Właściwości optyczne tlenku chromu 3. Chrom w przyrodzie i jego ekstrakcja przemysłowa

Odkrycie chromu należy do okresu szybkiego rozwoju chemiczno-analitycznych badań soli i minerałów. W Rosji chemicy szczególnie zainteresowali się analizą minerałów znalezionych na Syberii i prawie nieznanych w Europie Zachodniej. Jednym z tych minerałów była syberyjska ruda czerwonego ołowiu (krokoit), opisana przez Łomonosowa. Minerał został przebadany, ale nie znaleziono w nim nic poza tlenkami ołowiu, żelaza i aluminium. Jednak w 1797 roku Vauquelin, gotując drobno zmieloną próbkę minerału z potasem i strącającym się węglanem ołowiu, uzyskał pomarańczowo-czerwony roztwór. Z tego roztworu wykrystalizował rubinowoczerwoną sól, z której wyodrębniono tlenek i wolny metal, inny niż wszystkie znane metale. Vauquelin nazwał go Chrom ( Chrom ) od greckiego słowa- kolorystyka, kolor; To prawda, że ​​nie chodziło tu o własność metalu, ale o jego jaskrawo zabarwione sole.

Odnajdywanie w naturze.

Najważniejszą rudą chromu o praktycznym znaczeniu jest chromit, którego przybliżony skład odpowiada formule FeCrO ​​4.

Występuje w Azji Mniejszej, na Uralu, w Ameryce Północnej, w południowej Afryce. Wspomniany wyżej minerał krokoit - PbCrO 4 - ma również znaczenie techniczne. Tlenek chromu (3) i niektóre z jego innych związków występują również w przyrodzie. W skorupie ziemskiej zawartość chromu w przeliczeniu na metal wynosi 0,03%. Chrom znajduje się na Słońcu, gwiazdach, meteorytach.

Właściwości fizyczne.

Chrom to biały, twardy i kruchy metal, wyjątkowo odporny chemicznie na kwasy i zasady. Utlenia się w powietrzu i ma cienką przezroczystą warstwę tlenku na powierzchni. Chrom ma gęstość 7,1 g/cm3, jego temperatura topnienia wynosi +1875 0 C.

Paragon fiskalny.

Przy silnym ogrzewaniu rudy chromowo-żelazowej z węglem, chrom i żelazo ulegają redukcji:

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

W wyniku tej reakcji powstaje stop chromu z żelazem, który charakteryzuje się dużą wytrzymałością. W celu uzyskania czystego chromu jest on redukowany z tlenku chromu(3) aluminium:

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

W procesie tym zwykle wykorzystywane są dwa tlenki - Cr 2 O 3 i CrO 3

Właściwości chemiczne.

Dzięki cienkiej ochronnej warstwie tlenku pokrywającej powierzchnię chromu jest wysoce odporny na agresywne kwasy i zasady. Chrom nie reaguje ze stężonymi kwasami azotowym i siarkowym, a także z kwasem fosforowym. Chrom oddziałuje z alkaliami w t = 600-700 o C. Natomiast chrom oddziałuje z rozcieńczonymi kwasami siarkowym i chlorowodorowym wypierając wodór:

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

W wysokich temperaturach chrom spala się w tlenie, tworząc tlenek(III).

Gorący chrom reaguje z parą wodną:

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

Chrom reaguje również z halogenami w wysokich temperaturach, halogeny z wodorami, siarką, azotem, fosforem, węglem, krzemem, borem np.:

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

Powyższe właściwości fizyczne i chemiczne chromu znalazły zastosowanie w: różne obszary nauka i technologia. Na przykład chrom i jego stopy są wykorzystywane do uzyskania wysokowytrzymałych, odpornych na korozję powłok w inżynierii mechanicznej. Jako narzędzia do skrawania metalu stosuje się stopy w postaci ferrochromu. Stopy chromowane znalazły zastosowanie w technologii medycznej, w produkcji urządzeń do procesów chemicznych.

Pozycja chromu w układzie okresowym pierwiastków chemicznych:

Chrom stoi na czele bocznej podgrupy VI grupy układu okresowego pierwiastków. Jego elektroniczna formuła wygląda następująco:

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

Przy wypełnianiu orbitali elektronami przy atomie chromu naruszona jest prawidłowość, zgodnie z którą orbital 4S powinien być najpierw wypełniony do stanu 4S 2 . Jednak ze względu na to, że orbital 3d zajmuje korzystniejszą pozycję energetyczną w atomie chromu, jest on wypełniony do wartości 4d 5 . Takie zjawisko obserwuje się w atomach niektórych innych pierwiastków podgrup drugorzędowych. Chrom może wykazywać stany utlenienia od +1 do +6. Najbardziej stabilne są związki chromu o stopniach utlenienia +2, +3, +6.

Związki dwuwartościowego chromu.

Tlenek chromu (II) CrO - czarny proszek piroforyczny (piroforyczny - zdolność do zapalania się w powietrzu w stanie drobno rozdrobnionym). CrO rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie solnym:

CrO + 2HCl = CrCl2 + H2O

W powietrzu, po podgrzaniu powyżej 100 0 C, CrO zamienia się w Cr 2 O 3.

