Хром
| Хром | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Ванадий |Марганец → | ||||
| ||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
Образцы хрома | ||||
| Свойства атома | ||||
| Название, символ, номер | Хром / Chromium (Cr), 24 | |||
| Группа,период, блок | 16 (устар. VIB), 4, d-элемент | |||
| Атомная масса (молярная масса) | 51,9961(6)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d54s1 1s22s22p63s23p63d54s1 | |||
| Радиус атома | 130пм | |||
| Химические свойства | ||||
| Ковалентный радиус | 118 пм | |||
| Радиус иона | (+6e)52 (+3e)63 пм | |||
| Электроотрицательность | 1,66 (шкала Полинга) | |||
| Электродный потенциал | −0,74 | |||
| Степени окисления | 0, +2, +3, +4, +6 | |||
| Энергия ионизации (первый электрон) | 652,4 (6,76) кДж/моль (эВ) | |||
| Термодинамические свойства простого вещества | ||||
| Плотность (прин. у.) | 7,19 г/см3 | |||
| Температура плавления | 2130 K (1856,9 °C) | |||
| Температура кипения | 2945 K (2671,9 °C) | |||
| Мол. теплота плавления | 21 кДж/моль | |||
| Мол. теплота испарения | 342 кДж/моль | |||
| Молярная теплоёмкость | 23,3[2] Дж/(K·моль) | |||
| Молярный объём | 7,23 см3/моль | |||
| Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
| Структура решётки | Кубическая объёмноцентрированая | |||
| Параметры решётки | 2,885 Å | |||
| Температура Дебая | 460 K | |||
| Прочие характеристики | ||||
| Теплопроводность | (300 K) 93,9 Вт/(м·К) | |||
| Номер CAS | 7440-47-3 | |||
| 24 | Хром |
51,9961 | |
| 3d54s1 | |
Хром (химический символ — Cr, отлат. Chromium) —химический элемент6-й группы (поустаревшей классификации — побочной подгруппы шестой группы, VIB),четвёртого периодапериодической системы химических элементовД. И. Менделеева, сатомным номером 24.
Простое веществохром (при комнатной температуре) — твёрдыйметалл голубовато-белогоцвета. Хром иногда относят кчёрным металлам.
Происхождение названия
[править |править код]Название «хром» произошло отгреч.χρῶμα —цвет, краска — из-за разнообразия окраски соединений этого вещества.
История
[править |править код]Хром открыт во Франции в1797 году химикомЛ. Н. Вокленом, который выделил новый тугоплавкийметалл с примесьюкарбидов. Он прокалилзелёный оксид хрома Cr2O3 с углём, а сам оксид получил разложением «Сибирского красного свинца» — минералакрокоита PbCrO4, добытого на Среднем Урале, вБерёзовском золоторудном месторождении, и впервые упомянутого в трудеМ. В. Ломоносова «Первые основания металлургии» (1763 год), как красная свинцовая руда.
Современный способ получения чистого хрома изобретён в 1894 году, он отличается от способа Воклена только видом восстановителя.
В 20-х годах XX века разработан процесс электролитического покрытия железа хромом —хромирование.
Происхождение и нахождение в природе
[править |править код]Хромпоявился во Вселенной из-за взрывовбелых карликов и взрывов массивных звезд.
Хром является довольно распространённым элементом в земной коре — 0,03 % по массе[3][4].
Основное соединения хрома — хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом являетсякрокоит PbCrO4.
Месторождения
[править |править код]Самые большие месторождения хрома находятся вЮАР (1 место в мире),Казахстане,России,Зимбабве,Мадагаскаре.Также есть месторождения на территорииТурции,Индии,Армении[5],Бразилии, наФилиппинах[6].
Главные месторождения хромовых руд в РФ известны наУрале (Донские и Сарановское).
Мировое производство в 2012 году составило около 9 млн тонн хрома.
Геохимия и минералогия
[править |править код]Среднее содержание хрома в различных изверженных породах резко непостоянно. В ультраосновных породах (перидотитах) оно достигает 2 кг/т, в основных породах (базальтах и др.) — 200 г/т, а в гранитах десятки г/т.Кларк хрома в земной коре 83 г/т. Он является типичным литофильным элементом и почти весь заключён в минералах типа хромшпинелидов. Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем составляют одно геохимическое семейство.
