Chemické vlastnosti prvků. Fyzikální vlastnosti a mechanické vlastnosti kovového chrómu a jeho sloučenin

Chrome (Cr), chemický prvek Skupina VI periodického systému Mendělejeva. Odkazuje na přechodný kov s atomovým číslem 24 a atomovou hmotností 51,996. V překladu z řečtiny znamená název kovu „barva“. Kov vděčí za toto jméno různým barevné schéma, který je vlastní různým sloučeninám.

Fyzikální vlastnosti chrómu

Kov má dostatečnou tvrdost a zároveň křehkost. Na Mohsově stupnici se tvrdost chrómu odhaduje na 5,5. Tento ukazatel znamená, že chrom má nejvyšší tvrdost ze všech dnes známých kovů, po uranu, iridiu, wolframu a beryliu. Pro jednoduchou látku chrom je charakteristická modrobílá barva.

Kov není vzácný prvek. Jeho koncentrace v zemská kůra dosahuje 0,02 % hmoty. akcií. V čistá forma chrom nebyl nikdy nalezen. Nachází se v minerálech a rudách, které jsou hlavním zdrojem těžby kovů. Za hlavní sloučeninu chrómu je považován chromit (chromová železná ruda, FeO * Cr 2 O 3). Dalším poměrně běžným, ale méně důležitým minerálem je krokoit PbCrO 4 .

Kov se snadno taví při teplotě 1907 0 C (2180 0 K nebo 3465 0 F). Při teplotě 2672 0 C - vře. Atomová hmotnost kovu je 51,996 g/mol.

Chrom je díky svému jedinečnému kovu magnetické vlastnosti. Při pokojové teplotě je antiferomagnetické uspořádání vlastní, zatímco jiné kovy jej vykazují při výjimečně nízkých teplotách. Pokud se však chrom zahřeje nad 37 0 C, změní se fyzikální vlastnosti chromu. Elektrický odpor a koeficient lineární roztažnosti se tedy výrazně mění, modul pružnosti dosahuje minimální hodnoty a výrazně se zvyšuje vnitřní tření. Tento jev je spojen s průchodem Neelova bodu, při kterém se antiferomagnetické vlastnosti materiálu mohou změnit na paramagnetické. To znamená, že první úroveň prošla a objem látky se prudce zvětšil.

Struktura chrómu je těleso centrovaná mřížka, díky které je kov charakterizován teplotou křehko-duktilní periody. V případě tohoto kovu je však stupeň čistoty velmi důležitý, proto se hodnota pohybuje v rozmezí -50 0 С - +350 0 С. Jak ukazuje praxe, rekrystalizovaný kov nemá žádnou plasticitu, ale je měkký žíháním a tvarováním je kujný.

Chemické vlastnosti chrómu

Atom má následující vnější konfiguraci: 3d 5 4s 1 . Ve sloučeninách má chrom zpravidla tyto oxidační stavy: +2, +3, +6, z nichž největší stabilitu vykazuje Cr 3+ Kromě toho existují další sloučeniny, ve kterých má chrom zcela jiný oxidační stav, konkrétně: +1 , +4, +5.

Kov není zvláště reaktivní. Zatímco chrom je za normálních podmínek, kov vykazuje odolnost vůči vlhkosti a kyslíku. Nicméně, tuto vlastnost se nevztahuje na sloučeninu chrómu a fluoru - CrF 3, která při vystavení teplotám přesahujícím 600 0 C interaguje s vodní párou a v důsledku reakce vzniká Cr 2 O 3, dále dusík, uhlík a síra .

Během zahřívání kovu chrom interaguje s halogeny, sírou, křemíkem, borem, uhlíkem a některými dalšími prvky, což má za následek následující chemické reakce chrom:

Cr + 2F 2 = CrF 4 (s příměsí CrF 5)

2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3

2Cr + 3S = Cr2S3

Chromany lze získat zahřátím chrómu s roztavenou sodou ve vzduchu, dusičnany nebo chlorečnany alkalických kovů:

2Cr + 2Na2C03 + 3O2 \u003d 2Na2CrO4 + 2CO2.

Chrom není toxický, což se o některých jeho sloučeninách říci nedá. Jak víte, prach tohoto kovu, pokud se dostane do těla, může dráždit plíce, není absorbován kůží. Ale protože se nevyskytuje ve své čisté formě, jeho vstup do lidského těla je nemožný.

Trojmocný chrom spadá do životní prostředí při těžbě a zpracování chromové rudy. Chrom se pravděpodobně dostane do lidského těla ve formě doplňku stravy používaného v programech na hubnutí. Chrom s valencí +3 je aktivním účastníkem syntézy glukózy. Vědci zjistili, že nadměrná konzumace chrómu lidskému tělu příliš neškodí, protože se nevstřebává, ale může se v těle hromadit.

Sloučeniny, ve kterých je obsažen šestimocný kov, jsou extrémně toxické. Pravděpodobnost jejich vniknutí do lidského těla se objevuje při výrobě chromátů, chromování předmětů, při některých svářečských pracích. Požití takového chrómu do těla je plné vážných následků, protože sloučeniny, ve kterých je šestimocný prvek přítomen, jsou silná oxidační činidla. Proto mohou způsobit krvácení do žaludku a střev, někdy s perforací střeva. Když se takové sloučeniny dostanou do kontaktu s kůží, dochází k silným chemickým reakcím ve formě popálenin, zánětů a vředů.