Sole dwuwartościowego chromu powstają przez rozpuszczenie metalicznego chromu w kwasach. Reakcje te zachodzą w atmosferze nieaktywnego gazu (na przykład H 2), ponieważ w obecności powietrza Cr(II) łatwo utlenia się do Cr(III).

Wodorotlenek chromu otrzymuje się w postaci żółtego osadu przez działanie roztworu alkalicznego na chlorek chromu (II):

CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2 + 2NaCl

Cr(OH) 2 ma podstawowe właściwości, jest reduktorem. Uwodniony jon Cr2+ ma kolor jasnoniebieski. Wodny roztwór CrCl2 ma kolor niebieski. W powietrzu w roztworach wodnych związki Cr(II) przekształcają się w związki Cr(III). Jest to szczególnie widoczne w przypadku wodorotlenku Cr(II):

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

Związki chromu trójwartościowego.

Tlenek chromu (III) Cr 2 O 3 jest ogniotrwałym zielonym proszkiem. Twardość zbliżona do korundu. W laboratorium można go otrzymać przez ogrzewanie dwuchromianu amonu:

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

Cr 2 O 3 - amfoteryczny tlenek po stopieniu z alkaliami tworzy chromity: Cr 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O

Wodorotlenek chromu jest również związkiem amfoterycznym:

Cr(OH)3 + HCl = CrCl3 + 3H2O
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O

Bezwodny CrCl 3 ma wygląd ciemnofioletowych liści, jest całkowicie nierozpuszczalny w zimnej wodzie i bardzo powoli rozpuszcza się podczas gotowania. Bezwodny siarczan chromu (III) Cr 2 (SO 4) 3 Różowy kolor również słabo rozpuszczalny w wodzie. W obecności reduktorów tworzy purpurowy siarczan chromu Cr 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O. Znane są również wodziany zielonego siarczanu chromu, zawierające mniejszą ilość wody. Z roztworów zawierających fioletowy siarczan chromu i siarczan potasu krystalizuje ałun chromowy KCr(SO 4) 2 * 12 H 2 O. Roztwór ałunu chromowego zmienia kolor na zielony po podgrzaniu z powodu tworzenia się siarczanów.

Reaguje z chromem i jego związkami

Niemal wszystkie związki chromu i ich roztwory są intensywnie zabarwione. Mając bezbarwny roztwór lub biały osad możemy z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić brak chromu.

  1. Mocno podgrzewamy w płomieniu palnika na porcelanowym kubku taką ilość dwuchromianu potasu, która zmieści się na czubku noża. Sól nie uwolni wody krystalizacyjnej, ale stopi się w temperaturze ok. 400°C tworząc ciemną ciecz. Podgrzejmy jeszcze kilka minut na silnym płomieniu. Po schłodzeniu na odłamku tworzy się zielony osad. Część rozpuszcza się w wodzie (zmienia kolor na żółty), a część pozostaje na odłamku. Sól rozkładała się po podgrzaniu, co prowadziło do powstania rozpuszczalnego żółtego chromianu potasu K2CrO4 i zielonego Cr2O3.
  2. Rozpuść 3g sproszkowanego dwuchromianu potasu w 50ml wody. Do jednej części dodaj trochę węglanu potasu. Rozpuści się wraz z uwolnieniem CO 2 , a kolor roztworu stanie się jasnożółty. Chromian powstaje z dwuchromianu potasu. Jeśli teraz dodamy porcjami 50% roztwór kwasu siarkowego, wówczas ponownie pojawi się czerwono-żółty kolor dwuchromianu.
  3. Wlać do probówki 5 ml. roztworem dwuchromianu potasu, gotować z 3 ml stężonego kwasu solnego pod ciągiem. Z roztworu uwalniany jest żółto-zielony trujący gazowy chlor, ponieważ chromian utlenia HCl do Cl 2 i H 2 O. Sam chromian zamienia się w zielony chlorek trójwartościowego chromu. Można go wyizolować przez odparowanie roztworu, a następnie, łącząc się z sodą i azotanem, przekształcić w chromian.
  4. Po dodaniu roztworu azotanu ołowiu wytrąca się żółty chromian ołowiu; podczas interakcji z roztworem azotanu srebra powstaje czerwonobrązowy osad chromianu srebra.
  5. Dodać nadtlenek wodoru do roztworu dwuchromianu potasu i zakwasić roztwór kwasem siarkowym. Roztwór nabiera ciemnoniebieskiego koloru dzięki powstawaniu nadtlenku chromu. Nadtlenek po wstrząśnięciu z odrobiną eteru zamieni się w rozpuszczalnik organiczny i zmieni kolor na niebieski. Ta reakcja jest specyficzna dla chromu i jest bardzo wrażliwa. Może być stosowany do wykrywania chromu w metalach i stopach. Przede wszystkim konieczne jest rozpuszczenie metalu. Przy dłuższym gotowaniu z 30% kwasem siarkowym (można również dodać kwas chlorowodorowy) chrom i wiele stali częściowo się rozpuszcza. Otrzymany roztwór zawiera siarczan chromu (III). Aby móc przeprowadzić reakcję wykrywania, najpierw neutralizujemy ją sodą kaustyczną. Wytrąca się szarozielony wodorotlenek chromu (III), który rozpuszcza się w nadmiarze NaOH i tworzy zielony chromit sodu. Przefiltruj roztwór i dodaj 30% nadtlenek wodoru. Po podgrzaniu roztwór zmieni kolor na żółty, ponieważ chromit utlenia się do chromianu. Zakwaszenie spowoduje niebieski kolor roztworu. Zabarwiony związek można wyekstrahować przez wytrząsanie z eterem.