Различают три основных минерала хрома:магнохромит (Mg, Fe)Cr2O4,хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 иалюмохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. По внешнему виду они неразличимы, и их неточно называют «хромиты». Состав их изменчив:
- Cr2O3 18—62 %,
- FeO 1—18 %,
- MgO 5—16 %,
- Al2O3 0,2 — 0,4 (до 33 %),
- Fe2O3 2 — 30 %,
- примесиTiO2 до 2 %,
- V2O5 до 0,2 %,
- ZnO до 5 %,
- MnO до 1 %; присутствуют такжеCo,Ni и др.
Собственно, хромит, то есть FeCr2O4 сравнительно редок. Помимо различных хромитов, хром входит в состав ряда других минералов — хромовой слюды (фуксита), хромового хлорита, хромвезувиана, хромдиопсида, хромтурмалина, хромового граната (уваровита) и др., которые нередко сопровождают руды, но сами промышленного значения не имеют. В экзогенных условиях хром, как и железо, мигрирует в виде взвесей и может накапливаться в глинах. Наиболее подвижной формой являются хроматы.
Физические свойства
[править |править код]В свободном виде — голубовато-белый металл с кубической объёмноцентрированнойрешёткой,a = 0,28845 нм. Ниже температуры 38 °C являетсяантиферромагнетиком, выше переходит в парамагнитное состояние (точка Нееля).
Хром имееттвёрдость пошкале Мооса 8,5[7], Чистый хром — это хрупкий металл, и при ударе молотком он разбивается. Также он является самым твёрдым из чистых металлов. Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке.
Изотопы
[править |править код]Известны изотопы хрома смассовыми числами от 42 до 67 (количествопротонов 24,нейтронов от 18 до 43) и 2ядерных изомера[8].
Природный хром состоит из четырёх стабильных изотопов:50Cr (изотопная распространённость 4,345 %),52Cr (83,789 %),53Cr (9,501 %),54Cr (2,365 %)[8].
Средиискусственных изотопов самый долгоживущий51Cr (период полураспада 27 суток). Период полураспада остальных не превышает одних суток[8].
Химические свойства
[править |править код]Характерные степени окисления
[править |править код]Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6 (см. табл.), а также условно +5. Практически все соединения хрома окрашены[9].
| Степень окисления | Оксид | Гидроксид | Характер | Преобладающие формы в растворах | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|
| +2 | CrO (чёрный) | Cr(OH)2 (жёлтый) | Основный | Cr2+ (соли голубого цвета) | Очень сильный восстановитель |
| +3 | Cr2O3 (зелёный) | Cr(OH)3 (серо-зелёный) | Амфотерный | Cr3+ (зелёные или лиловые соли) [Cr(OH)4]− (зелёный) | |
| +4 | CrO2 | не существует | Несолеобразующий | — | Встречается редко, малохарактерна |
| +5 | не существует | не существует | - | [Cr(O2)4]3-(пероксикомплексы, коричневые) | Малохарактерная степень окисления |
| +6 | CrO3 (красный) | H2CrO4 H2Cr2O7 | Кислотный | CrO42− (хроматы, жёлтые) Cr2O72− (дихроматы, оранжевые) | Переход зависит отрН среды. Сильнейший окислитель, гигроскопичен, очень ядовит. |

Простое вещество
[править |править код]Хром в виде простого вещества представляет собой металл с голубым оттенком. Он устойчив навоздухе за счётпассивирования, по этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами.
При нагреве до2000 °C металлический хром сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающегоамфотерными свойствами.
Синтезированы соединения хрома сбором (бориды Cr2B,CrB, Cr3B4, CrB2, CrB4 и Cr5B3), суглеродом (карбиды Cr23C6, Cr7C3 иCr3C2), cкремнием (силициды Cr3Si, Cr5Si3 и CrSi) иазотом (нитридыCrN и Cr2N).
Соединения Cr(II)
[править |править код]Степени окисления +2 соответствует основныйоксид CrO (чёрный). Соли Cr2+ (растворы голубого цвета) получаются при восстановлении солей Cr3+ или дихроматов цинком в кислой среде («водородом в момент выделения», атомарным водородом):
Все соли Cr2+ — сильные восстановители, при стоянии вытесняют водород из воды[10]. Кислородом воздуха, особенно в кислой среде, Cr2+ окисляется, в результате чего голубой раствор быстро зеленеет.
Коричневый или жёлтый гидроксидCr(OH)2 осаждается при добавлениищелочей к растворам солей хрома(II).