V závislosti na kvalitě chrómu, který je třeba získat na výstupu, existuje několik způsobů výroby kovu: elektrolýza koncentrovaných vodných roztoků oxidu chromitého, elektrolýza síranů a redukce oxidem křemíku. Tato druhá metoda však není příliš populární, protože produkuje chrom obrovské množství nečistoty. Navíc je to i ekonomicky nevýhodné.

Charakteristické oxidační stavy chrómu

Oxidační stav	Kysličník	Hydroxid	Charakter	Dominantní formy v řešeních	Poznámky
+2	CrO (černý)	Cr(OH)2 (žlutá)	Základní	Cr2+ (modré soli)	Velmi silné redukční činidlo
	Cr2O3 (zelená)	Cr(OH)3 (šedozelený)	amfoterní	Cr3+ (zelené nebo fialové soli) - (zelená)
+4	CrO2	neexistuje	Nesolnotvorný	-	Vzácné, vzácné
+6	CrO3 (červená)	H2CrO4 H2Cr2O7	Kyselina	CrO42- (chromany, žlutá) Cr2O72- (dichromany, oranžová)	Přechod závisí na pH média. Nejsilnější oxidační činidlo, hygroskopické, velmi toxické.

Položka #24. Jeden z nejvíce pevné kovy. Má vysokou chemickou odolnost. Jeden z nejdůležitějších kovů používaných při výrobě legovaných ocelí. Většina sloučenin chrómu má jasnou barvu a nejvíce rozdílné barvy. Pro tuto vlastnost byl prvek pojmenován chrom, což v řečtině znamená „barva“.

Jak se to našlo

Minerál obsahující chrom byl objeven poblíž Jekatěrinburgu v roce 1766 I.G. Lehmann a pojmenoval „sibiřské rudé olovo“. Nyní se tento minerál nazývá krokoit. Známé je i jeho složení - РbCrО 4 . A svého času vyvolalo „sibiřské rudé olovo“ mezi vědci mnoho kontroverzí. Třicet let se přeli o jeho složení, až z něj nakonec roku 1797 francouzský chemik Louis Nicolas Vauquelin izoloval kov, kterému se (mimochodem po jistých sporech) říkalo chrom.

Krokoit ošetřený Vauquelinem K 2 CO 3 potaš: chroman olovnatý se změnil na chroman draselný. Poté se pomocí kyseliny chlorovodíkové přeměnil chroman draselný na oxid chromitý a vodu (kyselina chromová existuje pouze ve zředěných roztocích). Zahříváním zeleného prášku oxidu chromitého v grafitovém kelímku s uhlím získal Vauquelin nový žáruvzdorný kov.

Pařížská akademie věd v celé své podobě byla svědkem objevu. Ale s největší pravděpodobností Vauquelin nevybral elementární chrom, ale jeho karbidy. Svědčí o tom jehličkovitý tvar světle šedých krystalů získaných Vauquelinem.

Název "chrom" navrhli Vauquelinovi přátelé, ale ten se mu nelíbil - kov se nelišil zvláštní barvou. Přátelům se však podařilo chemika přesvědčit s odkazem na skutečnost, že z pestrobarevných sloučenin chrómu lze získat dobré barvy. (Mimochodem, právě ve Vauquelinových dílech byla poprvé vysvětlena smaragdová barva některých přírodních křemičitanů berylia a hliníku; jak Vauquelin zjistil, byly zbarveny nečistotami sloučenin chrómu.) A tento název byl zaveden pro nové živel.

Mimochodem, slabika „chrom“, přesně ve smyslu „barevný“, je obsažena v mnoha vědeckých, technických a dokonce hudební termíny. Široce známé fotografické filmy jsou "isopanchrome", "panchrome" a "ortochrome". Slovo „chromozom“ v řečtině znamená „tělo, které je barevné“. Existuje "chromatická" stupnice (v hudbě) a existuje harmonická "hromka".

Kde se nachází

V zemské kůře je poměrně hodně chromu – 0,02 %. Hlavním minerálem, ze kterého průmysl získává chrom, je chrom spinel. variabilní složení s obecným vzorcem (Mg, Fe) O · (Cr, Al, Fe) 2O 3 . Chromová ruda se nazývá chromity nebo chromová železná ruda (protože téměř vždy obsahuje železo). Na mnoha místech jsou ložiska chromových rud. Naše země má obrovské zásoby chromitů. Jedno z největších nalezišť se nachází v Kazachstánu, v Aktjubinské oblasti; byla objevena v roce 1936. Významné zásoby chromových rud jsou také na Urale.

Chromity se většinou používají pro tavení ferochromu. Je to jedna z nejdůležitějších feroslitin* a naprosto nezbytná pro hromadnou výrobu legovaných ocelí.

* Feroslitiny - slitiny železa s dalšími prvky používanými v hlavním obřadu pro legování a dezoxidaci oceli. Ferochrom obsahuje minimálně 60 % Cr.

Carské Rusko téměř nevyrábělo feroslitiny. Na několika vysokých pecích jižních závodů se tavilo nízkoprocentní (z hlediska legujícího kovu) ferosilicium a feromangan. Navíc v roce 1910 byla na řece Satka, která teče v jižním Uralu, postavena malá továrna, která tavila mizivá množství feromanganu a ferochromu.