Reakcje analityczne dla jonów chromu.

  1. Do 3-4 kropli roztworu chlorku chromu CrCl3 dodawać 2M roztwór NaOH aż do rozpuszczenia początkowego osadu. Zwróć uwagę na kolor utworzonego chromitu sodu. Ogrzać powstały roztwór w łaźni wodnej. Co się dzieje?
  2. Do 2-3 kropli roztworu CrCl3 dodać równą objętość 8M roztworu NaOH i 3-4 krople 3% roztworu H2O2. Ogrzać mieszaninę reakcyjną w łaźni wodnej. Co się dzieje? Jaki osad powstaje, gdy uzyskany kolorowy roztwór zostanie zneutralizowany, dodany do niego CH 3 COOH, a następnie Pb (NO 3) 2 ?
  3. Do probówki wlać 4-5 kropli roztworów siarczanu chromu Cr 2 (SO 4) 3, IMH 2 SO 4 i KMnO 4 . Ogrzewać miejsce reakcji przez kilka minut na łaźni wodnej. Zwróć uwagę na zmianę koloru roztworu. Co to spowodowało?
  4. Do 3-4 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 zakwaszonego kwasem azotowym dodać 2-3 krople roztworu H 2 O 2 i wymieszać. Niebieski kolor roztworu, który się pojawia, wynika z pojawienia się kwasu nadchromowego H 2 CrO 6:

Cr2O7 2- + 4H2O2 + 2H+ = 2H2CrO6 + 3H2O

Zwróć uwagę na szybki rozkład H 2 CrO 6:

2H2CrO6 + 8H+ = 2Cr3+ + 3O2 + 6H2O
Kolor niebieski zielony kolor

Kwas nadchromowy jest znacznie bardziej stabilny w rozpuszczalnikach organicznych.

  1. Do 3-4 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7 zakwaszonego kwasem azotowym dodać 5 kropli alkoholu izoamylowego, 2-3 krople roztworu H 2 O 2 i wstrząsnąć mieszaniną reakcyjną. Warstwa rozpuszczalnika organicznego, która unosi się na górze, ma kolor jasnoniebieski. Kolor zanika bardzo powoli. Porównaj stabilność H 2 CrO 6 w fazie organicznej i wodnej.
  2. Gdy jony CrO 4 2- i Ba 2+ oddziałują ze sobą, wytrąca się żółty osad chromianu baru BaCrO 4 .
  3. Azotan srebra tworzy ceglasty osad chromianu srebra z jonami CrO 4 2 .
  4. Weź trzy probówki. W jednym z nich umieścić 5-6 kropli roztworu K 2 Cr 2 O 7, do drugiego taką samą objętość roztworu K 2 CrO 4, a do trzeciego trzy krople obu roztworów. Następnie do każdej probówki dodaj trzy krople roztworu jodku potasu. Wyjaśnij wynik. Zakwasić roztwór w drugiej probówce. Co się dzieje? Czemu?

Zabawne eksperymenty ze związkami chromu

  1. Mieszanina CuSO4 i K2Cr2O7 zmienia kolor na zielony po dodaniu zasady i żółknie w obecności kwasu. Ogrzewając 2 mg glicerolu z niewielką ilością (NH 4) 2 Cr 2 O 7, a następnie dodając alkohol, po filtracji otrzymuje się jasnozielony roztwór, który po dodaniu kwasu zmienia kolor na żółty, a w obojętnym lub zasadowym zmienia kolor na zielony. średni.
  2. Umieścić na środku puszki z termitową „mieszanką rubinową” – dokładnie zmielić i umieścić w folii aluminiowej Al 2 O 3 (4,75 g) z dodatkiem Cr 2 O 3 (0,25 g). Aby słoik nie ostygł dłużej, należy go zakopać pod górną krawędzią w piasku, a po zapaleniu termitu i rozpoczęciu reakcji przykryć go blachą żelazną i wypełnić piaskiem. Bank wykopać w jeden dzień. Rezultatem jest czerwono-rubinowy proszek.
  3. 10 g dwuchromianu potasu uciera się z 5 g azotanu sodu lub potasu i 10 g cukru. Mieszaninę zwilża się i miesza z kolodionem. Jeśli proszek zostanie ściśnięty w szklanej rurce, a następnie kij zostanie wypchnięty i podpalony od końca, wtedy „wąż” zacznie się czołgać, najpierw czarny, a po schłodzeniu - zielony. Kij o średnicy 4 mm pali się z prędkością około 2 mm na sekundę i wydłuża się 10 razy.
  4. Jeśli zmieszasz roztwory siarczanu miedzi i dwuchromianu potasu i dodasz trochę roztworu amoniaku, wówczas wypadnie bezpostaciowy brązowy osad o składzie 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O, który rozpuszcza się w kwasie solnym, tworząc żółty roztwór i w nadmiarze amoniaku otrzymuje się zielony roztwór. Jeśli do tego roztworu doda się dalszą ilość alkoholu, powstanie zielony osad, który po filtracji staje się niebieski, a po wyschnięciu niebieskofioletowy z czerwonymi iskierkami, wyraźnie widoczny w silnym świetle.
  5. Tlenek chromu pozostały po eksperymentach z „wulkanem” lub „wężem faraona” można zregenerować. Aby to zrobić, konieczne jest stopienie 8 g Cr 2 O 3 i 2 g Na 2 CO 3 oraz 2,5 g KNO 3 i potraktowanie schłodzonego stopu wrzącą wodą. Otrzymuje się rozpuszczalny chromian, który można również przekształcić w inne związki Cr(II) i Cr(VI), w tym oryginalny dichromian amonu.

