Chromo masė. Chromas yra ugniai atsparus metalas, bet labai naudingas statyboje.

Būdinga tai, kad chromo kaimynai, kaip ir pats chromas, plačiai naudojami legiruoti plieną.

Chromo lydymosi temperatūra priklauso nuo jo grynumo. Daugelis tyrinėtojų bandė jį nustatyti ir gavo vertes nuo 1513 iki 1920 ° C. Toks didelis "išsklaidymas" pirmiausia paaiškinamas chrome esančių priemaišų kiekiu ir sudėtimi. Dabar manoma, kad jis lydosi maždaug 1875 ° C temperatūroje. Virimo temperatūra yra 2199 ° C. Chromo tankis yra mažesnis nei geležies; jis lygus 7,19.

Jo cheminės savybės yra panašios į molibdeną ir volframą. Didžiausias jo oksidas CrO3 yra rūgštus, tai chromo rūgšties anhidridas H2CrO4. Mineralas, nuo kurio pradėjome pažintį su elementu Nr.24, yra šios rūgšties druska. Be chromo rūgšties, chemijoje plačiai naudojamos dichromo rūgštis H2Cr2O7;

Labiausiai paplitęs chromo oksidas Cr2O3 yra amfoterinis. Apskritai, esant įvairioms sąlygoms, jo valentingumas gali būti nuo 2 iki 6. Plačiai naudojami tik tri- ir šešiavalenčio chromo junginiai.

Chromas turi visas metalui būdingas savybes – gerai praleidžia šilumą ir elektrą, pasižymi būdingu metaliniu blizgesiu. Pagrindinė chromo savybė – atsparumas rūgštims ir deguoniui.

Tiems, kurie nuolat susiduria su chromu, miesto kalba tapo dar viena jo savybė: esant maždaug 37° C temperatūrai, kai kurios šio metalo fizikinės savybės smarkiai ir staigiai pasikeičia. Esant tokiai temperatūrai, yra aiškiai išreikštas vidinės trinties maksimumas ir minimalus tamprumo modulis. Beveik taip pat smarkiai kinta elektros varža, tiesinio plėtimosi koeficientas ir termoelektrovaros jėga.

Mokslininkai kol kas negali paaiškinti šios anomalijos.

Yra žinomi keturi natūralūs chromo izotopai. Jų masės skaičiai yra 50, 52, 53 ir 54. Dažniausio izotopo 52Cr dalis sudaro apie 84%.

Chromas lydiniuose

Turbūt būtų nenatūralu, jei istorija apie chromo ir jo junginių panaudojimą prasidėtų ne nuo plieno, o nuo kažko kito. Chromas yra vienas iš svarbiausių legiravimo elementų, naudojamų juodojoje metalurgijoje. Chromo pridėjimas į įprastą plieną (iki 5% Cr) pagerina jų fizines savybes ir daro metalą jautresnį terminiam apdorojimui. Spyruoklinis, spyruoklinis, įrankių, antspaudų ir rutulinių guolių plienas yra legiruotas chromu. Juose (išskyrus rutulinių guolių plieną) yra chromo kartu su manganu, molibdenu, nikeliu ir vanadžiu. O rutulinių guolių plienuose yra tik chromo (apie 1,5%) ir (apie 1%). Pastarieji susidaro su išskirtinio kietumo chromo karbidais: Cr3C, Cr7C3 ir Cr23C6. Jie suteikia rutuliniam guoliui plieno atsparumą dilimui.

Jei chromo kiekis pliene padidinamas iki 10% ar daugiau, plienas tampa atsparesnis oksidacijai ir korozijai, tačiau čia atsiranda veiksnys, kurį galima pavadinti anglies dioksido apribojimu. Anglies gebėjimas surišti didelius chromo kiekius lemia šio elemento plieno išeikvojimą. Todėl metalurgai susiduria su dilema: jei norite įgyti atsparumą korozijai, sumažinkite anglies kiekį ir praraskite atsparumą dilimui bei kietumą.

Labiausiai paplitusioje nerūdijančio plieno klasėje yra 18% chromo ir 8% nikelio. Anglies kiekis jame yra labai mažas - iki 0,1%. Nerūdijantis plienas gerai atsparus korozijai ir oksidacijai bei išlaiko stiprumą aukštoje temperatūroje. Iš tokio plieno lakštų buvo sukurta V. I. Mukhinos skulptūrinė grupė „Darbininkė ir kolūkio moteris“, kuri buvo įrengta Maskvoje prie šiaurinio įėjimo į Tautos ekonomikos pasiekimų parodą. Nerūdijantis plienas plačiai naudojamas chemijos ir naftos pramonėje.

Daug chromo turintys plienai (kuriuose yra 25-30 % Cr) yra ypač atsparūs oksidacijai aukštoje temperatūroje. Jie naudojami krosnių šildymo dalims gaminti.

Dabar keli žodžiai apie chromo lydinius. Jose yra daugiau nei 50 % chromo. Jie turi labai aukštą atsparumą karščiui. Tačiau jie turi labai didelį trūkumą, paneigiantį visus privalumus: yra labai jautrūs paviršiaus defektams: pakanka, kad atsirastų įbrėžimas ar mikroįtrūkimas, ir gaminys greitai subyrės veikiamas apkrovos. Daugumai lydinių tokie trūkumai pašalinami termomechaniniu apdorojimu, tačiau chromo pagrindu pagamintų lydinių tokiu būdu apdoroti negalima. Be to, kambario temperatūroje jie yra per trapūs, o tai taip pat riboja jų naudojimą.

Vertingesni yra chromo ir nikelio lydiniai (jie dažnai turi legiruojančių priedų ir kitų elementų). Labiausiai paplitę šios grupės lydiniai - nichromai turi iki 20% chromo (likusieji) ir naudojami kaitinimo elementų gamybai. Nichromai turi didelę metalų elektrinę varžą, kai praeina srovė, jie labai įkaista.

Molibdeno ir kobalto pridėjimas prie chromo-nikelio lydinių leidžia gauti medžiagas, turinčias didelį atsparumą karščiui ir galinčias atlaikyti dideles apkrovas esant 650-900 ° C. Pavyzdžiui, iš šių lydinių gaminamos dujų turbinos mentės. Kobalto-chromo lydiniai, kuriuose yra 25-30% chromo, taip pat turi atsparumą karščiui. Pramonė taip pat naudoja chromą kaip antikorozinių ir dekoratyvinių dangų medžiagą.