Mladá sovětská země v prvních letech vývoje musela dovážet feroslitiny ze zahraničí. Taková závislost na kapitalistických zemích byla nepřijatelná. Již v roce 1927 ... 1928. začala výstavba sovětských feroslitinářských závodů. Koncem roku 1930 byla v Čeljabinsku postavena první velká feroslitinová pec a v roce 1931 byl uveden do provozu Čeljabinský závod, prvorozený feroslitinářský průmysl SSSR. V roce 1933 byly spuštěny další dva závody - v Záporoží a Zestaponi. To umožnilo zastavit dovoz feroslitin. Za pouhých pár let byla v Sovětském svazu organizována výroba mnoha druhů speciálních ocelí - kuličkové, žáruvzdorné, nerezové, automobilové, rychlořezné... Všechny tyto oceli obsahují chrom.

Na 17. sjezdu strany lidový komisař pro těžký průmysl Sergo Ordzhonikidze řekl: „...kdybychom neměli vysoce kvalitní oceli, neměli bychom automobilový průmysl. Náklady na vysoce kvalitní oceli, které v současné době používáme, se odhadují na více než 400 milionů rublů. Pokud by bylo nutné dovážet, bylo by to 400 milionů rublů. každý rok, sakra, bys byl v otroctví kapitalistů…“

Závod na základě pole Aktobe byl postaven později, v letech Velké Vlastenecká válka. První tavení ferochromu dal 20. ledna 1943. Na výstavbě závodu se podíleli pracovníci města Aktobe. Budova byla prohlášena za lidovou. Ferochrom nového závodu sloužil k výrobě kovu pro tanky a kanóny, pro potřeby fronty.

Uplynula léta. Nyní Aktobe Ferroalloy Plant - největší podnik, vyrábějící ferochrom všech jakostí. V závodě vyrostly vysoce kvalifikované národní kádry hutníků. Závod a chromitové doly rok od roku zvyšují svou kapacitu a dodávají naší železné metalurgii vysoce kvalitní ferochrom.

Naše země má unikátní ložisko přírodně legovaných železných rud bohatých na chrom a nikl. Nachází se v Orenburgských stepích. Na základě tohoto ložiska byl vybudován a provozován Orsk-Khalilovsky metalurgický závod. Ve vysokých pecích závodu se taví přírodně legovaná litina, která má vysokou tepelnou odolnost. Částečně se používá ve formě odlévání, ale většina se posílá ke zpracování na niklovou ocel; chrom vyhoří při tavení oceli z litiny.

Velké zásoby chromitů má Kuba, Jugoslávie, mnoho zemí Asie a Afriky.

Jak to získat

Chromit se používá hlavně ve třech průmyslových odvětvích: hutnictví, chemii a výrobě žáruvzdorných materiálů a metalurgie spotřebuje asi dvě třetiny veškerého chromitu.

Ocel legovaná chromem má zvýšenou pevnost, odolnost proti korozi v agresivním a oxidujícím prostředí.

Získání čistého chrómu je drahý a časově náročný proces. Proto se pro legování oceli používá především ferochrom, který se získává v elektrických obloukových pecích přímo z chromitu. Redukčním činidlem je koks. Obsah oxidu chromitého v chromitu by neměl být nižší než 48 % a poměr Cr:Fe by neměl být nižší než 3:1.

Ferochrom získaný v elektrické peci obvykle obsahuje až 80 % chrómu a 4 ... 7 % uhlíku (zbytek tvoří železo).

Ale pro legování mnoha vysoce kvalitních ocelí je zapotřebí ferochrom, který obsahuje málo uhlíku (důvody jsou diskutovány níže, v kapitole „Chrom ve slitinách“). Část vysokouhlíkového ferochromu je proto podrobena speciální úpravě, aby se v ní snížil obsah uhlíku na desetiny a setiny procenta.

Z chromitu se také získává elementární, kovový chrom. Výroba komerčně čistého chromu (97...99%) je založena na aluminotermické metodě, objevené již v roce 1865 slavným ruským chemikem N.N. Beketov. Podstata metody je v redukci oxidů hliníku, reakce je doprovázena výrazným uvolňováním tepla.

Nejprve však musíte získat čistý oxid chromitý Cr 2 O 3. K tomu se jemně mletý chromit smíchá se sodou a do této směsi se přidá vápenec nebo oxid železa. Celá hmota se vypálí a vznikne chroman sodný:

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

Poté se z kalcinované hmoty vodou vyluhuje chroman sodný; louh se zfiltruje, odpaří a zpracuje s kyselinou. Výsledkem je dichroman sodný Na 2 Cr 2 O 7 . Jeho redukcí sírou nebo uhlíkem při zahřívání se získá zelený oxid chrómu.

Kovový chrom lze získat smícháním čistého oxidu chromitého s hliníkovým práškem, zahřátím této směsi v kelímku na 500 ... 600 ° C a zapálením peroxidem barya Hliník odebírá oxidu chromitému kyslík. Tato reakce Cr 2 O 3 + 2Al → Al 2 O 3 + 2Cr je základem průmyslové (aluminotermické) metody získávání chromu, i když samozřejmě tovární technologie je mnohem složitější. Chrom získaný aluminotermicky obsahuje desetiny procent hliníku a železa a setiny procenta křemíku, uhlíku a síry.

Používá se také silikotermická metoda pro získání komerčně čistého chrómu. V tomto případě je oxid chromitý redukován křemíkem podle reakce 2Cr 2 O 3 + 3Si → 3SiO 2 + 4Cr.

Tato reakce probíhá v obloukových pecích. K navázání oxidu křemičitého se do směsi přidává vápenec. Čistota silikotermického chromu je přibližně stejná jako u aluminotermického chromu, i když obsah křemíku v něm je samozřejmě o něco vyšší a hliníku o něco nižší. K získání chrómu se pokusili použít další redukční činidla – uhlík, vodík, hořčík. Tyto metody se však příliš nepoužívají.