Przykłady przejść redoks z udziałem chromu i jego związków

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

a) (NH 4) 2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O b) Cr 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaCrO 2 + H 2 O
c) 2NaCrO 2 + 3Br 2 + 8NaOH = 6NaBr + 2Na2CrO4 + 4H2O
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 = CrCl3 + 3H2O
c) 2CrCl3 + 2KMnO4 + 3H2O = K2Cr2O7 + 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
Cr2+

a) CrO + 2HCl = CrCl2 + H2O
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

Element Chrome jako artysta

Chemicy dość często zwracali się do problemu tworzenia sztucznych pigmentów do malowania. W XVIII-XIX wieku opracowano technologię pozyskiwania wielu materiałów obrazowych. Louis Nicolas Vauquelin w 1797 r., który w rudzie czerwieni syberyjskiej odkrył nieznany wcześniej pierwiastek chromu, przygotował nową, niezwykle stabilną farbę - zieleń chromową. Jego chromoforem jest wodny tlenek chromu (III). Pod nazwą „szmaragdowa zieleń” zaczęto ją produkować w 1837 roku. Później L. Vauquelen zaproponował kilka nowych farb: baryt, cynk i żółcień chromową. Z czasem zostały one zastąpione bardziej trwałymi żółtymi, pomarańczowymi pigmentami na bazie kadmu.

Chromowana zieleń to najtrwalsza i najbardziej odporna na światło farba, na którą nie mają wpływu gazy atmosferyczne. Zieleń chromowa nasmarowana olejem ma dużą siłę krycia i dlatego od XIX wieku szybko schnie. jest szeroko stosowany w malarstwie. Ma to ogromne znaczenie w malowaniu porcelany. Faktem jest, że wyroby porcelanowe można ozdobić zarówno malowaniem podszkliwnym, jak i nabłyszczającym. W pierwszym przypadku farby nakłada się na powierzchnię tylko lekko wypalonego produktu, który następnie pokrywa się warstwą glazury. Następnie następuje główne wypalanie w wysokiej temperaturze: w celu spiekania masy porcelanowej i topienia glazury produkty są podgrzewane do 1350 - 1450 0 С. wysoka temperatura bardzo niewiele farb może wytrzymać zmiany chemiczne, a w dawnych czasach istniały tylko dwie takie farby - kobaltowa i chromowa. Czarny tlenek kobaltu, nałożony na powierzchnię przedmiotu porcelanowego, podczas wypalania stapia się ze szkliwem, oddziałując z nim chemicznie. W rezultacie powstają jasnoniebieskie krzemiany kobaltu. Ta porcelana w kolorze kobaltowym jest dobrze znana każdemu. Tlenek chromu (III) nie oddziałuje chemicznie ze składnikami szkliwa i po prostu znajduje się pomiędzy odłamkami porcelany a przezroczystym szkliwem z „głuchą” warstwą.

Oprócz chromowanej zieleni artyści używają farb pochodzących z Volkonskoite. Ten minerał z grupy montmorylonitów (minerał ilasty podklasy złożonych krzemianów Na (Mo, Al), Si 4 O 10 (OH) 2) został odkryty w 1830 r. przez rosyjskiego mineraloga Kemmerera i nazwany na cześć córki M.N. bohatera bitwy pod Borodino, generała N N. Raevsky'ego, żony dekabrysty S. G. Volkonsky'ego Volkonskoite to glina zawierająca do 24% tlenku chromu, a także tlenki glinu i żelaza (III). od koloru przyciemnionej jodły zimowej do jasnozielonego koloru żaby bagiennej.

Pablo Picasso zwrócił się do geologów naszego kraju z prośbą o zbadanie rezerw Volkonskoite, co nadaje farbie wyjątkowo świeży ton. Obecnie opracowano metodę otrzymywania sztucznego wolkonskoitu. Warto zauważyć, że według współczesnych badań rosyjscy malarze ikon używali farb z tego materiału już w średniowieczu, na długo przed jego „oficjalnym” odkryciem. Popularna była również zieleń Guiniera (utworzona w 1837), której chromoform jest hydratem tlenku chromu Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O, w którym część wody jest związana chemicznie, a część zaadsorbowana. Ten pigment nadaje farbie szmaragdowy odcień.

strony, z pełnym lub częściowym skopiowaniem materiału, wymagany jest link do źródła.