Синтезированы дигалогениды хромаCrF2,CrCl2,CrBr2 иCrI2
Соединения Cr(III)
[править |править код]Степени окисления +3 соответствует амфотерныйоксид Cr2O3 и гидроксидCr(OH)3 (оба — зелёного цвета). Это — наиболее устойчивая степень окисления хрома. Соединения хрома в этой степени окисления имеют цвет от грязно-лилового (в водных растворах ион Cr3+ существует в виде аквакомплексов [Cr(H2O)6]3+) до зелёного (вкоординационной сфере присутствуют анионы).
Cr3+ склонен к образованию двойных сульфатов вида MICr(SO4)2·12H2O (квасцов)
Гидроксид хрома (III) получают, действуя аммиаком на растворы солей хрома (III):
Можно использовать растворы щелочей, но в их избытке образуется растворимый гидроксокомплекс:
Сплавляя Cr2O3 со щелочами, получаютхромиты:
Непрокаленный оксид хрома(III) растворяется в щелочных растворах и вкислотах:
При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):
То же самое происходит при сплавлении оксида хрома(III) со щёлочью и окислителями, или со щёлочью на воздухе (расплав при этом приобретает жёлтую окраску):
Хромистая кислота (HCrO2) со степенью окисления хрома +3 не существует: отвечающее этому составу соединение CrO(OH) имеет основный характер и не реагирует с щелочами. Однако известныхромиты металлов, содержащие хромит-ион CrO−
2 и формально являющиеся производными хромистой кислоты.
Соединения хрома(IV)
[править |править код]При осторожном разложенииоксида хрома(VI) CrO3 в гидротермальных условиях получаютоксид хрома(IV) CrO2, который являетсяферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.
Среди тетрагалогенидов хрома устойчивCrF4, тетрахлорид хрома CrCl4 существует только в пара́х.
Соединения хрома(V)
[править |править код]Малоустойчивы, одно из соединений хрома это хромат(V) бария Ba3(CrO4)2 который может быть получен спеканием при 800° гидроксида бария и хромата бария.
Соединения хрома(VI)
[править |править код]Степени окисления +6 соответствует кислотныйоксид хрома(VI) CrO3 и целый ряд кислот, между которыми существует равновесие. Простейшие из них — хромоваяH2CrO4 и двухромоваяH2Cr2O7. Они образуют два ряда солей: жёлтыехроматы и оранжевыедихроматы соответственно.
Оксид хрома(VI)CrO3 образуется при взаимодействии концентрированнойсерной кислоты с растворами дихроматов. Типичный кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты:хромовую H2CrO4,дихромовую H2Cr2O7 и другие изополикислоты с общей формулой H2CrnO3n+1. Увеличение степени полимеризации происходит с уменьшением рН, то есть увеличением кислотности:
Но если к оранжевому раствору K2Cr2O7 прилить раствор щёлочи, как окраска вновь переходит в жёлтую, так как снова образуетсяхромат K2CrO4:
До высокой степени полимеризации, как это происходит увольфрама имолибдена, не доходит, так как полихромовая кислота распадается на оксид хрома(VI) и воду:
Растворимость хроматов примерно соответствует растворимости сульфатов. В частности, жёлтыйхромат бария BaCrO4 выпадает при добавлении солейбария как к растворам хроматов, так и к растворам дихроматов:
Образование кроваво-красного малорастворимого хромата серебра используют для обнаружения серебра в сплавах при помощипробирной кислоты.
Известныпентафторид хрома CrF5 и малоустойчивыйгексафторид хрома CrF6. Также получены летучие оксигалогениды хрома CrO2F2 и CrO2Cl2 (хромилхлорид).
Соединения хрома(VI) — сильныеокислители, например:
Добавление к дихроматам перекиси водорода, серной кислоты и органического растворителя (эфира) приводит к образованию синегомонопероксида хрома(VI) CrO5 (CrO(O2)2), который экстрагируется в органический слой; данная реакция используется как аналитическая.
Получение
[править |править код]Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получаютферрохром восстановлением в электропечахкоксом (углеродом):
Феррохром применяют для производства легированных сталей.
Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:
1) сплавляют хромит железа скарбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:
2) растворяютхромат натрия и отделяют его от оксида железа;
3) переводятхромат вдихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат:
- .
4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:
5) с помощьюалюминотермии получают металлический хром:
6) с помощьюэлектролиза получают электролитический хром из растворахромового ангидрида в воде, содержащего добавкусерной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:
- восстановление шестивалентного хрома до трёхвалентного с переходом его в раствор;
- разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
- разряд ионов, содержащихшестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Применение
[править |править код]Хром — важный компонент во многихлегированных сталях (в частности,нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Добавка хрома существенно повышает твёрдость и коррозийную стойкость сплавов.