Chrom vysoký stupeňčistota (asi 99,8 %) přijímat elektrolyticky.

Komerčně čistý a elektrolytický chrom se používá především pro výrobu komplexních slitin chromu.

Konstanty a vlastnosti chromu

Atomová hmotnost chrómu je 51,996. V periodické tabulce zaujímá místo v šesté skupině. Jeho nejbližšími sousedy a analogy jsou molybden a wolfram. Je charakteristické, že sousedé chrómu, stejně jako samotný chrom, jsou široce používány pro legování ocelí.

Teplota tání chromu závisí na jeho čistotě. Mnoho výzkumníků se ji pokusilo určit a získali hodnoty od 1513 do 1920 °C. Tak velký „rozptyl“ je dán především množstvím a složením nečistot obsažených v chrómu. Nyní se předpokládá, že chrom taje při asi 1875 °C. Bod varu 2199°C. Hustota chrómu je menší než hustota železa; rovná se 7,19.

Z hlediska chemických vlastností se chrom blíží molybdenu a wolframu. Jeho nejvyšší oxid CrO 3 je kyselý, je to anhydrid chromu H 2 CrO 4. Minerál krokoit, ze kterého jsme se seznámili s prvkem č. 24, je solí této kyseliny. Kromě kyseliny chromové je známá kyselina dichromová H 2 Cr 2 O 7, její soli, bichromáty, jsou široce používány v chemii. Nejběžnějším oxidem chromitým Cr 2 O 3 je amfoteren. Obecně platí, že za různých podmínek může chrom vykazovat mocenství od 2 do 6. Široce se používají pouze sloučeniny tri- a šestimocného chrómu.

Chrom má všechny vlastnosti kovu – dobře vede teplo a elektrický proud, má charakteristický kovový lesk. hlavní rys chrom - jeho odolnost vůči kyselinám a kyslíku.

Pro ty, kteří se chromem neustále zabývají, se stala skrytou další z jeho vlastností: při teplotě asi 37 °C se některé fyzikální vlastnosti tohoto kovu mění náhle, překotně. Při této teplotě je výrazné maximum vnitřního tření a minimální modul pružnosti. Elektrický odpor, koeficient lineární roztažnosti a termoelektromotorická síla se mění téměř stejně prudce.

Vědci zatím tuto anomálii nevysvětlili.

Jsou známy čtyři přírodní izotopy chrómu. Jejich hmotnostní čísla jsou 50, 52, 53 a 54. Podíl nejběžnějšího izotopu 52 Cr je asi 84 %

Chrom ve slitinách

Bylo by asi nepřirozené, kdyby příběh o použití chrómu a jeho sloučenin nezačal ocelí, ale něčím jiným. Chrom je jedním z nejdůležitějších legujících prvků používaných v železářském a ocelářském průmyslu. Přídavek chrómu do běžných ocelí (až 5 % Cr) zlepšuje jejich fyzikální vlastnosti a činí kov náchylnější k tepelnému zpracování. Chrom je legován pružinovými, pružinovými, nástrojovými, zápustkovými a kuličkovými ložisky. V nich (kromě ocelí na kuličková ložiska) je přítomen chrom spolu s manganem, molybdenem, niklem, vanadem. A oceli na kuličková ložiska obsahují pouze chrom (asi 1,5 %) a uhlík (asi 1 %). Ten tvoří s karbidy chrómu výjimečné tvrdosti: Cr 3 C, Cr 7 C 3 a Cr 23 C 6 . Poskytují oceli s kuličkovými ložisky vysokou odolnost proti opotřebení.

Pokud se obsah chrómu v oceli zvýší na 10 % nebo více, ocel se stává odolnější vůči oxidaci a korozi, ale zde vstupuje do hry faktor, který lze nazvat omezením uhlíku. Schopnost uhlíku vázat se velké množství chrom vede k vyčerpání oceli tímto prvkem. Metalurgové proto stojí před dilematem: pokud chcete získat odolnost proti korozi, snižte obsah uhlíku a ztrácejte na odolnosti proti opotřebení a tvrdosti.

Nejběžnější druh nerezové oceli obsahuje 18 % chrómu a 8 % niklu. Obsah uhlíku v něm je velmi nízký – do 0,1 %. Nerezové oceli dobře odolávají korozi a oxidaci a zachovávají si pevnost při vysokých teplotách. Z plechů takové oceli vzniklo sousoší V.I. Mukhina "Worker and Collective Farm Girl", která je instalována v Moskvě u severního vchodu na výstavu úspěchů národní ekonomika. Nerezové oceli jsou široce používány v chemickém a ropném průmyslu.

Oceli s vysokým obsahem chromu (obsahující 25...30 % Cr) jsou zvláště odolné proti oxidaci při vysokých teplotách. Používají se k výrobě dílů pro topné pece.

Nyní pár slov o slitinách na bázi chrómu. Jedná se o slitiny obsahující více než 50 % chromu. Mají velmi vysokou tepelnou odolnost. Mají však velmi velkou nevýhodu, která neguje všechny výhody: tyto slitiny jsou velmi citlivé na povrchové vady: stačí poškrábání, mikrotrhlina a výrobek se při zatížení rychle zhroutí. U většiny slitin jsou takové nedostatky eliminovány termomechanickou úpravou, ale slitiny na bázi chrómu takto upravovat nelze. Navíc jsou při pokojové teplotě příliš křehké, což také omezuje jejich aplikaci.