Chrom — pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 24. Jest to twardy, błyszczący, stalowoszary metal, który dobrze się poleruje i nie matowieje. Stosowany w stopach takich jak stal nierdzewna oraz jako powłoka. Organizm ludzki potrzebuje niewielkich ilości trójwartościowego chromu do metabolizowania cukru, ale Cr(VI) jest wysoce toksyczny.

Różne związki chromu, takie jak tlenek chromu(III) i chromian ołowiu, mają jasny kolor i są stosowane w farbach i pigmentach. Czerwony kolor rubinu wynika z obecności tego pierwiastka chemicznego. Niektóre substancje, zwłaszcza sód, są utleniaczami używanymi do utleniania związków organicznych oraz (wraz z kwasem siarkowym) do czyszczenia szkła laboratoryjnego. Ponadto do produkcji taśmy magnetycznej wykorzystywany jest tlenek chromu (VI).

Odkrycie i etymologia

Historia odkrycia pierwiastka chemicznego chromu jest następująca. W 1761 r. Johann Gottlob Lehmann znalazł w Uralu minerał o pomarańczowo-czerwonym kolorze i nazwał go „syberyjskim czerwonym ołowiem”. Chociaż błędnie zidentyfikowano go jako związek ołowiu z selenem i żelazem, w rzeczywistości materiałem był chromian ołowiu z wzór chemiczny PbCrO 4 . Dziś znany jest jako minerał krokoński.

W 1770 roku Peter Simon Pallas odwiedził miejsce, w którym Leman znalazł czerwony minerał ołowiu, który miał bardzo korzystne cechy pigment w farbach. Zastosowanie syberyjskiego czerwonego ołowiu jako farby szybko się rozwinęło. Ponadto modny stał się jasnożółty z krokona.

W 1797 r. Nicolas-Louis Vauquelin uzyskał próbki czerwieni. Mieszając krokon z kwasem solnym, uzyskał tlenek CrO 3 . Chrom jako pierwiastek chemiczny został wyizolowany w 1798 roku. Vauquelin uzyskał go przez ogrzewanie tlenku węglem drzewnym. Był również w stanie wykryć ślady chromu w kamieniach takich jak rubin i szmaragd.

W XIX wieku Cr był używany głównie w farbach i solach do skór. Obecnie 85% metalu jest wykorzystywane w stopach. Pozostała część wykorzystywana jest w przemyśle chemicznym, produkcji materiałów ogniotrwałych i odlewnictwie.

Wymowa pierwiastka chemicznego chrom odpowiada greckiemu χρῶμα, co oznacza „kolor”, ze względu na wiele kolorowych związków, które można z niego uzyskać.

Górnictwo i produkcja

Element wykonany z chromitu (FeCr 2 O 4). Około połowa tej rudy na świecie wydobywana jest w Afryce Południowej. Ponadto jego głównymi producentami są Kazachstan, Indie i Turcja. Przebadanych złóż chromitu jest wystarczająco dużo, ale geograficznie są one skoncentrowane w Kazachstanie i południowej Afryce.

Złoża rodzimego chromu są rzadkie, ale istnieją. Na przykład jest wydobywany w kopalni Udachnaya w Rosji. Jest bogaty w diamenty, a środowisko redukujące pomogło w stworzeniu czystego chromu i diamentów.

W przypadku przemysłowej produkcji metalu rudy chromitu są traktowane stopionymi alkaliami (soda kaustyczna, NaOH). W tym przypadku powstaje chromian sodu (Na 2 CrO 4), który jest redukowany węglem do tlenku Cr 2 O 3 . Metal otrzymuje się przez ogrzewanie tlenku w obecności glinu lub krzemu.

W 2000 r. wydobyto około 15 Mt rudy chromitowej i przetworzono ją na 4 Mt żelazochromu, 70% chromu-żelaza, o szacowanej wartości rynkowej wynoszącej 2,5 miliarda USD.

Główna charakterystyka

Charakterystyka pierwiastka chemicznego chrom wynika z faktu, że jest on metalem przejściowym czwartego okresu układu okresowego i znajduje się pomiędzy wanadem a manganem. Zaliczany do VI grupy. Topi się w temperaturze 1907 °C. W obecności tlenu chrom szybko tworzy cienką warstwę tlenku, która chroni metal przed dalszą interakcją z tlenem.

Jako pierwiastek przejściowy reaguje z substancjami w różnych proporcjach. W ten sposób tworzy związki, w których ma różne stopnie utlenianie. Chrom to pierwiastek chemiczny o stanach podstawowych +2, +3 i +6, z których +3 jest najbardziej stabilny. Ponadto w rzadkich przypadkach obserwuje się stany +1, +4 i +5. Związki chromu na stopniu utlenienia +6 są silnymi utleniaczami.

