Этот металл любят все. Промышленники – за отличные полезные характеристики. Эстеты и любители шикарных авто – за красоту и практичность. Хром востребован военными и ядерщиками.
Что представляет собой
Хром – это металл, элемент таблицы Менделеева №24.
Международное обозначение и формула – Chromium, Cr.
Серебристо-голубоватое блестящее вещество – одно из самых твердых (5,5 по Моосу) и тугоплавких металлов, но хрупко. Относится к чёрным металлам.
Структура, свойства роднят его с железом, марганцем, титаном, никелем. Эти элементы объединены в одно семейство.
Уникальная особенность элемента – ярко-радужная окраска соединений: голубизна, фиолет, зелень до изумрудности, желтизна, оранж, пурпур. Они обусловили название, благодаря им легко отличить хром от других металлов.
По-древнегречески χρῶμα (хрома) – краска, цвет.
История открытия
Хром как самостоятельный элемент впервые в истории упомянут Михаилом Ломоносовым (1763 год). Великий русский ученый обнаружил его, исследуя золотую руду с Урала (Березовский рудник).
Это был минерал крокоит. Первооткрыватель нарек его красной свинцовой рудой.
Спустя тридцать лет его французский коллега Луи Николя Воклен выделил из «сибирского красного свинца» металл с примесью карбида.
Месторождения и добыча
Первое и второе место по запасам у ЮАР и Казахстана.
Россия третья. Ее месторождения – на Среднем Урале.
Хромовые руды есть также у Зимбабве, Турции, Армении, Индии, на Филиппинах, Мадагаскаре.
Добыча ведется традиционными способами – карьерным либо шахтным.
Физико-химические характеристики
Физические и химические свойства хрома типичны для металлов:
- Химически малоактивен. В обычных условиях не взаимодействует с водой, растворами щелочей. Реакция запускается при +600°С.
- Кислород создает на его поверхности защитную оксидную пленку.
- В соединениях проявляет три степени: +2, +3, +6. Самые устойчивые – трехвалентные.
Применение хрома затрудняют недостатки:
- Явное ухудшение характеристик примесями в составе.
- Необходимость дополнительной обработки сверхтвердого металла для получения пластичности.
Однако они компенсируются достоинствами металла: тугоплавкостью, твердостью (пятый среди металлов), стойкостью к коррозии.
Свойства атома | |
---|---|
Название, символ, номер | Хром / Chromium (Cr), 24 |
Атомная масса (молярная масса) |
51,9961(6) а. е. м. (г/моль) |
Электронная конфигурация | [Ar] 3d5 4s1 |
Радиус атома | 130 пм |
Химические свойства | |
Ковалентный радиус | 118 пм |
Радиус иона | (+6e)52 (+3e)63 пм |
Электроотрицательность | 1,66 (шкала Полинга) |
Электродный потенциал | −0,74 |
Степени окисления | 6, 3, 2, 0 |
Энергия ионизации (первый электрон) |
652,4 (6,76) кДж/моль (эВ) |
Термодинамические свойства простого вещества | |
Плотность (при н. у.) | 7,19 г/см³ |
Температура плавления | 2130 K (1856,9 °C) |
Температура кипения | 2945 K (2671,9 °C) |
Уд. теплота плавления | 21 кДж/моль |
Уд. теплота испарения | 342 кДж/моль |
Молярная теплоёмкость | 23,3 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 |
Нахождение в природе
В природе отмечено два десятка хромовых минералов. Основные – хромит и крокоит.
Изверженные породы содержат разную концентрацию элемента (г/т):
- ультраосновные – 2000;
- базальты, другие основные – 200.
Каждая тонна земной коры содержит в среднем 83 г хрома.
Промышленный интерес представляет один класс – хромшпинелиды.
Металл содержат драгоценные камни – хромтурмалин, уваровит (хромовый гранат), другие.
Технология получения
Традиционное сырье для получения хрома – хромшпинелиды.
Главные способы получения металла – обогащение руды методом электролиза либо восстановлением.