Cennější slitiny chrómu s niklem (často se zavádějí jako legovací přísady a další prvky). Nejběžnější slitiny této skupiny - nichrom obsahují až 20 % chrómu (zbytek tvoří nikl) a používají se k výrobě topných těles. Nichromy mají pro kovy velký elektrický odpor, při průchodu proudu se velmi zahřívají.

Přídavek molybdenu a kobaltu do chromniklových slitin umožňuje získat materiály s vysokou tepelnou odolností a schopností odolávat velkému zatížení při 650...900°C. Z těchto slitin se vyrábí například lopatky plynových turbín.

Tepelnou odolnost mají také chrom-kobaltové slitiny obsahující 25 ... 30 % chrómu. Průmysl také používá chrom jako materiál pro antikorozní a dekorativní nátěry.

...a další souvislosti

Hlavní chromová ruda, chromit, se také používá při výrobě žáruvzdorných materiálů. Magnezit-chromitové cihly jsou chemicky pasivní a žáruvzdorné, snesou opakované prudké změny teplot. Proto se používají při konstrukci oblouků otevřených nístějových pecí. Odolnost magnezit-chromitových kleneb je 2...3 krát větší než u kleneb Dinas*.

* Dinas je kyselá žáruvzdorná cihla obsahující alespoň 93 % oxidu křemičitého. Požární odolnost Dinas je 1680...1730°C. Ve 14. díle Velkého Sovětská encyklopedie(2. vydání) Dinas je nazýván nepostradatelným materiálem pro klenby otevřených nístějových pecí. Toto tvrzení by mělo být považováno za zastaralé, ačkoli dinas je stále široce používán jako žáruvzdorný materiál.

Chemici získávají především dvojchroman draselný a sodný z chromitu K 2 Cr 2 O 7 a Na 2 Cr 2 O 7 .

Frómany a kamence chromové KCr(SO 4); používá se k činění kůže. Odtud název „chromové“ boty. Kůže. opálený sloučeninami chrómu, má krásný lesk, je odolný a snadno se používá.

Z chromanu olovnatého РbCrО 4 . vyrábět různá barviva. Roztok dichromanu sodného se používá k čištění a moření povrchu ocelového drátu před galvanizací a také k leštění mosazi. Chromit a další sloučeniny chrómu jsou široce používány jako barviva pro keramické glazury a sklo.

Nakonec se kyselina chromová získává z dichromanu sodného, ​​který se používá jako elektrolyt při chromování kovových dílů.

Co bude dál?

Chrom si zachová svůj význam jako legující přísada do oceli a jako materiál pro kovové povlaky i v budoucnu; sloučeniny chrómu používané v chemickém a žáruvzdorném průmyslu neztratí svou hodnotu.

U slitin na bázi chrómu je situace mnohem složitější. Velká křehkost a výjimečná komplexnost obrábění zatím neumožňují široké použití těchto slitin, i když z hlediska tepelné odolnosti a odolnosti proti opotřebení mohou konkurovat jakýmkoliv materiálům. V minulé roky byl nastíněn nový směr ve výrobě slitin obsahujících chrom - legování dusíkem. Tento v metalurgii obvykle škodlivý plyn tvoří s nitridy chrómu silné sloučeniny. Nitridace chromových ocelí zvyšuje jejich odolnost proti opotřebení a snižuje obsah deficitního niklu v "nerezových ocelích". Snad tato metoda překoná i „obrobitelnost“ slitin na bázi chrómu? Nebo zde přijdou na pomoc jiné, dosud neznámé metody? Tak či onak je třeba myslet na to, že v budoucnu tyto slitiny zaujmou své právoplatné místo mezi materiály potřebnými pro technologie.

Tři nebo šest?

Protože chrom dobře odolává oxidaci vzduchem a kyselinám, často se nanáší na povrch jiných materiálů, aby je chránil před korozí. Způsob aplikace je již dlouho znám - jedná se o elektrolytické nanášení. Nejprve se však objevily neočekávané potíže při vývoji procesu elektrolytického chromování.

Je známo, že konvenční galvanické pokovování se aplikuje pomocí elektrolytů, ve kterých má iont aplikovaného prvku kladný náboj. U chrómu to nevyšlo: povlaky se ukázaly být porézní a snadno se odlupovaly.

Téměř tři čtvrtě století se vědci zabývali problémem chromování a teprve ve 20. letech našeho století zjistili, že elektrolyt chromové lázně by neměl obsahovat trojmocný chrom, ale kyselinu chromovou, tzn. šestimocný chrom. Při průmyslovém chromování se do lázně přidávají soli kyseliny sírové a fluorovodíkové; radikály volných kyselin katalyzují proces galvanického nanášení chrómu.

Vědci nedospěli konsensus o mechanismu depozice šestimocného chrómu na katodě galvanické lázně. Existuje předpoklad, že šestimocný chrom přechází nejprve na trojmocný a poté se redukuje na kov. Většina odborníků se však shoduje na tom, že chrom na katodě je okamžitě obnoven ze šestimocného stavu. Někteří vědci se domnívají, že se na tomto procesu podílí atomární vodík, jiní, že šestimocný chrom jednoduše získá šest elektronů.