Jakiego koloru jest chrom? Pierwiastek chemiczny nadaje rubinowy odcień. Zastosowany Cr 2 O 3 jest również używany jako pigment zwany „zielonym chromem”. Jego sole barwią szkło na szmaragdowozieloną barwę. Chrom to pierwiastek chemiczny, którego obecność nadaje rubinowi czerwień. Dlatego jest używany do produkcji rubinów syntetycznych.

izotopy

Izotopy chromu mają masy atomowe od 43 do 67. Zazwyczaj ten pierwiastek chemiczny składa się z trzech stabilnych form: 52 Cr, 53 Cr i 54 Cr. Spośród nich najczęściej występuje 52 Cr (83,8% całego naturalnego chromu). Ponadto opisano 19 radioizotopów, z których 50 Cr jest najbardziej stabilny, o okresie półtrwania przekraczającym 1,8 x 10 17 lat. 51Cr ma okres półtrwania 27,7 dnia, a dla wszystkich pozostałych izotopów promieniotwórczych nie przekracza 24 godzin, a dla większości z nich trwa mniej niż minutę. Pierwiastek ma również dwa przerzuty.

Izotopy chromu w skorupie ziemskiej z reguły towarzyszą izotopom manganu, który znajduje zastosowanie w geologii. 53 Cr powstaje podczas rozpadu promieniotwórczego 53 Mn. Stosunek izotopów Mn/Cr potwierdza inne wskazówki dotyczące wczesnej historii Układ Słoneczny. Zmiany stosunków 53 Cr/52 Cr i Mn/Cr z różnych meteorytów dowodzą, że nowe jądra atomowe powstały tuż przed powstaniem Układu Słonecznego.

Pierwiastek chemiczny chrom: właściwości, wzór związków

Tlenek chromu (III) Cr 2 O 3, znany również jako półtoratlenek, jest jednym z czterech tlenków tego pierwiastka chemicznego. Pozyskiwany jest z chromitu. Zielony związek jest powszechnie określany jako „zielony chrom”, gdy jest stosowany jako pigment do malowania emalii i szkła. Tlenek może rozpuszczać się w kwasach, tworząc sole oraz w stopionych alkaliach, chromitach.

Dwuchromian potasu

K 2 Cr 2 O 7 jest silnym środkiem utleniającym i jest preferowany jako środek czyszczący do szkła laboratoryjnego z materiałów organicznych. W tym celu stosuje się jego nasycony roztwór, czasem jednak zastępuje się go dwuchromianem sodu, ze względu na wyższą rozpuszczalność tego ostatniego. Ponadto może regulować proces utleniania związków organicznych, przekształcając alkohol pierwszorzędowy w aldehyd, a następnie w dwutlenek węgla.

Dwuchromian potasu może powodować chromowe zapalenie skóry. Chrom jest prawdopodobnie przyczyną uczulenia prowadzącego do rozwoju zapalenia skóry, zwłaszcza dłoni i przedramion, które jest przewlekłe i trudne do leczenia. Podobnie jak inne związki Cr(VI), dwuchromian potasu jest rakotwórczy. Należy się z nim obchodzić w rękawiczkach i odpowiednim sprzęcie ochronnym.

Kwas chromowy

Związek ma hipotetyczną budowę H 2 CrO 4 . Ani kwas chromowy, ani dichromowy nie występują naturalnie, ale ich aniony znajdują się w różne substancje. „Kwas chromowy”, który można znaleźć w sprzedaży, to w rzeczywistości jego bezwodnik kwasowy - trójtlenek CrO 3 .

Chromian ołowiu(II)

PbCrO 4 ma jasnożółty kolor i jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Z tego powodu znalazł zastosowanie jako pigment barwiący pod nazwą „żółta korona”.

Cr i wiązanie pięciowartościowe

Chrom wyróżnia się zdolnością do tworzenia wiązań pięciowartościowych. Związek tworzą Cr(I) i rodnik węglowodorowy. Pomiędzy dwoma atomami chromu powstaje pięciowartościowe wiązanie. Jego wzór można zapisać jako Ar-Cr-Cr-Ar, gdzie Ar jest określoną grupą aromatyczną.

Aplikacja

Chrom to pierwiastek chemiczny, którego właściwości zapewniły mu wiele różne opcje aplikacje, z których niektóre są wymienione poniżej.

Nadaje metalom odporność na korozję i błyszczącą powierzchnię. Dlatego chrom jest zawarty w stopach, takich jak stal nierdzewna, stosowana na przykład w sztućcach. Służy również do chromowania.

Chrom jest katalizatorem różnych reakcji. Służy do wykonywania form do wypalania cegieł. Jego sole opalają skórę. Dwuchromian potasu służy do utleniania związków organicznych, takich jak alkohole i aldehydy, a także do czyszczenia szkła laboratoryjnego. Służy jako utrwalacz do barwienia tkanin, a także znajduje zastosowanie w fotografii i druku zdjęć.

CrO 3 służy do produkcji taśm magnetycznych (np. do nagrywania dźwięku), które mają lepsze właściwości niż filmy z tlenku żelaza.