Chromas yra ugniai atsparus, labai kietas metalas, pasižymintis išskirtiniu atsparumu korozijai. Šios unikalios savybės užtikrino, kad jis turi tokią didelę paklausą pramonėje ir statyboje.

Vartotojas dažniausiai yra susipažinęs ne su chromo gaminiais, o su daiktais, padengtais plonu metalo sluoksniu. Tokios dangos akinantis veidrodinis blizgesys yra patrauklus savaime, tačiau turi ir grynai praktinę reikšmę. Chromas yra atsparus korozijai ir gali apsaugoti lydinius ir metalus nuo rūdžių.

O šiandien atsakysime į klausimus, ar chromas yra metalas ar nemetalas, o jei metalas, tai koks: juodas ar spalvotas, sunkus ar lengvas. Taip pat papasakosime, kokia forma chromas randamas gamtoje ir kuo skiriasi chromas nuo kitų panašių metalų.

Pirmiausia pakalbėkime apie tai, kaip atrodo chromas, kokių metalų jame yra ir kuo tokia medžiaga ypatinga. Chromas yra tipiškas sidabriškai melsvos spalvos metalas, sunkus, didesnio tankio, taip pat priklauso ugniai atsparių kategorijai - jo lydymosi ir virimo temperatūra yra labai aukšta.

Elementas chromas yra antriniame 6 grupės pogrupyje IV periode. Savo savybėmis jis artimas molibdenui ir volframui, nors turi pastebimų skirtumų. Pastarieji dažniausiai pasižymi tik aukščiausia oksidacijos būsena, o chromo – dviejų, trijų ir šešių valentingumo. Tai reiškia, kad elementas sudaro daugybę skirtingų junginių.

Būtent junginiai davė pavadinimą pačiam elementui – iš graikiško dažų, spalvos. Faktas yra tas, kad jo druskos ir oksidai dažomi įvairiausiomis ryškiomis spalvomis.

Šis vaizdo įrašas jums pasakys, kas yra chromas:

Savybės ir skirtumai, palyginti su kitais metalais

Tiriant metalą didžiausią susidomėjimą kėlė dvi medžiagos savybės: kietumas ir atsparumas ugniai. Chromas yra vienas kiečiausių metalų – jis užima penktą vietą ir nusileidžia uranui, iridiui, volframui ir beriliui. Tačiau ši kokybė pasirodė nepriimtina, nes metalas turėjo pramonei svarbesnių savybių.

Chromas lydosi 1907 C temperatūroje. Šiuo rodikliu jis yra prastesnis už volframą ar molibdeną, bet vis tiek priskiriamas ugniai atsparioms medžiagoms. Tiesa, jo lydymosi temperatūrai didelės įtakos turi priemaišos.

• Kaip ir daugelis korozijai atsparių metalų, chromas ore sudaro ploną ir labai tankią oksido plėvelę. Pastaroji apima deguonies, azoto ir drėgmės patekimą į medžiagą, todėl ji yra nepažeidžiama. Ypatumas yra tas, kad jis šią kokybę perduoda savo lydiniui su: esant elementui, padidėja geležies a-fazės potencialas ir dėl to ore esantis plienas taip pat padengiamas tankia oksido plėvele. Tai yra nerūdijančio plieno ilgaamžiškumo paslaptis.
• Būdamas ugniai atspari medžiaga, metalas taip pat padidina lydinio lydymosi temperatūrą. Karščiui atspariuose ir karščiui atspariuose plienuose būtinai yra chromo dalis, kartais labai didelė - iki 60%. Tiek chromo, tiek jų pridėjimas turi dar stipresnį poveikį.
• Chromas taip pat sudaro lydinius su savo grupės draugais – molibdenu ir volframu. Jie naudojami dengti dalims, kuriose reikalingas ypač didelis atsparumas dilimui esant aukštai temperatūrai.

Chromo privalumai ir trūkumai aprašyti toliau.

Chromas kaip metalas (nuotrauka)

Privalumai

Kaip ir bet kuri kita medžiaga, metalas turi savų privalumų ir trūkumų, o jų derinys lemia jo panaudojimą.

• Neabejotinas medžiagos pranašumas yra atsparumas korozijai ir galimybė perkelti šią savybę į jos lydinius. Chromuotas nerūdijantis plienas turi didelę reikšmę, nes išsprendė daugybę problemų statant laivus, povandeninius laivus, pastatų karkasus ir pan.
• Atsparumas korozijai užtikrinamas kitu būdu – padengiant objektą plonu metalo sluoksniu. Šio metodo populiarumas yra labai didelis, šiandien yra mažiausiai keliolika chromavimo būdų skirtingomis sąlygomis ir norint gauti skirtingus rezultatus.
• Chromo sluoksnis sukuria ryškų veidrodinį blizgesį, todėl chromavimas naudojamas ne tik siekiant apsaugoti lydinį nuo korozijos, bet ir išgauti estetinę išvaizdą. Be to, šiuolaikiniai chromavimo būdai leidžia sukurti dangą ant bet kokios medžiagos – ne tik ant metalo, bet ir ant plastiko bei keramikos.
• Karščiui atsparaus plieno gavimas pridedant chromo taip pat turėtų būti laikomas medžiagos pranašumu. Yra daug sričių, kur metalinės dalys turi veikti aukštoje temperatūroje, o pati geležis neturi tokio atsparumo temperatūroms.
• Iš visų ugniai atsparių medžiagų jis yra atspariausias rūgštims ir bazėms.
• Medžiagos privalumas yra jos paplitimas - 0,02% žemės plutoje ir gana paprastas gavybos ir gamybos būdas. Žinoma, tam reikia energijos, bet negalima lyginti, pavyzdžiui, su sudėtingu.

Trūkumai

Trūkumai apima savybes, kurios neleidžia visiškai išnaudoti visų chromo savybių.