Dekorativní a pevné

Chromové povlaky jsou dvou typů: dekorativní a tvrdé. Častěji se musíte vypořádat s dekorativními: na hodinkách, klikách dveří a dalších předmětech. Zde se vrstva chrómu nanese na jiný kov, nejčastěji nikl nebo měď. Ocel je touto podvrstvou chráněna před korozí a tenká (0,0002 ... 0,0005 mm) vrstva chrómu dodává výrobku formální vzhled.

Pevné povrchy jsou konstruovány odlišně. Chrom se na ocel nanáší v mnohem silnější vrstvě (až 0,1 mm), ale bez podvrstev. Takové povlaky zvyšují tvrdost a odolnost oceli proti opotřebení a také snižují koeficient tření.

Chromování bez elektrolytu

Existuje další způsob nanášení chromových povlaků - difúze. Tento proces neprobíhá v galvanických lázních, ale v pecích.

Ocelová část je uložena v práškovém chromu a zahřívána v redukční atmosféře. Během 4 hodin při teplotě 1300°C se na povrchu dílu vytvoří chromem obohacená vrstva o tloušťce 0,08 mm. Tvrdost a odolnost proti korozi této vrstvy je mnohem větší než tvrdost oceli ve hmotě součásti. Tato zdánlivě jednoduchá metoda však musela být opakovaně vylepšována. Na povrchu oceli se vytvořily karbidy chrómu, které zabraňovaly difúzi chrómu do oceli. Navíc chromový prášek spéká při teplotě kolem tisíce stupňů. Aby k tomu nedošlo, přimíchává se do něj neutrální žáruvzdorný prášek. Pokusy nahradit chromový prášek směsí oxidu chromitého a dřevěného uhlí nepřinesly pozitivní výsledky.

Důležitějším návrhem bylo použití jeho těkavých halogenidových solí, jako je CrCl2, jako nosiče chrómu. Horký plyn omývá pochromovaný produkt a dochází k následující reakci:

CrCl 2 + Fe ↔ FeCl 2 + Cr.

Použití těkavých halogenidových solí umožnilo snížit teplotu chromování.

Chlorid chromitý (nebo jodid) se obvykle získává v samotném zařízení na pokovování chromu průchodem par odpovídající halogenovodíkové kyseliny přes práškový chrom nebo ferrochrom. Výsledný plynný chlorid omývá pochromovaný produkt.

Proces trvá dlouho - několik hodin. Takto nanesená vrstva je mnohem pevněji spojena s podkladovým materiálem než galvanicky nanesená.

Všechno to začalo mytím nádobí...

V každé analytické laboratoři je velká láhev s tmavou kapalinou. Jedná se o "směs chrómu" - směs nasyceného roztoku dvojchromanu draselného s koncentrovanou kyselinou sírovou. Proč je potřeba?

Na prstech člověka je vždy tukové znečištění, které se snadno přenese na sklo. Právě tyto usazeniny má chromová směs smýt. Oxiduje tuk a odstraňuje jeho zbytky. S touto látkou je ale třeba zacházet opatrně. Pár kapek směsi chromu, které spadlo na oblek, z něj může udělat jakési síto: ve směsi jsou dvě látky a obě jsou „lupiči“ – silná kyselina a silné oxidační činidlo.

Chrom a dřevo

I v naší době skla, hliníku, betonu a plastů nelze dřevo uznat jako vynikající. stavební materiál. Jeho hlavní výhodou je snadná zpracovatelnost a jeho hlavní nevýhodou je nebezpečí požáru, náchylnost k ničení houbami, bakteriemi a hmyzem. Dřevo může být odolnější impregnací speciálními roztoky, které nutně zahrnují chromany a dichromany plus chlorid zinečnatý, síran měďnatý, arzeničnan sodný a některé další látky. Impregnace velmi zvyšuje odolnost dřeva proti působení hub, hmyzu, plamenů.

Při pohledu na výkres

Ilustrace v tištěné publikace jsou vyrobeny pomocí klišé - kovových destiček, na které je tento vzor (nebo spíše jeho zrcadlový obraz) vyryt chemicky nebo ručně. Před vynálezem fotografie se klišé rylo pouze ručně; je to pracná práce, která vyžaduje velkou zručnost.

Ale v roce 1839 došlo k objevu, který jako by neměl s tiskem nic společného. Bylo zjištěno, že papír napuštěný dichromanem sodným nebo draselným po osvícení jasným světlem náhle zhnědne. Pak se ukázalo, že bichromátové povlaky na papíře se po expozici nerozpouštějí ve vodě, ale po navlhčení získávají namodralý odstín. Tuto vlastnost využívali tiskárny. Požadovaný vzor byl vyfotografován na destičce s koloidním povlakem obsahujícím bichromát. Osvětlená místa se při mytí nerozpustila, ale neexponovaná se rozpustila a na desce zůstal vzor, ​​ze kterého bylo možné tisknout.

Nyní se v tisku používají jiné fotocitlivé materiály, používání bichromátových gelů upadá. Nezapomínejte ale, že chrom pomohl „průkopníkům“ fotomechanické metody v tisku.

Chrom je stopový minerál, který se používá v různé formy. V bioaditivech je to obvykle jeho chlorid nebo pikolinát (sůl lépe absorbovaná střevy). Komplex přítomný v kvasinkách, známý jako glukózový toleranční faktor a zahrnující chrom, a tři aminokyseliny – glutamin, glycin a cystein, se dobře vstřebává.

