III) ir pelēcīgi zaļas nogulsnes, kuru saņemšanas laikā sārms ir jāuzņem deficīts. Šādā veidā iegūtais hroma (III) hidroksīds atšķirībā no atbilstošā oksīda viegli mijiedarbojas ar skābēm un sārmiem, t.i. piemīt amfoteriskas īpašības:

Cr (OH) 3 + 3HNO 3 \u003d Cr (NO 3) 3 + 3H 2 O

Cr(OH)3 + 3KOH = K3 [Cr(OH)6] (heksahidroksohromīts K)

Kad Cr (OH) 3 sakausē ar sārmiem, tiek iegūti metahromīti un ortohromīti:

Cr(OH)3 + KOH = KCrO 2 (metahromīts K)+ 2H2O

Cr(OH) 3 + KOH = K 3 CrO 3 (ortohromīts K)+ 3H2O

hroma savienojumi (VI).

hroma oksīds (VI) - CrO 3 - tumši sarkana kristāliska viela, labi šķīst ūdenī - tipisks skābes oksīds. Šis oksīds atbilst divām skābēm:

    CrO 3 + H 2 O \u003d H 2 CrO 4 (hromskābe - veidojas ar lieko ūdeni)

    CrO 3 + H 2 O \u003d H 2 Cr 2 O 7 (dihromskābe – veidojas pie augstas hroma oksīda koncentrācijas (3)).

Hroma oksīds (6) ir ļoti spēcīgs oksidētājs, tāpēc tas enerģiski mijiedarbojas ar organiskām vielām:

    C 2 H 5 OH + 4CrO 3 \u003d 2CO 2 + 2Cr 2 O 3 + 3H 2 O

Tas arī oksidē jodu, sēru, fosforu, ogles:

    3S + 4CrO 3 \u003d 3SO 2 + 2Cr 2 O 3

Sildot līdz 250 0 C, hroma oksīds (6) sadalās:

    4CrO 3 \u003d 2Cr 2 O 3 + 3O 2

Hroma oksīdu (6) var iegūt, iedarbojoties ar koncentrētu sērskābi uz cietiem hromātiem un dihromātiem:

    K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + 2 CrO 3 + H 2 O

Hromskābes un dihromskābes.

Hromskābes un dihromskābes eksistē tikai ūdens šķīdumos, tās veido stabilus sāļus, attiecīgi hromātus un dihromātus. Hromāti un to šķīdumi ir dzelteni, dihromāti ir oranži.

Mainoties šķīduma videi, hromāts - CrO 4 2- joni un dihromāts - Cr2O 7 2- joni viegli pāriet viens otrā

Šķīduma skābā vidē hromāti pārvēršas par dihromātiem:

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

Sārmainā vidē dihromāti pārvēršas hromātos:

    K 2 Cr 2 O 7 + 2 KOH \u003d 2K 2 CrO 4 + H 2 O

Atšķaidot, dihromskābe kļūst par hromskābi:

    H 2 Cr 2 O 7 + H 2 O \u003d 2H 2 CrO 4

Hroma savienojumu īpašību atkarība no oksidācijas pakāpes.

Oksidācijas stāvoklis

Oksīda būtība

pamata

amfotērisks

skābe

Hidroksīds

Cr(OH) 3 - H 3 CrO 3

Hidroksīda būtība

pamata

amfotērisks

skābe

→ bāzisko īpašību pavājināšanās un skābju stiprināšana →

Hroma savienojumu redoksīpašības.

Reakcijas skābā vidē.

Skābā vidē Cr +6 savienojumi reducējošo aģentu iedarbībā pārvēršas par Cr +3 savienojumiem: H 2 S, SO 2, FeSO 4

    K 2 Cr 2 O 7 + 3H 2 S + 4H 2 SO 4 \u003d 3S + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

    S-2 – 2e → S 0

    2Cr +6 + 6e → 2Cr +3

Reakcijas sārmainā vidē.

Sārmainā vidē Cr +3 hroma savienojumi oksidētāju iedarbībā pārvēršas par Cr +6 savienojumiem: J2, Br2, Cl2, Ag2O, KClO3, H2O2, KMnO4:

    2KCrO2 +3 Br2 +8NaOH \u003d 2Na2CrO4 + 2KBr + 4NaBr + 4H2O

    Cr +3 - 3e → Cr +6