Также используется в хромванадиевых стальных сплавах (хромванадиевая сталь[англ.]), применяемых, например, для изготовления железнодорожныхрельсов, к которым предъявляются высокие требования поусталостной прочности, стойкости к низким температурам и перепадам температур (порогхладноломкости должен быть ниже −60…−70 градусов Цельсия), в то же время они должны быть достаточно упругими, то есть в широких пределах подвергаться нагрузкам без остаточных деформаций, быть устойчивыми к сильным ударным нагрузкам.
Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование).
Хром применяется для производства сплавов хром-30 и хром-90, используемых в производстве сопел мощныхплазмотронов и в авиакосмической промышленности.
Биологическая роль и физиологическое действие
[править |править код]Хром — один избиогенных элементов, он входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обменелипидов,белков (входит в составферментатрипсина),углеводов. Снижение содержания хрома в пище и в крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличениюхолестерина в крови.
В чистом виде хром довольно токсичен[11], металлическаяпыль хрома раздражает тканилёгких. Соединения хрома(III) вызываютдерматиты.

Соединения хрома встепени окисления +6 особо токсичны. Практически вся хромовая руда обрабатывается через преобразование вдихромат натрия. В 1985 году было произведено примерно 136 000 тонн шестивалентного хрома[12]. Другими источниками шестивалентного хрома являютсятриоксид хрома и различные соли —хроматы идихроматы. Шестивалентный хром используется при производстве нержавеющих сталей, текстильных красок, консервантов для дерева, прихромировании,гальваническом,горячем цинковании и пр.
Шестивалентный хром являетсяканцерогеном (при вдыхании)[13]. На многих рабочих местах сотрудники подвержены воздействию шестивалентного хрома, например, при гальваническом хромировании или сварке нержавеющих сталей[13].
ВЕвропейском союзе использование шестивалентного хрома существенно ограничено директивойRoHS.
Шестивалентный хром транспортируется в клетки человеческого организма с помощью сульфатного транспортного механизма благодаря своей близости к сульфатам по структуре и заряду. Трёхвалентный хром, более часто встречающийся, не транспортируется в клетки.
Внутри клетки Cr(VI) восстанавливается до метастабильного пятивалентного хрома (Cr(V)), затем до трёхвалентного хрома (Cr(III)). Трёхвалентный хром, присоединяясь к протеинам, создаётгаптены, которые включают иммунную реакцию. После их появления чувствительность к хрому не пропадает. В этом случае даже контакт с текстильными изделиями, окрашенными хромсодержащими красками или с кожей, обработанной хромом, может вызвать раздражение кожи.Витамин C и другие агенты реагируют с хроматами и образуют Cr(III) внутри клетки[14].
Продукты шестивалентного хрома являютсягенотоксичными канцерогенами. Хроническое вдыхание соединений шестивалентного хрома увеличивает риск заболеваний носоглотки, рискрака лёгких.Лёгкие особенно уязвимы из-за большого количества мелких капилляров.
В США предельно допустимая концентрация шестивалентного хрома в воздухе составляет 5 мкг/м3 (0,005 мг/м3)[15][16].В России предельно допустимая концентрация хрома(VI) существенно ниже — 1,5 мкг/м3 (0,0015 мг/м3)[17].
Одним из методов избежания 6-валентного хрома является переход от технологийгальваническогохромирования кгазотермическому ивакуумному напылению, также чаще используется цинк-ламельная оцинковка (погружение в покрывающий состав из чешуек цинка, частиц алюминия, магния и др металлов) вместо, например, горячего цинкования (погружение в расплав цинка).
Основанный на реальных событиях фильм «Эрин Брокович» режиссёраСтивена Содерберга рассказывает о крупном судебном процессе, связанном с загрязнением окружающей среды шестивалентным хромом, в результате которого у многих людей развились серьёзные заболевания[18].
См. также
[править |править код]Примечания
[править |править код]- ↑Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) //Pure and Applied Chemistry. — 2016. —Vol. 88,no. 3. —P. 265—291. —doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ↑Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 308.
- ↑Дроздов , А. А. Неорганическая химия :в 3 т. / А. А. Дроздов , и др.. — 2004. — Т. 2 : Химия переходных металлов .
- ↑Greenwood, N. N.,. Chemistry of the Elements :[англ.] / N. N., Greenwood, A. Earnshaw. — 1984.
