Химия - это просто

Популярно о химии

· Что такое химия
· Периодическая таблица

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

· Водород
· Бор
· Углерод
· Азот
· Кислород
· Алюминий
· Кремний
· Фосфор
· Сера
· Хлор
· Хром
· Марганец
· Железо
· Медь
· Цинк
· Серебро
· Золото
· Ртуть

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Хром (Cr)

• Обозначение - Cr (Chromium);
• Период - IV;
• Группа - 6 (VIb);
• Атомная масса - 51,9961;
• Атомный номер - 24;
• Радиус атома = 130 пм;
• Ковалентный радиус = 118 пм;
• Распределение электронов - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹;
• t плавления = 1857°C;
• t кипения = 2672°C;
• Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 1,66/1,56;
• Степень окисления: +6, +3, +2, 0;
• Плотность (н. у.) = 7,19 г/см³;
• Молярный объем = 7,23 см³/моль.

Хром (цвет, краска) впервые был найден на Березовском золоторудном месторождении (Средний Урал), первые упоминания относятся к 1763 году, в своем труде "Первые основания металлургии" М. В. Ломоносов называет его "красной свинцовой рудой".

Массовое содержание хрома в земной коре составляет 0,02% (распространенный элемент). Чаще всего хром в природе присутствует в соединениях хромита FeCrO₄ и крокоита PbCrO₄.

Хром в Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, стоит под номером "24", относится к 6(VIb) группе (см. Атомы 6(VIb) группы), является переходным металлом (См. Атомы переходных элементов).

Рис. Строение атома хрома.

Электронная конфигурация атома хрома - 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹ (см. Электронная структура атомов). В образовании химических связей с другими элементами могут участвовать 1 электрон, находящийся на внешнем 4s-уровне + 5 электронов 3d-подуровня (всего 6 электронов), поэтому в соединениях хром может принимать степени окисления от +6 до +1 (наиболее часто встречаются +6, +3, +2). Хром является химически малоактивным металлом, с простыми веществами вступает в реакцию только при высоких температурах.

Физические свойства хрома:

• металл голубовато-белого цвета;
• очень твердый металл (в присутствии примесей);
• хрупкий при н. у.;
• пластичный (в чистом виде).

Химические свойства хрома

• при t=300°C реагирует с кислородом:
  4Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃;
• при t>300°C реагирует с галогенами, образуя смеси галогенидов;
• при t>400°C реагирует с серой, с образованием сульфидов:
  Cr + S = CrS;
• при t=1000°C тонкоизмельченный хром реагирует с азотом, образуя нитрид хрома (полупроводник, обладающий высокой химической устойчивостью):
  2Cr + N₂ = 2CrN;
• реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами с выделением водорода:
  Cr + 2HCl = CrCl₂ + H₂;
  Cr + H₂SO₄ = CrSO₄ + H₂;
• теплые концентрированные азотная и серная кислоты растворяют хром.

С концентрированными серной и азотной кислотой при н.у. хром не взаимодействует, также не растворяется хром и в царской водке, примечательно, что чистый хром не вступает в реакцию даже с разбавленной серной кислотой, причина этого феномена до сих пор не установлена. При длительном хранении в концентрированной азотной кислоте хром покрывается очень плотной оксидной пленкой (пассивируется), и перестает реагировать с разбавленными кислотами.

Соединения хрома

Выше уже было сказано, что "любимыми" степенями окисления хрома являются +2 (CrO, Cr(OH)₂), +3 (Cr₂O₃, Cr(OH)₃), +6 (CrO₃, H₂CrO₄).

Хром является хромофором, т.е., элементом, придающим окраску веществу, в котором он содержится. Например, в степени окисления +3, хром придает лилово-красную или зеленую окраску (рубин, шпинель, изумруд, гранат); в степени окисления +6 - желто-оранжевую окраску (крокоит).

Хромофорами, кроме хрома, являются также железо, никель, титан, ванадий, марганец, кобальт, медь - всё это d-элементы.

Цвет распространенных соединений, в состав которых входит хром:

• хром в степени окисления +2:
  • оксид хрома CrO - красный;
  • фторид хрома CrF₂ - сине-зеленый;
  • хлорид хрома CrCl₂ - не имеет цвета;
  • бромид хрома CrBr₂ - не имеет цвета;
  • йодид хрома CrI₂ - красно-коричневый.
• хром в степени окисления +3:
  • Cr₂O₃ - зеленый;
  • CrF₃ - светло-зеленый;
  • CrCl₃ - фиолетово-красный;
  • CrBr₃ - темно-зеленый;
  • CrI₃ - черный.
• хром в степени окисления +6:
  • CrO₃ - красный;
  • хромат калия K₂CrO₄ - лимонно-желтый;
  • хромат аммония (NH₄)₂CrO₄ - золотисто-желтый;
  • хромат кальция CaCrO₄ - желтый;
  • хромат свинца PbCrO₄ - светло-коричнево-желтый.

Оксиды хрома:

• Cr⁺²O - основной оксид;
• Cr₂⁺³O₃ - амфотерный оксид;
• Cr⁺⁶O₃ - кислотный оксид.

Гидроксиды хрома:

• Cr(OH)₂ - основание;
• Cr(OH)₃ - амфотерный гидроксид;
• H₂CrO₄ - кислота;
• H₂Cr₂O₇ - кислота.

С увеличением степени окисления хрома в оксидах и гидроксидах происходит ослабление основных и усиление кислотных их свойств.

Получение хрома

Как было указано выше, основным источником хрома являются хромсодержащие руды: хромит и крокоит.

Оксид хрома (III) Cr₂O₃, который необходим для получения металлического хрома, получают в несколько этапов:

• на первом этапе обжигом руды с карбонатом натрия нерастворимый хромат железа переводят в растворимый хромат натрия:
  Na₂Cr₂O₇ + 3C = Na₂O + Cr₂O₃ + 3CO;
• металлический хром получаеют восстанавливая оксид хрома (III) алюминием (кремнием):
  Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃.

Более подробно технология получения хрома описана на странице "Получение и применение Cr, Mo, W".

Применение хрома

• как лигирующая добавка при выплавке жаростойких и коррозионностойких слпавов;
• для хромирования металлических изделий с целью придания им высокой коррозионной стойкости, устойчивости к истиранию и красивого внешнего вида;
• сплавы хром-30 и хром-90 используются в соплах плазмотронов и в авиационной промышленности.