• Visų pirma, tai yra stipri fizinių, o ne tik cheminių savybių priklausomybė nuo priemaišų. Net metalo lydymosi temperatūrą buvo sunku nustatyti, nes esant nereikšmingai azoto ar anglies frakcijai, indikatorius pastebimai pasikeitė.
• Nepaisant didesnio elektros laidumo, palyginti su chromu, chromas elektrotechnikoje naudojamas daug mažiau, o jo kaina yra gana didelė. Iš jo ką nors pagaminti yra daug sunkiau: aukšta lydymosi temperatūra ir kietumas gerokai apriboja jo naudojimą.
• Grynas chromas yra kalusis metalas, tačiau kai jame yra priemaišų, jis tampa labai kietas. Norint gauti bent santykinai kalų metalą, jis turi būti papildomai apdirbamas, o tai, žinoma, padidina gamybos sąnaudas.

Metalinė konstrukcija

Chromo kristalas turi į kūną orientuotą kubinę gardelę, a = 0,28845 nm. Aukštesnėje nei 1830 C temperatūroje galima gauti modifikaciją su į veidą orientuota kubine gardele.

Esant +38 C temperatūrai, registruojamas antros eilės fazinis perėjimas su tūrio padidėjimu. Šiuo atveju medžiagos kristalinė gardelė nesikeičia, tačiau jos magnetinės savybės tampa visiškai kitokios. Iki šios temperatūros – Néelio taško – chromas pasižymi antiferomagnetinėmis savybėmis, tai yra medžiaga, kurios beveik neįmanoma įmagnetinti. Virš Néelio taško metalas tampa tipišku paramagnetiniu, tai yra, jis pasižymi magnetinėmis savybėmis esant magnetiniam laukui.

Savybės ir charakteristikos

Normaliomis sąlygomis metalas yra gana inertiškas – tiek dėl oksido plėvelės, tiek tiesiog dėl savo prigimties. Tačiau kylant temperatūrai jis reaguoja su paprastomis medžiagomis, rūgštimis ir bazėmis. Jo junginiai yra labai įvairūs ir naudojami labai plačiai. Fizinės metalo savybės, kaip minėta, stipriai priklauso nuo priemaišų kiekio. Praktiškai jie susiduria su chromu, kurio grynumas yra iki 99,5%. yra:

• lydymosi temperatūra– 1907 C. Ši vertė yra riba tarp ugniai atsparių ir įprastų medžiagų;
• virimo temperatūra– 2671 C;
• Moho kietumas – 5;
• elektros laidumas– 9 · 106 1/(Om m). Pagal šį rodiklį chromas nusileidžia tik sidabrui ir auksui;
• varža–127 (omų mm2)/m;
• šilumos laidumas medžiaga yra 93,7 W/(m K);
• specifinė šiluma–45 J/(g K).

Medžiagos termofizinės savybės yra šiek tiek nenormalios. Neelio taške, kur kinta metalo tūris, jo šiluminio plėtimosi koeficientas smarkiai padidėja ir toliau auga kylant temperatūrai. Šilumos laidumas taip pat elgiasi nenormaliai – Nėelio taške krenta ir kaitinant sumažėja.

Elementas yra vienas iš būtinų: žmogaus organizme chromo jonai yra angliavandenių metabolizmo ir insulino sekrecijos reguliavimo proceso dalyviai. Dienos dozė yra 50-200 mcg.

Chromas yra netoksiškas, nors metalo miltelių pavidalu gali sudirginti gleivines. Jo trivalenčiai junginiai taip pat yra gana saugūs ir netgi naudojami maisto ir sporto pramonėje. Tačiau šešiavalentės yra nuodingos žmonėms ir smarkiai pažeidžia kvėpavimo takus bei virškinimo traktą.

Šiandien apie metalo chromo gamybą ir kainą už kg kalbėsime vėliau.

Šis vaizdo įrašas parodys, ar danga yra chromuota:

Gamyba

Daugelyje įvairių mineralų – dažnai lydi ir. Tačiau jo turinio nepakanka, kad jis būtų pramoninės svarbos. Perspektyvios yra tik uolienos, kuriose yra ne mažiau kaip 40 % elemento, todėl kasybai tinkamų mineralų yra nedaug, daugiausia chromo geležies rūda arba chromitas.

Mineralas išgaunamas kasyklų ir karjerų metodais, priklausomai nuo atsiradimo gylio. Kadangi rūdoje iš pradžių yra didelė metalo dalis, ji beveik niekada nėra sodrinama, o tai atitinkamai supaprastina ir sumažina gamybos proceso sąnaudas.

Apie 70% iškasamo metalo naudojama plienui legiruoti. Be to, jis dažnai naudojamas ne gryna forma, o ferochromo pavidalu. Pastarąjį galima gauti tiesiai šachtinėje elektrinėje krosnyje arba aukštakrosnėje – taip gaunamas anglies ferochromas. Jei reikalingas junginys su mažu anglies kiekiu, naudojamas aliuminoterminis metodas.

• Šiuo metodu gaunamas ir grynas chromas, ir ferochromas. Tam į lydymo šachtą įkraunamas užtaisas, kuriame yra chromo geležies rūdos, chromo oksido, natrio nitrato ir kt. Pirmoji dalis, uždegimo mišinys, padegama, o likusi įkrova įkraunama į lydalą. Pabaigoje įpilama fliuso – kalkių, kad būtų lengviau išgauti chromą. Lydymas trunka apie 20 minučių. Po kiek aušinimo velenas pakreipiamas, šlakas išleidžiamas, grąžinamas į pradinę padėtį ir vėl pakreipiamas, dabar į formą pašalinamas ir chromas, ir šlakas. Po aušinimo gautas blokas atskiriamas.
• Taip pat naudojamas kitas būdas – metaloterminis lydymas. Tai atliekama elektrinėje krosnyje besisukančioje velenoje. Mokestis čia padalintas į 3 dalis, kurių kiekviena turi skirtingą sudėtį. Šis metodas leidžia išgauti daugiau chromo, bet, svarbiausia, sumažina suvartojimą.
• Jei reikia gauti chemiškai gryną metalą, jie griebiasi laboratorinio metodo: kristalai sodinami chromato tirpalų elektrolizės būdu.