- ↑статья «Минеральные ресурсы» . Энциклопедия «Кругосвет». Дата обращения: 22 сентября 2010. Архивировано 21 августа 2011 года.
- ↑ХРОМ | Онлайн Энциклопедия КругосветАрхивная копия от 22 сентября 2022 наWayback Machine.
- ↑Поваренных А. С. Твердость минералов. — АН УССР, 1963. — С. 197—208. — 304 с.
- ↑123Kondev F. G.,Wang M.,Huang W. J.,Naimi S.,Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) //Chinese Physics C. — 2021. —Vol. 45,iss. 3. —P. 030001-1—030001-180. —doi:10.1088/1674-1137/abddae.

- ↑Реми Г. Курс неорганической химии (рус.). —М.: Мир, 1966. — Т. 2. — С. 142—180.
- ↑Некрасов Б. В. Курс общей химии. М:, ГНХТИ, 1952, С. 334
- ↑Хром / В. В. Бочкарев, А. В. Рощин, Э. К. Орджоникидзе, В. А. Пеккель // Большая медицинская энциклопедия :в 30 т. / гл. ред.Б. В. Петровский. — 3-е изд. —М. :Советская энциклопедия, 1986. — Т. 27 : Хлоракон — Экономика здравоохранения. — 576 с. : ил.
- ↑Gerd Anger, Jost Halstenberg, Klaus Hochgeschwender, Christoph Scherhag, Ulrich Korallus, Herbert Knopf, Peter Schmidt, Manfred Ohlinger, «Chromium Compounds» in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005.
- ↑12IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans :[англ.] /WHO;International Agency for Research on Cancer. — Lyon : IARC, 1990. —Vol. 49 : Chromium, Nickel, and Welding. — [1]+677+[9] p. —ISBN 92-832-1249-5. —ISBN 978-92-832-1249-2. —ISSN0250-9555.
There issufficient evidence in humans for the carcinogenicity of chromium[VI] compounds as encountered in the chromate production, chromate pigment production and chromium plating industries.
- ↑Salnikow, K. Genetic and Epigenetic Mechanisms in Metal Carcinogenesis and Cocarcinogenesis : Nickel, Arsenic, and Chromium :[англ.] / K. Salnikow, A. Zhitkovich // Chemical Research in Toxicology : журн. — 2008. — Vol. 21. — P. 28–44. —doi:10.1021/tx700198a. —PMID17970581. —PMC 2602826.
- ↑OSHA: Small Entity Compliance Guide for the Hexavalent Chromium Standards . Дата обращения: 13 июня 2015. Архивировано 10 мая 2019 года.
- ↑David Blowes. Tracking Hexavalent Cr in Groundwater (англ.) //Science. — 2002. —Vol. 295. —P. 2024—2025. —doi:10.1126/science.1070031. —PMID11896259.
- ↑ПДК воздуха населённых мест . Дата обращения: 13 июня 2015. Архивировано 30 марта 2022 года.
- ↑Официальный сайт Эрин Брокович, страница, посвящённая фильму . Дата обращения: 12 июня 2012. Архивировано 26 января 2013 года.
Литература
[править |править код]- Салли А. Х. Хром = Chromium / Пер. с англ. В. А. Алексеева; Под ред. канд. техн. наук В. А. Боголюбова. —М.: Металлургиздат, 1958. — 292 с. —2700 экз.
- Салли А. Г., Брэндз Э. А. Хром = Chromium / Пер. с англ. В. А. Алексеева; Под ред. проф., д-ра техн. наукВ. А. Боголюбова. — 2-е изд. —М.: Металлургия, 1971. — 360 с.
- Плинер Ю. Л.,Игнатенко Г. Ф.,Лаппо С. И. Металлургия хрома. —М.:Металлургия, 1965. — 184 с.
Ссылки
[править |править код]- Хром на Webelements
- Хром в Популярной библиотеке химических элементов
- Хромовая зелень, применение в живописи
- ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Chromium Toxicity Департамент здравоохранения США
- 3M US: OSHA Hexavalent Chromium Standard — An overview of the Chromium Six (CrVI) standard
- Environmental Health: «Selected science: an industry campaign to undermine an OSHA hexavalent chromium standard»
- Hexavalent chromium, a case study from[1]
- Australian National Pollutant Inventory Chromium VI fact sheet
- US OSHA Health and Safety Topics: Hexavalent Chromium"
- Finishing Today — Hexavalent Chromium: how is it affecting you?
- National Institute for Occupational Safety and Health — Hexavalent Chromium