Rola w biologii

Chrom trójwartościowy jest pierwiastkiem chemicznym niezbędnym do metabolizmu cukru w ​​organizmie człowieka. W przeciwieństwie do tego sześciowartościowy Cr jest wysoce toksyczny.

Środki ostrożności

Związki chromu metalicznego i Cr(III) nie są ogólnie uważane za niebezpieczne dla zdrowia, ale substancje zawierające Cr(VI) mogą być toksyczne w przypadku spożycia lub wdychania. Większość z tych substancji działa drażniąco na oczy, skórę i błony śluzowe. Przy długotrwałym narażeniu związki chromu(VI) mogą powodować uszkodzenie oczu, jeśli nie są odpowiednio leczone. Ponadto jest uznanym czynnikiem rakotwórczym. Śmiertelna dawka tego pierwiastka chemicznego to około pół łyżeczki. Zgodnie z zaleceniami Światowej Organizacji Zdrowia maksymalne dopuszczalne stężenie Cr(VI) w woda pitna wynosi 0,05 mg na litr.

Ponieważ związki chromu są używane w barwnikach i do garbowania skóry, często znajdują się w glebie i wody gruntowe opuszczone obiekty przemysłowe wymagające oczyszczenia i odtworzenia środowiska. Podkład zawierający Cr(VI) jest nadal szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.

Właściwości elementu

Główny właściwości fizyczne chrom są następujące:

  • Liczba atomowa: 24.
  • Masa atomowa: 51,996.
  • Temperatura topnienia: 1890°C.
  • Temperatura wrzenia: 2482 °C.
  • Stan utlenienia: +2, +3, +6.
  • Konfiguracja elektronowa: 3d 5 4s 1 .

Treść artykułu

CHROM– (Chrom) Cr, pierwiastek chemiczny z grupy 6(VIb) Układ okresowy. Liczba atomowa 24, masa atomowa 51,996. Istnieją 24 znane izotopy chromu od 42 Cr do 66 Cr. Izotopy 52 Cr, 53 Cr, 54 Cr są stabilne. Skład izotopowy chromu naturalnego: 50 Cr (okres półtrwania 1,8 10 17 lat) - 4,345%, 52 Cr - 83,489%, 53 Cr - 9,501%, 54 Cr - 2,365%. Główne stopnie utlenienia to +3 i +6.

W 1761 profesor chemii Uniwersytet Petersburski Johann Gottlob Lehmann u wschodniego podnóża Uralu w kopalni Bieriezowski odkrył cudowny czerwony minerał, który po rozdrobnieniu na proszek nadawał jasnożółty kolor. W 1766 Leman przywiózł próbki minerału do Petersburga. Po potraktowaniu kryształów kwasem solnym uzyskał biały osad, w którym znalazł ołów. Leman nazwał minerał syberyjski czerwony ołów (plomb rouge de Sibérie), obecnie wiadomo, że był to krokoit (z greckiego „krokos” – szafran) – naturalny chromian ołowiu PbCrO 4.

Niemiecki podróżnik i przyrodnik Peter Simon Pallas (1741-1811) poprowadził ekspedycję Petersburskiej Akademii Nauk do centralnych regionów Rosji, a w 1770 odwiedził południowy i środkowy Ural, w tym kopalnię Bieriezowski i, podobnie jak Lehman, został zainteresowany krokoitem. Pallas napisał: „Ten niesamowity minerał z czerwonego ołowiu nie występuje w żadnym innym złożu. Po zmieleniu na proszek zmienia kolor na żółty i może być stosowany w sztuce miniaturowej. Pomimo rzadkości i trudności w dostarczaniu krokoitu z kopalni Bieriezowski do Europy (zajęło to prawie dwa lata), doceniono wykorzystanie minerału jako barwnika. W Londynie i Paryżu pod koniec XVII wieku. wszystkie szlachcice jechały w powozach malowanych drobno zmielonym krokoitem, ponadto najlepsze próbki syberyjskiego czerwonego ołowiu trafiły do ​​zbiorów wielu szaf mineralogicznych w Europie.

W 1796 r. próbka krokoitu trafiła do Nicolasa-Louisa Vauquelina (1763-1829), profesora chemii w Paryskiej Szkole Mineralogicznej, który przeanalizował minerał, ale nie znalazł w nim niczego poza tlenkami ołowiu, żelaza i glinu. Kontynuując badania syberyjskiego czerwonego ołowiu, Vauquelin zagotował minerał z roztworem potażu i po oddzieleniu białego osadu węglanu ołowiu uzyskał żółty roztwór nieznanej soli. Po potraktowaniu solą ołowiu utworzył się żółty osad, z solą rtęci czerwoną, a po dodaniu chlorku cyny roztwór zmienił kolor na zielony. Rozkładając krokodyt kwasami mineralnymi, otrzymał roztwór „czerwonego kwasu ołowiowego”, którego odparowanie dało rubinowoczerwone kryształy (teraz jest jasne, że był to bezwodnik chromowy). Kalcynując je węglem w tyglu grafitowym, po reakcji odkrył wiele przerośniętych szarych igiełkowatych kryształów metalu nieznanego do tej pory. Vauquelin stwierdził wysoką ogniotrwałość metalu i jego odporność na kwasy.