Chromo metalo kaina 1 kg pastebimai svyruoja, nes tai priklauso nuo pagaminto valcuoto metalo kiekio - pagrindinio elemento vartotojo. 2017 metų sausį 1 tona metalo buvo įvertinta 7655 USD.

Taikymas

Kategorijos

Taigi,. Pagrindinis chromo vartotojas yra juodoji metalurgija. Taip yra dėl metalo gebėjimo perduoti savo lydiniams tokias savybes kaip atsparumas korozijai ir kietumas. Be to, jis turi poveikį, kai pridedama labai mažais kiekiais.

Visi chromo ir geležies lydiniai skirstomi į 2 kategorijas:

• mažo lydinio– su chromo dalimi iki 1,6 %. Šiuo atveju chromas prideda plieno stiprumo ir kietumo. Jei įprasto plieno tempiamasis stipris yra 400–580 MPa, tada tos pačios rūšies plieno, pridėjus 1% medžiagos, tempiamasis stipris yra 1000 MPa;
• labai legiruotas– turi daugiau nei 12 % chromo. Čia metalas suteikia lydiniui tokį patį atsparumą korozijai, kokį jis turi pats. Visi nerūdijantys plienai vadinami chromu, nes būtent šis elementas suteikia tokią kokybę.

Mažai legiruotas plienas yra konstrukcinis: iš jų gaminama daugybė mašinų dalių – velenai, krumpliaračiai, stūmikliai ir kt. Nerūdijančio plieno panaudojimo sritis didžiulė: metalinės turbinų dalys, laivų ir povandeninių laivų korpusai, degimo kameros, bet kokios rūšies tvirtinimo detalės, vamzdžiai, kanalai, kampai, lakštinis plienas ir pan.

Be to, chromas padidina lydinio atsparumą temperatūrai: kurių medžiagų kiekis yra nuo 30 iki 66%, gaminiai iš karščiui atsparaus plieno gali atlikti savo funkcijas įkaitinus iki 1200 C. Tai medžiaga stūmoklinių variklių vožtuvams, tvirtinimo detalėms, turbinos dalims ir kitiems dalykams.

Jei 70% chromo naudojama metalurgijos reikmėms, tai likusieji beveik 30% naudojami chromavimui. Proceso esmė yra plono chromo sluoksnio uždėjimas ant metalinio objekto paviršiaus. Tam naudojami įvairūs metodai, daugelis jų yra prieinami namų meistrams.

Chromuotas dengimas

Chromavimas gali būti suskirstytas į 2 kategorijas:

• funkcinis– jo paskirtis – užkirsti kelią gaminio korozijai. Sluoksnio storis čia didesnis, todėl chromavimo procesas užtrunka ilgiau – kartais iki 24 valandų. Chromo sluoksnis ne tik apsaugo nuo rūdžių, bet ir žymiai padidina detalės atsparumą dilimui;
• dekoratyvinis– chromas sukuria veidrodiškai blizgantį paviršių. Automobilių entuziastai ir motociklų lenktynininkai retai atsisako galimybės papuošti savo automobilį chromuotomis detalėmis. Dekoratyvinis dangos sluoksnis yra daug plonesnis – iki 0,0005 mm.

Chromuotas dengimas aktyviai naudojamas šiuolaikinėse statybose ir baldų gamyboje. Furnitūra su veidrodine apdaila, vonios ir virtuvės reikmenys, virtuvės reikmenys, baldų dalys – gaminiai su chromo apdaila yra itin populiarūs. Ir kadangi dėl šiuolaikinių chromavimo metodų dangą galima sukurti tiesiog ant bet kokio objekto, atsirado šiek tiek netipinių dengimo būdų. Pavyzdžiui, chromuotos santechnikos negalima priskirti prie nereikšmingų sprendimų.

Chromas yra labai neįprastų savybių metalas, kurio savybės yra paklausios pramonėje. Daugiausia domina jo lydiniai ir junginiai, o tai tik padidina metalo reikšmę šalies ekonomikai.

Toliau pateiktame vaizdo įraše bus pasakojama apie chromo pašalinimą iš metalo:

Chromas (Cr) yra D. I. Mendelejevo periodinės cheminių elementų sistemos ketvirtojo periodo šeštosios grupės antrinio pogrupio elementas, kurio atominis skaičius 24 ir atominė masė 51,996. Chromas yra melsvai baltos spalvos kietas metalas. Turi aukštą cheminį atsparumą. Kambario temperatūroje Cr yra atsparus vandeniui ir orui. Šis elementas yra vienas iš svarbiausių metalų, naudojamų pramoniniam plienų legiravimui. Chromo junginiai turi ryškių įvairių spalvų spalvų, todėl ir gavo savo pavadinimą. Galų gale, išvertus iš graikų kalbos, „chromas“ reiškia „dažai“.

Yra žinomi 24 chromo izotopai nuo 42Cr iki 66Cr. Stabilūs natūralūs izotopai yra 50Cr (4,31%), 52Cr (87,76%), 53Cr (9,55%) ir 54Cr (2,38%). Iš šešių dirbtinių radioaktyviųjų izotopų svarbiausias yra 51Cr, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 27,8 dienos. Jis naudojamas kaip izotopų indikatorius.

Skirtingai nuo senovės metalų (aukso, sidabro, vario, geležies, alavo ir švino), chromas turi savo „atradėją“. 1766 m. Jekaterinburgo apylinkėse buvo rastas mineralas, vadinamas „Sibiro raudonuoju švinu“ - PbCrO4. 1797 m. L. N. Vauquelinas atrado elementą Nr. 24 mineraliniame krokoite – natūralaus švino chromato. tai buvo chromitas FeCr2O4), rastas Urale. Vėliau, 1799 m., F. Tassert aptiko naują metalą tame pačiame minerale, rastame pietryčių Prancūzijoje. Manoma, kad būtent Tassertas pirmasis sugebėjo gauti gana gryną metalinį chromą.