Prospěšné vlastnosti chrom a jeho role v těle

Chrom je nezbytný pro fungování inzulínu. Tento hormon je zodpovědný za transport glukózy z krve do buněk, kde se „spálí“ a uvolní energii. Inzulín je účinný a pomáhá udržovat normální hladinu cukru v krvi pouze v případě, že má tělo dostatek chrómu. Tento kov zvyšuje počet inzulínových receptorů na buněčné membráně. Zvýšením naší glukózové tolerance (schopnosti tolerovat její konzumaci bez negativních zdravotních následků) zvýšením účinnosti inzulinu, chróm brzdí jeho tvorbu a v důsledku toho brzdí přeměnu cukru na tuky. To vede ke snížení krevních hladin cholesterolu (zejména „špatného“, tj. lipoproteinů s nízkou hustotou) a triglyceridů.

Prevence

Chromové doplňky snižují riziko cukrovky u lidí rezistentních na inzulín. Produkují dostatek inzulínu, ale citlivost buněk na něj je snížena. Výsledkem je, že k udržení normální hladiny glukózy v krvi musí slinivka vylučovat zvýšené množství tohoto enzymu. Ani ty však nemusí stačit a pak se s nadbytkem krevního cukru rozvine diabetes II. typu (nezávislý na inzulínu), který je obvykle doprovázen obezitou a hypercholesterolemií (vysoký cholesterol) se všemi z toho plynoucími důsledky. Toto riziko snižuje profylaktické použití chrómu, který snižuje inzulínovou rezistenci a tím zvyšuje toleranci glukózy.

Výhody chromu

stres, infekce, zvýšené tělesné cvičení urychlit „spalování“ glukózy a v důsledku toho mobilizaci chrómu, který je intenzivněji vylučován močí. Totéž je pozorováno u hyperglykemických exacerbací u diabetických pacientů. Příjem chrómu z potravy je většinou sotva na úrovni, proto je v takových situacích vhodné užívat jeho doplňky.

Indikace a použití chromu, doporučená denní dávka, kontraindikace, potravinové zdroje chromu

Neexistují žádné doporučené denní dávky chrómu, ale má se za to, že nedostatku chrómu u dospělých lze předejít dávkami 50 až 200 mikrogramů denně. Je třeba poznamenat, že i při pestré zdravé stravě je příjem 200 mikrogramů chromu denně z potravy téměř nemožný. Standardní jídelníček nám obvykle dává 40-50 mcg / den a hladovka (například při hubnutí) samozřejmě méně.

- Chyba. Nedostatek chrómu je plný podrážděnosti, přibývání na váze a zhoršené citlivosti končetin a také exacerbace diabetu nezávislého na inzulínu.

Přebytek. Chromové doplňky se zdají být neškodné. Jejich vysoké dávky však znesnadňují trávení a.

Indikace pro použití chrómu

Obtížné trávení bílkovin, tuků nebo sacharidů.

Vylepšená úroveň glykémie (inzulínová rezistence, diabetes typu II).

Zvýšené hladiny „špatného“ cholesterolu (lipoprotein s nízkou hustotou) a triglyceridů v krvi.

Kontraindikace

Diabetici by měli užívat chrom pouze po konzultaci se svým lékařem. Možná budou muset upravit své dávky inzulinu a/nebo jiných léků, které již byly na jejich onemocnění předepsány.

Metody aplikace

Dávky

Obvykle se chrom v přísadách kombinuje s jinými minerály, proto je nutné jeho množství v přípravku upřesnit podle nápisu na obalu. V jedné tabletě nebo kapsli by to mělo být od 25 do 200 mcg (více je nebezpečné). Takové doplňky stravy se berou jako celkové tonikum, stejně jako při hubnutí s hladovou dietou a ke zvýšení účinnosti inzulínu.

DEFINICE

Chrom je dvacátý čtvrtý prvek periodické tabulky. Označení - Cr z latinského "chromium". Nachází se ve čtvrtém období, skupina VIB. Vztahuje se na kovy. Základní poplatek je 24.

Chrom je obsažen v zemské kůře v množství 0,02 % (hm.). V přírodě se vyskytuje především ve formě železa a chromu FeO×Cr 2 O 3 .

Chrom je pevný lesklý kov (obr. 1), tající při 1890 o C; jeho hustota je 7,19 g/cm3. Při pokojové teplotě je chrom odolný vůči vodě i vzduchu. Zředěné kyseliny sírové a chlorovodíkové rozpouštějí chrom a uvolňují vodík. Ve studené koncentrované kyselině dusičné je chrom nerozpustný a po ošetření se stává pasivní.

Rýže. 1. Chrome. Vzhled.

Atomová a molekulová hmotnost chrómu

DEFINICE

Relativní molekulová hmotnost látky(M r) je číslo ukazující, kolikrát je hmotnost dané molekuly větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku a relativní atomová hmotnostživel(A r) - kolikrát je průměrná hmotnost atomů chemického prvku větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku.

Protože chrom existuje ve volném stavu ve formě monoatomických molekul Cr, hodnoty jeho atomových a molekulárních hmotností jsou stejné. Jsou rovny 51,9962.

Izotopy chrómu

Je známo, že chrom se může v přírodě vyskytovat ve formě čtyř stabilních izotopů 50Cr, 52Cr, 53Cr a 54Cr. Jejich hmotnostní čísla jsou 50, 52, 53 a 54. Jádro atomu izotopu chrómu 50 Cr obsahuje dvacet čtyři protonů a dvacet šest neutronů a zbylé izotopy se od něj liší pouze počtem neutronů.

Existují umělé izotopy chrómu s hmotnostními čísly od 42 do 67, mezi nimiž je nejstabilnější 59 Cr s poločasem rozpadu 42,3 minut, a také jeden jaderný izotop.