Vauquelin nazwał nowy pierwiastek chromem (z greckiego crwma - kolor, kolor) ze względu na wiele wielobarwnych związków przez niego utworzonych. Na podstawie swoich badań Vauquelin po raz pierwszy stwierdził, że szmaragdowy kolor niektórych kamienie szlachetne ze względu na domieszkę w nich związków chromu. Na przykład naturalny szmaragd to beryl w kolorze głębokiej zieleni, w którym aluminium jest częściowo zastąpione chromem.

Najprawdopodobniej Vauquelin uzyskał nie czysty metal, ale jego węgliki, o czym świadczy przypominający igłę kształt uzyskanych kryształów, ale Paryska Akademia Nauk zarejestrowała jednak odkrycie nowego pierwiastka, a teraz Vauquelin jest słusznie uważany za odkrywcę element nr 24.

Jurij Krutiakow

Tlenek chromu (II) i wodorotlenek chromu (II) są zasadowe

Cr(OH)+2HCl→CrCl+2HO

Związki chromu(II) są silnymi środkami redukującymi; przekształcają się w związek chromu(III) pod wpływem tlenu atmosferycznego.

2CrCl+ 2HCl → 2CrCl+ H

4Cr(OH)+O+ 2HO→4Cr(OH)

Tlenek chromu (III) CrO to zielony, nierozpuszczalny w wodzie proszek. Można go otrzymać przez kalcynację wodorotlenku chromu(III) lub dwuchromianów potasu i amonu:

2Cr(OH)-→CrO+ 3HO

4KCrO-→ 2CrO + 4KCrO + 3O

(NH)CrO-→ CrO+ N+ HO

Trudno wchodzić w interakcje ze stężonymi roztworami kwasów i zasad:

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

Wodorotlenek chromu (III) Cr (OH) 3 otrzymuje się przez działanie alkaliów na roztwory soli chromu (III):

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

Wodorotlenek chromu (III) jest szaro-zielonym osadem, po otrzymaniu którego należy pobierać niewielką ilość alkaliów. Otrzymany w ten sposób wodorotlenek chromu(III), w przeciwieństwie do odpowiedniego tlenku, łatwo oddziałuje z kwasami i zasadami, tj. wykazuje właściwości amfoteryczne:

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

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

Gdy Cr (OH) 3 jest skondensowany z alkaliami, otrzymuje się metachromity i ortochromity:

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

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

Związki chromu (VI).

Tlenek chromu (VI) - CrO 3 - ciemnoczerwona substancja krystaliczna, dobrze rozpuszczalna w wodzie - typowy tlenek kwasowy. Ten tlenek odpowiada dwóm kwasom:

    CrO 3 + H 2 O \u003d H 2 CrO 4 (kwas chromowy - powstaje z nadmiarem wody)

    CrO 3 + H 2 O \u003d H 2 Cr 2 O 7 (kwas dichromowy - powstaje przy wysokim stężeniu tlenku chromu (3)).

Tlenek chromu (6) jest bardzo silnym utleniaczem, dlatego silnie oddziałuje z substancjami organicznymi:

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

Utlenia również jod, siarkę, fosfor, węgiel:

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

Po podgrzaniu do 250 0 C tlenek chromu (6) rozkłada się:

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

Tlenek chromu (6) można otrzymać przez działanie stężonym kwasem siarkowym na stałe chromiany i dichromiany:

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

Kwasy chromowe i dichromowe.

Kwasy chromowy i dichromowy występują tylko w roztworach wodnych, tworzą trwałe sole, odpowiednio chromiany i dichromiany. Chromiany i ich roztwory są żółte, dichromiany pomarańczowe.

Jony chromianowe - CrO 4 2- i dichromianowe - jony Cr2O 7 2- łatwo przenikają się nawzajem, gdy zmienia się środowisko roztworu

W kwaśnym środowisku roztworu chromiany zamieniają się w dwuchromiany:

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

W środowisku alkalicznym dwuchromiany zamieniają się w chromiany:

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

Po rozcieńczeniu kwas dichromowy staje się kwasem chromowym:

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

Zależność właściwości związków chromu od stopnia utlenienia.

Stan utlenienia

Natura tlenku

podstawowy

amfoteryczny

kwas

Wodorotlenek

Cr(OH) 3 - H 3 CrO 3

Charakter wodorotlenku

podstawowy

amfoteryczny

kwas

→ osłabienie podstawowych właściwości i wzmocnienie kwaśnych →

Właściwości redoks związków chromu.

Reakcje w środowisku kwaśnym.

W środowisku kwaśnym związki Cr+6 zamieniają się w związki Cr+3 pod wpływem czynników redukujących: 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

Reakcje w środowisku alkalicznym.

W środowisku alkalicznym związki chromu Cr+3 przekształcają się w związki Cr+6 pod wpływem czynników utleniających: J2, Br2, Cl2, Ag2O, KClO3, H2O2, KMnO4:

    2KCrO 2 +3 Br2 + 8NaOH \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2KBr + 4NaBr + 4H 2 O

    Cr +3 - 3e → Cr +6