Metalo chromas naudojamas chromavimui, taip pat kaip vienas iš svarbiausių legiruotojo plieno (ypač nerūdijančio plieno) komponentų. Be to, chromas buvo naudojamas daugelyje kitų lydinių (rūgščiai ir karščiui atsparaus plieno). Juk šio metalo patekimas į plieną padidina jo atsparumą korozijai tiek vandeninėje aplinkoje esant normaliai temperatūrai, tiek dujose esant aukštesnei temperatūrai. Chrominiai plienai pasižymi padidintu kietumu. Chromas naudojamas dengiant termochromu – procese, kurio metu apsauginis Cr poveikis atsiranda dėl to, kad plieno paviršiuje susidaro plona, ​​bet patvari oksido plėvelė, kuri neleidžia metalui sąveikauti su aplinka.

Chromo junginiai taip pat plačiai naudojami ugniai atsparioje pramonėje: krosnys ir kiti metalurgijos įrenginiai yra iškloti magnezito-chromito plytomis.

Chromas yra vienas iš biogeninių elementų, kurie nuolat patenka į augalų ir gyvūnų audinius. Augalų lapuose yra chromo, kur jis yra mažos molekulinės masės komplekso, nesusijusio su tarpląstelinėmis struktūromis, pavidalu. Iki šiol mokslininkams nepavyko įrodyti šio elemento būtinumo augalams. Tačiau gyvūnams Cr dalyvauja lipidų, baltymų (fermento tripsino dalis) ir angliavandenių (struktūrinis gliukozei atsparaus faktoriaus komponentas) metabolizme. Yra žinoma, kad biocheminiuose procesuose dalyvauja tik trivalentis chromas. Kaip ir dauguma kitų svarbių maistinių medžiagų, chromas į gyvūnų ar žmogaus organizmą patenka su maistu. Sumažėjus šio mikroelemento kiekiui organizme, lėtėja augimas, smarkiai padidėja cholesterolio kiekis kraujyje ir sumažėja periferinių audinių jautrumas insulinui.

Tuo pačiu metu gryna forma chromas yra labai toksiškas – Cr metalo dulkės dirgina plaučių audinį, chromo (III) junginiai sukelia dermatitą. Chromo (VI) junginiai sukelia įvairias žmonių ligas, įskaitant vėžį.

Biologinės savybės

Chromas yra svarbus biogeninis elementas, kuris tikrai yra augalų, gyvūnų ir žmonių audiniuose. Vidutinis šio elemento kiekis augaluose yra 0,0005%, beveik visas jis kaupiasi šaknyse (92-95%), likusi dalis yra lapuose. Aukštesni augalai netoleruoja didesnių nei 3∙10-4 mol/l šio metalo koncentracijų. Gyvūnuose chromo kiekis svyruoja nuo dešimties tūkstantųjų iki dešimties milijonų procentų. Tačiau planktone chromo kaupimosi koeficientas yra nuostabus – 10 000–26 000 Suaugusio žmogaus organizme Cr kiekis svyruoja nuo 6 iki 12 mg. Be to, fiziologinis chromo poreikis žmonėms nėra pakankamai tiksliai nustatytas. Tai labai priklauso nuo mitybos – valgant daug cukraus turintį maistą, organizmo chromo poreikis didėja. Visuotinai priimta, kad žmogui šio elemento per dieną reikia maždaug 20–300 mcg. Kaip ir kiti biogeniniai elementai, chromas gali kauptis kūno audiniuose, ypač plaukuose. Būtent juose chromo kiekis rodo kūno aprūpinimo šiuo metalu laipsnį. Deja, su amžiumi chromo „atsargos“ audiniuose išsenka, išskyrus plaučius.

Chromas dalyvauja lipidų, baltymų (yra fermento tripsino), angliavandenių (yra struktūrinė gliukozei atsparaus faktoriaus sudedamoji dalis). Šis veiksnys užtikrina ląstelių receptorių sąveiką su insulinu, taip sumažinant organizmo jo poreikį. Gliukozės tolerancijos faktorius (GTF) sustiprina insulino veikimą visuose su juo susijusiuose medžiagų apykaitos procesuose. Be to, chromas dalyvauja reguliuojant cholesterolio apykaitą ir yra tam tikrų fermentų aktyvatorius.

Pagrindinis chromo šaltinis gyvūnams ir žmonėms yra maistas. Mokslininkai nustatė, kad chromo koncentracija augaliniame maiste yra žymiai mažesnė nei gyvuliniame maiste. Turtingiausi chromo šaltiniai yra alaus mielės, mėsa, kepenys, ankštiniai augalai ir sveiki neperdirbti grūdai. Sumažėjus šio metalo kiekiui maiste ir kraujyje, mažėja augimo greitis, padidėja cholesterolio kiekis kraujyje, sumažėja periferinių audinių jautrumas insulinui (į diabetą panaši būsena). Be to, didėja rizika susirgti ateroskleroze ir aukštesnės nervų veiklos sutrikimais.

Tačiau net ir esant miligramo frakcijai kubiniame metre atmosferoje, visi chromo junginiai turi toksinį poveikį organizmui. Apsinuodijimas chromu ir jo junginiais yra dažnas jų gamybos metu, mechanikos inžinerijoje, metalurgijoje, tekstilės pramonėje. Chromo toksiškumo laipsnis priklauso nuo jo junginių cheminės struktūros – dichromatai yra toksiškesni už chromatus, Cr+6 junginiai yra toksiškesni už Cr+2 ir Cr+3 junginius. Apsinuodijimo požymiai yra sausumo ir skausmo pojūtis nosies ertmėje, gerklės skausmas, pasunkėjęs kvėpavimas, kosulys ir panašūs simptomai. Jei yra nedidelis chromo garų ar dulkių perteklius, apsinuodijimo požymiai išnyksta netrukus po to, kai darbas ceche sustoja. Ilgai nuolat kontaktuojant su chromo junginiais, atsiranda lėtinio apsinuodijimo požymių – silpnumas, nuolatiniai galvos skausmai, svorio kritimas, dispepsija. Prasideda virškinamojo trakto, kasos, kepenų veiklos sutrikimai. Vystosi bronchitas, bronchinė astma ir pneumosklerozė. Atsiranda odos ligos – dermatitas, egzema. Be to, chromo junginiai yra pavojingi kancerogenai, kurie gali kauptis kūno audiniuose ir sukelti vėžį.

Apsinuodijimo prevencija apima personalo, dirbančio su chromu ir jo junginiais, periodines medicinines apžiūras; vėdinimo, dulkių slopinimo ir dulkių surinkimo įrangos įrengimas; darbuotojai naudoja asmenines apsaugos priemones (respiratorius, pirštines).