Для повышения степени чистоты конечного продукта сырье сплавляют в электропечи с содой, добавляя кислород.
Производство металлического хрома почти абсолютной чистоты ведется методом электролиза концентрированных хромовых растворов либо восстановлением оксида хрома алюминием в вакуумных печах (при 1500°C).
Где используется
Металл используется по двум направлениям: как лигатура к другим металлам и как покрытие.
Металлургия
Отрасль, забирающая три четверти объемов металла. Хромом легируют стали для улучшения кондиций.
Получают продукт:
- нержавеющий;
- износостойкий;
- жаропрочный.
Такие достоинства сталей обусловили их применение как материала стволов артиллерии, корпусов субмарин, сейфов, металлорежущего, медицинского, химического инструментария. Из них выполнены двигатели космических кораблей, начинка плазмотронов.
Даже незначительное количество хрома в составе кратно улучшает механические свойства материала.
Самые известные хромсодержащие сплавы – с никелем (нихром) и железом (фехраль). Это прецизионные материалы с повышенным электрическим сопротивлением. Используются для работы при экстремальных температурах.
Другие отрасли промышленности
Продукция из металла и сплавов с ним выпускается для разных сегментов рынка:
- Кирпичи – корпус металлургических печей.
- Нагревательные элементы (сплав с никелем).
- Хирургический инструментарий (сплав с никелем, молибденом, кобальтом).
- Соединения хрома пригождаются при производстве спичек, обуви, одежды (знаменитая блестяще-прочная хромовая кожа), окраске текстиля, обработке мебельной древесины.
- Зеленую хромовую краску наносят на керамику перед покрытием глазурью и обжигом.
Краски из перетертых хромовых руд применяли еще иконописцы Древней Руси.
- Трехвалентный оксид металла – исходник при выращивании синтетических рубинов для лазеров.
- Зеленые огни салюта – заслуга хрома.
Хром закупают фармацевтические гиганты, производители биодобавок, препаратов для похудения.
Декор
Хромированное покрытие корпуса часов либо деталей авто – не только маркер статусности. Такая обработка защищает от износа, коррозии, механических повреждений.
Толщина покрытия металлом зависит от назначения изделия: от 2 мкм (декоративный ассортимент) до 0,1 мм (детали байков, велосипедов, авто).
Процесс покрытия хромом называется хромированием. Он технологически прост и недорог.
Цены
На мировых биржах реализуют хромовую руду (Cr – 42%) в основном из Китая.
На конец апреля 2021 года цена составляла $242 за тонну.
Значение для человека
Хром присутствует в организме человека изначально.
Здоровье
Он – участник ряда биологических процессов:
- Липидный, углеродный обмен.
- Выведение «плохого» холестерина
- Баланс сахара в крови.
- Укрепление костной ткани.
- Активация действия инсулина.
- Способность замещать йод.
- Стимуляция регенерации тканей.
Достаточное содержание хрома в организме критично важно для людей с лишним весом, диабетом, заболеваниями щитовидной железы, сердца, сосудов.
Питание
Хромом богаты продукты всех основных групп:
- Мясо – курятина, говядина (и печень);
- Рыба – скумбрия, тунец, сельдь.
- Крупы – манная, перловая.
- Овощи – помидоры, редис, зеленый лук.
Металлом насыщены сыры, бобовые, кукурузное масло, фрукты, хлеб из муки крупного помола, пивные дрожжи.
Дозировка
Ежесуточная потребность в хроме (мкг):
- Дети – 12-34 (в зависимости от возраста).
- Женщины – 55-68.
- Мужчины – 59-79.
При беременности у женщин, активном образе жизни, физических нагрузках у мужчин потребность удваивается.
Предостережение
Опасность представляет чистый металл. Особенно попадание его пыли в дыхательную систему.
Это провоцирует онкологию, раздражение кожи.
По стандартам РФ, предельно допустимая концентрация хрома – 1,5 мкг на кубометр.
Люди, работающие на металлургических предприятиях, пользуются респираторами, другими средствами защиты.
Хромовая «пудра» самовоспламеняется на воздухе.