Ionty chrómu

Na vnější energetické úrovni atomu chrómu je šest elektronů, které jsou valenční:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 .

Jako výsledek chemická interakce chrom daruje své valenční elektrony, tzn. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý iont:

Cr 0-2e → Cr 2+;

Cr 0-3e → Cr 3+;

Cr 0 -6e → Cr 6+.

Molekula a atom chrómu

Ve volném stavu existuje chrom ve formě monoatomických molekul Cr. Zde jsou některé vlastnosti, které charakterizují atom a molekulu chrómu:

Slitiny chrómu

Kovový chrom se používá pro pochromování a také jako jedna z nejdůležitějších součástí legovaných ocelí. Zavedení chrómu do oceli zvyšuje její odolnost proti korozi jak ve vodných médiích za běžných teplot, tak v plynech při zvýšené teploty. Kromě toho mají chromové oceli zvýšenou tvrdost. Chrom je součástí nerezových kyselinovzdorných, žáruvzdorných ocelí.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

PŘÍKLAD 2

Cvičení	Oxid chromitý (VI) o hmotnosti 2 g byl rozpuštěn ve vodě o hmotnosti 500 g. Vypočítejte hmotnostní zlomek kyseliny chromové H 2 CrO 4 ve výsledném roztoku.
Řešení	Napišme reakční rovnici pro získání kyseliny chromové z oxidu chromitého (VI): CrO3 + H20 \u003d H2CrO4. Najděte hmotnost řešení: m roztok \u003d m (Cr03) + m (H20) \u003d 2 + 500 \u003d 502 g. n (Cr03) \u003d m (Cr03) / M (Cr03); n (CrO 3) \u003d 2/100 \u003d 0,02 mol. Podle reakční rovnice n(CrO 3) :n(H 2 CrO 4) = 1:1, pak n (CrO 3) \u003d n (H2CrO 4) \u003d 0,02 mol. Potom bude hmotnost kyseliny chromové rovna ( molární hmotnost- 118 g/mol): m (H2Cr04) \u003d n (H2Cr04) x M (H2Cr04); m (H2CrO4) \u003d 0,02 x 118 \u003d 2,36 g. Hmotnostní zlomek kyseliny chromové v roztoku je: ω = msolute / mroztok × 100 %; ω (H 2 CrO 4) \u003d m rozpuštěné látky (H 2 CrO 4) / m roztoku × 100 %; ω (H2CrO4) \u003d 2,36 / 502 × 100 % \u003d 0,47 %.
Odpovědět	Hmotnostní zlomek kyseliny chromové je 0,47 %.

Návod

Chrom tvoří rozprostřené masivní rudy v ultramafických horninách, tento chemický prvek je charakteristický spíše pro zemský plášť. Jedná se o kov hlubokých zón naší planety, jsou jím obohaceny i kamenné meteority.

Je známo více než 20 chromových minerálů, ale průmyslový význam mají pouze chromové spinely. Kromě toho je chrom obsažen v řadě minerálů, které chromové rudy doprovázejí, ale samy o sobě nemají žádnou praktickou hodnotu.

Chrom je součástí tkání rostlin a živočichů, je přítomen v listech jako nízkomolekulární komplex a podílí se na metabolismu bílkovin, lipidů a sacharidů. Snížený obsah chrómu v potravinách vede ke snížení rychlosti růstu a snížení citlivosti periferních tkání.

Chrom krystalizuje v mřížce centrované na tělo. Při teplotě cca 1830°C je možné jej přeměnit na modifikaci s plošně centrovanou mřížkou. Tento prvek je chemicky neaktivní, chrom je za normálních podmínek odolný vůči kyslíku a vlhkosti.

Interakce chrómu s kyslíkem probíhá nejprve aktivně, pak se prudce zpomaluje v důsledku tvorby oxidového filmu na povrchu kovu. Film je zničen při 1200 °C, poté začne oxidace rychle probíhat. Při teplotě asi 2000 °C tvoří chrom tmavě zelený oxid.

Chróm snadno reaguje se zředěnými roztoky kyseliny sírové a chlorovodíkové, takže se získává síran a chlorid chromitý a uvolňuje se vodík. Tento kov tvoří mnoho solí s kyselinami obsahujícími kyslík. Kyseliny chromové a jejich soli jsou silná oxidační činidla.

Chromové spinely se používají jako surovina pro výrobu chrómu, jsou podrobeny obohacení, po kterém jsou taveny s uhličitanem draselným za přítomnosti vzdušného kyslíku. Vzniklý chroman draselný se vyluhuje horká voda působením kyseliny sírové se mění na dichroman. Anhydrid kyseliny chromové se získává z dichromanu působením koncentrovaného roztoku kyseliny sírové.

V průmyslové prostředíčistý chrom se získává elektrolýzou síranu chromitého nebo koncentrovaných vodných roztoků jeho oxidu. Chrom se uvolňuje na hliníkové nebo nerezové katodě. Poté se kov očistí od nečistot úpravou čistým vodíkem při teplotě 1500-1700°C. V malých množstvích lze chrom získat redukcí oxidu chromitého křemíkem nebo hliníkem.

Použití chromu je založeno na jeho odolnosti vůči korozi a tepelné odolnosti. Značné množství se ho používá pro dekorativní nátěry, práškový chrom se používá k výrobě keramicko-kovových výrobků, ale i materiálů pro svařovací elektrody.