Šaknis „chromas“ savo sąvokoje „spalva“, „dažai“ yra daugelio žodžių, vartojamų įvairiose srityse: mokslo, technologijų ir net muzikos, dalis. Daugelyje fotografijos juostų pavadinimų yra ši šaknis: „ortochromas“, „panchromas“, „izopanchromas“ ir kt. Žodis chromosoma sudarytas iš dviejų graikiškų žodžių: chromo ir soma. Pažodžiui tai gali būti išversta kaip „nudažytas kūnas“ arba „dažytas kūnas“. Struktūrinis chromosomos elementas, susidaręs ląstelės branduolio tarpfazėje dėl chromosomų padvigubėjimo, vadinamas „chromatidu“. „Chromatinas“ yra chromasomų medžiaga, esanti augalų ir gyvūnų ląstelių branduoliuose, kuri intensyviai nudažyta branduoliniais dažais. „Chromatoforai“ yra gyvūnų ir žmonių pigmentinės ląstelės. Muzikoje vartojama „chromatinės skalės“ sąvoka. „Khromka“ yra viena iš rusiško akordeono rūšių. Optikoje yra „chromatinės aberacijos“ ir „chromatinės poliarizacijos“ sąvokos. „Chromatografija“ yra fizikinis ir cheminis mišinių atskyrimo ir analizės metodas. „Chromoskopas“ – tai prietaisas spalvotam vaizdui gauti optiškai sujungiant du ar tris spalvomis atskirtus fotografijos vaizdus, ​​apšviečiamus specialiai parinktais skirtingų spalvų filtrais.

Toksiškiausias yra chromo (VI) oksidas CrO3, jis priklauso I pavojingumo klasei. Mirtina dozė žmogui (per burną) 0,6 g etilo alkoholis užsiliepsnoja nuo sąlyčio su šviežiai paruoštu CrO3!

Labiausiai paplitusioje nerūdijančio plieno klasėje yra 18% Cr, 8% Ni, apie 0,1% C. Jis puikiai atsparus korozijai ir oksidacijai, išlaiko stiprumą aukštoje temperatūroje. Būtent iš šio plieno buvo pagaminti lakštai, panaudoti statant V.I. Mukhina „Darbininkė ir kolūkio moteris“.

Ferochromas, naudojamas metalurgijos pramonėje chromo plieno gamyboje, XIX amžiaus pabaigoje buvo labai prastos kokybės. Taip yra dėl mažo chromo kiekio jame – tik 7-8%. Tada jis buvo vadinamas "Tasmanijos ketaus" dėl to, kad originali geležies-chromo rūda buvo importuota iš Tasmanijos.

Anksčiau buvo minėta, kad chromo alūnas naudojamas odos rauginimui. Dėl to atsirado „chromuotų“ batų sąvoka. Chromo junginiais rauginta oda įgauna blizgesį, blizgesį ir tvirtumą.

Daugelis laboratorijų naudoja „chromo mišinį“ - sotaus kalio dichromato tirpalo ir koncentruotos sieros rūgšties mišinį. Jis naudojamas stiklo ir plieno laboratorinių stiklo dirbinių paviršių nuriebalinimui. Jis oksiduoja riebalus ir pašalina jų likučius. Tik su šiuo mišiniu elkitės atsargiai, nes tai stiprios rūgšties ir stipraus oksidatoriaus mišinys!

Šiais laikais mediena vis dar naudojama kaip statybinė medžiaga, nes ji nebrangi ir lengvai apdirbama. Bet turi ir daug neigiamų savybių – jautrumą gaisrams, jį naikinančioms grybelinėms ligoms. Siekiant išvengti visų šių bėdų, mediena impregnuojama specialiais junginiais, kuriuose yra chromatų ir dichromatų bei cinko chlorido, vario sulfato, natrio arsenato ir kai kurių kitų medžiagų. Dėl tokių kompozicijų mediena padidina atsparumą grybeliams ir bakterijoms, taip pat atvirai ugniai.

„Chrome“ spausdinimo srityje užėmė ypatingą nišą. 1839 m. buvo atrasta, kad natrio dichromatu impregnuotas popierius staiga paruduoja, kai jį apšviečia ryški šviesa. Tada paaiškėjo, kad bichromatinės dangos ant popieriaus po ekspozicijos netirpsta vandenyje, o sudrėkintos įgauna melsvą atspalvį. Spausdintuvai pasinaudojo šia savybe. Norimas raštas buvo nufotografuotas ant plokštelės su koloidine danga, kurioje yra dichromato. Apšviestos vietos skalbimo metu neištirpdavo, o neeksponuotos – ištirpo, o plokštelėje liko raštas, nuo kurio buvo galima spausdinti.

Istorija

Elemento Nr.24 atradimo istorija prasidėjo 1761 m., kai netoli Jekaterinburgo esančioje Berezovskio kasykloje (Rytinė Uralo kalnų papėdė) buvo rastas neįprastas raudonas mineralas, kuris, sumaltas į dulkes, įgavo geltoną spalvą. Radinys priklausė Sankt Peterburgo universiteto profesoriui Johannui Gottlobui Lehmannui. Po penkerių metų mokslininkas mėginius pristatė į Sankt Peterburgo miestą, kur su jais atliko eilę eksperimentų. Visų pirma jis neįprastus kristalus apdorojo druskos rūgštimi, todėl susidarė baltos nuosėdos, kuriose rasta švino. Remdamasis gautais rezultatais, Lehmanas pavadino mineralą Sibiro raudonuoju švinu. Tai istorija apie krokoito (iš graikų „krokos“ - šafrano) - natūralaus švino chromato PbCrO4 atradimą.

Susidomėjęs šiuo radiniu, vokiečių gamtininkas ir keliautojas Peteris Simonas Pallas surengė ir vadovavo Sankt Peterburgo mokslų akademijos ekspedicijai į Rusijos širdį. 1770 metais ekspedicija pasiekė Uralą ir aplankė Berezovskio kasyklą, kur buvo paimti tiriamo mineralo mėginiai. Taip tai apibūdina pats keliautojas: „Šio nuostabaus raudonojo švino mineralo nėra jokiame kitame telkinyje. Susmulkinus į miltelius, jis pagelsta ir gali būti naudojamas meninėse miniatiūrose. Vokietijos įmonė įveikė visus krokoito kasybos ir pristatymo į Europą sunkumus. Nepaisant to, kad šios operacijos truko mažiausiai dvejus metus, netrukus kilmingų Paryžiaus ir Londono džentelmenų vežimai keliavo išdažyti smulkiai maltu krokoitu. Daugelio senojo pasaulio universitetų mineraloginių muziejų kolekcijos buvo praturtintos geriausiais šio mineralo pavyzdžiais iš Rusijos gelmių. Tačiau Europos mokslininkai negalėjo išsiaiškinti paslaptingo mineralo sudėties.

Tai tęsėsi trisdešimt metų, kol 1796 m. Sibiro raudonojo švino pavyzdys pateko į Paryžiaus mineraloginės mokyklos chemijos profesoriaus Nicolas Louis Vauquelin rankas. Išanalizavęs krokoitą, mokslininkas jame nieko nerado, išskyrus geležies, švino ir aliuminio oksidus. Vėliau Vauquelin krokoitą apdorojo kalio (K2CO3) tirpalu ir, nusodinus baltas švino karbonato nuosėdas, išskyrė geltoną nežinomos druskos tirpalą. Atlikęs daugybę eksperimentų apdorojant mineralą įvairių metalų druskomis, profesorius, naudodamas druskos rūgštį, išskyrė „raudonosios švino rūgšties“ tirpalą - chromo oksidą ir vandenį (chromo rūgštis yra tik praskiestuose tirpaluose). Išgarindamas šį tirpalą, jis gavo rubino raudonumo kristalus (chromo anhidridą). Toliau kaitinant kristalus grafito tiglyje, esant anglims, atsirado daug tarpusavyje suaugusių pilkų adatos formos kristalų – tai naujas, iki šiol nežinomas metalas. Kita eksperimentų serija parodė didelį gauto elemento atsparumą ugniai ir jo atsparumą rūgštims. Paryžiaus mokslų akademija iš karto tapo šio atradimo liudininku, primygtinai reikalaujant, mokslininkas pavadino naują elementą - chromą (iš graikų „spalva“, „spalva“) dėl įvairių jo junginių atspalvių; formų. Tolesniuose darbuose Vauquelinas užtikrintai teigė, kad kai kurių brangakmenių, taip pat natūralių berilio ir aliuminio silikatų smaragdinė spalva paaiškinama juose esančių chromo junginių priemaišomis. Pavyzdys yra smaragdas, kuris yra žalios spalvos berilis, kuriame aliuminis iš dalies pakeistas chromu.

Akivaizdu, kad Vauquelin negavo gryno metalo, greičiausiai jo karbidų, ką patvirtina adatos formos šviesiai pilkų kristalų forma. Gryną chromo metalą vėliau gavo F. Tassert, tikriausiai 1800 m.

Be to, nepriklausomai nuo Vauquelin, chromą atrado Klaprothas ir Lowitzas 1798 m.

Buvimas gamtoje

Žemės žarnyne chromas yra gana dažnas elementas, nepaisant to, kad jo nėra laisvos formos. Jo klarko (vidutinis kiekis žemės plutoje) yra 8,3,10-3% arba 83 g/t. Tačiau jo pasiskirstymas tarp veislių yra netolygus. Šis elementas daugiausia būdingas Žemės mantijai, faktas yra tas, kad ultramafinės uolienos (peridotitai), kurių sudėtis, manoma, yra artima mūsų planetos mantijai, yra turtingiausia chromo: 2 10-1% arba 2 kg/t. Tokiose uolienose Cr formuoja masyvias ir pasklidusias rūdas, su jomis siejamas didžiausių šio elemento telkinių susidarymas. Chromo kiekis taip pat didelis bazinėse uolienose (bazaltuose ir kt.) 2 10-2% arba 200 g/t. Daug mažiau Cr randama rūgščiose uolienose: 2,5 10-3%, nuosėdinėse uolienose (smėlio akmenyse) - 3,5 10-3%, skalūnuose taip pat yra chromo - 9 10-3%.

Galima daryti išvadą, kad chromas yra tipiškas litofilinis elementas ir beveik visa jo yra giliuose Žemės vidų mineraluose.

Yra trys pagrindiniai chromo mineralai: magnochromitas (Mn, Fe)Cr2O4, chromopikotitas (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 ir aliuminchromitas (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. Šie mineralai turi vieną pavadinimą – chromo špinelis ir bendrą formulę (Mg, Fe)O (Cr, Al, Fe)2O3. Jų išvaizda nesiskiria ir netiksliai vadinami „chromitais“. Jų sudėtis kinta. Svarbiausių komponentų kiekis skiriasi (masės %): Cr2O3 nuo 10,5 iki 62,0; Al2O3 nuo 4 iki 34,0; Fe2O3 nuo 1,0 iki 18,0; FeO nuo 7,0 iki 24,0; MgO nuo 10,5 iki 33,0; SiO2 nuo 0,4 iki 27,0; TiO2 priemaišų iki 2; V2O5 iki 0,2; ZnO iki 5; MnO iki 1. Kai kuriose chromo rūdose yra 0,1-0,2 g/t platinos grupės elementų ir iki 0,2 g/t aukso.

Be įvairių chromitų, chromas yra daugelio kitų mineralų – chromo vesuviano, chromo chlorito, chromo turmalino, chromo žėručio (fuksito), chromo granato (uvarovito) ir kt., kurie dažnai lydi rūdas, bet nėra pramoniniai. svarbą. Chromas yra palyginti silpnas vandens migrantas. Egzogeninėmis sąlygomis chromas, kaip ir geležis, migruoja suspensijų pavidalu ir gali nusodinti moliuose. Mobiliausia forma yra chromatai.

Praktinę reikšmę turbūt turi tik chromitas FeCr2O4, priklausantis spineliams – kubinės sistemos izomorfiniams mineralams, kurių bendra formulė MO Me2O3, kur M – dvivalentis metalo jonas, o Me – trivalentis metalo jonas. Be spinelių, chromo yra ir daugelyje daug rečiau paplitusių mineralų, pavyzdžiui, melanochroite 3PbO 2Cr2O3, vokelenite 2(Pb,Cu)CrO4(Pb,Cu)3(PO4)2, tarapacaite K2CrO4, diceite CaIO3 CaCrO4 ir kt.

Chromitai dažniausiai randami juodos spalvos granuliuotų masių pavidalu, rečiau - oktaedrinių kristalų pavidalu, turi metalinį blizgesį ir būna ištisinių masių pavidalu.

XX amžiaus pabaigoje chromo atsargos (nustatyta) beveik penkiasdešimtyje pasaulio šalių, kuriose yra šio metalo telkinių, sudarė 1674 mln. tonų. Pirmaujančią vietą užima Pietų Afrikos Respublika – 1050 mln. įnašą įneša Bushveld kompleksas (apie 1000 mln. tonų). Antroji vieta pagal chromo išteklius tenka Kazachstanui, kur Aktobės regione (Kempirsay masyvas) kasama labai aukštos kokybės rūda. Kitos šalys taip pat turi šio elemento atsargų. Turkija (Guleman), Filipinai Luzono saloje, Suomija (Kemi), Indija (Sukinda) ir kt.

Mūsų šalis turi savo išvystytus chromo telkinius Urale (Donskoje, Saranovskoje, Chalilovskoje, Alapaevskoje ir daugelyje kitų). Be to, XIX amžiaus pradžioje Uralo telkiniai buvo pagrindiniai chromo rūdos šaltiniai. Tik 1827 m. amerikietis Isaacas Tisonas Merilando ir Pensilvanijos pasienyje aptiko didelį chromo rūdos telkinį, kuris daugelį metų užgrobė kasybos monopolį. 1848 metais Turkijoje, netoli Bursos, buvo aptiktos aukštos kokybės chromito telkiniai, o netrukus (po Pensilvanijos telkinio išsekimo) būtent ši šalis perėmė monopolininko vaidmenį. Tai tęsėsi iki 1906 m., Kai Pietų Afrikoje ir Indijoje buvo aptikti turtingi chromito telkiniai.

Taikymas

Iš viso šiandien sunaudojama apie 15 mln. tonų gryno chromo metalo. Elektrolitinio chromo – gryniausio – gamyba sudaro 5 mln. tonų, tai yra trečdalis viso suvartojimo.

Chromas plačiai naudojamas legiruoti plieną ir lydinius, suteikiant jiems atsparumą korozijai ir karščiui. Daugiau nei 40% gauto gryno metalo sunaudojama gaminant tokius „superlydinius“. Labiausiai žinomi atsparūs lydiniai yra nichromas, kurio Cr kiekis yra 15-20%, karščiui atsparūs lydiniai - 13-60% Cr, nerūdijantys lydiniai - 18% Cr ir rutuliniai guolių plienai 1% Cr. Chromo pridėjimas prie įprasto plieno pagerina jų fizines savybes ir daro metalą jautresnį terminiam apdorojimui.

Metalinis chromas naudojamas chromavimui – plonu chromo sluoksniu padengiamas plieno lydinių paviršius, siekiant padidinti šių lydinių atsparumą korozijai. Chromo danga puikiai atlaiko drėgno atmosferos oro, sūraus jūros oro, vandens, azoto ir daugumos organinių rūgščių poveikį. Tokios dangos turi dvi paskirtis: apsauginę ir dekoratyvinę. Apsauginių dangų storis yra apie 0,1 mm, jos dedamos tiesiai ant gaminio ir padidina atsparumą dilimui. Dekoratyvinės dangos turi estetinę vertę. Tokios dangos storis tik 0,0002–0,0005 mm.

Chromo junginiai taip pat aktyviai naudojami įvairiose srityse.

Ugniai atsparių medžiagų gamyboje naudojama pagrindinė chromo rūda – chromitas FeCr2O4. Magnezito-chromito plytos yra chemiškai pasyvios ir atsparios karščiui, atlaiko staigius, pasikartojančius temperatūros pokyčius, todėl naudojamos krosnių arkų konstrukcijose bei kitų metalurginių įrenginių ir konstrukcijų darbo erdvėse.

Chromo (III) oksido kristalų - Cr2O3 kietumas yra panašus į korundo kietumą, o tai užtikrina jo naudojimą šlifavimo ir šlifavimo pastų kompozicijose, naudojamose mechaninės inžinerijos, juvelyrikos, optikos ir laikrodžių pramonėje. Jis taip pat naudojamas kaip tam tikrų organinių junginių hidrinimo ir dehidrinimo katalizatorius. Cr2O3 naudojamas dažymui kaip žalias pigmentas ir stiklo dažymui.

Kalio chromatas - K2CrO4 naudojamas odos rauginimui, kaip kandiklis tekstilės pramonėje, dažų gamyboje, balinant vašku.

Kalio dichromatas (chrominis) – K2Cr2O7 taip pat naudojamas odų rauginimui, kaip kosulys audiniams dažyti, taip pat yra metalų ir lydinių korozijos inhibitorius. Naudojamas degtukų gamyboje ir laboratoriniais tikslais.

Chromo (II) chloridas CrCl2 yra labai stiprus reduktorius, lengvai oksiduojamas net atmosferos deguonimi, kuris naudojamas dujų analizėje kiekybinei O2 absorbcijai. Be to, jis ribotai naudojamas gaminant chromą išlydytų druskų elektrolizės ir chromatometrijos būdu.

Chromo-kalio alūnas K2SO4.Cr2(SO4)3 24H2O daugiausia naudojamas tekstilės pramonėje – odų rauginimui.

Bevandenis chromo chloridas CrCl3 naudojamas chromo dangoms padengti plieno paviršių cheminio nusodinimo garais būdu ir yra kai kurių katalizatorių sudedamoji dalis. CrCl3 hidratai yra kandžiai dažant audinius.

Iš švino chromato PbCrO4 gaminami įvairūs dažai.

Natrio bichromato tirpalas naudojamas plieninės vielos paviršiui prieš cinkavimą valyti ir ėsdinti, taip pat žalvariui pašviesinti. Chromo rūgštis gaunama iš natrio dichromato, kuris naudojamas kaip elektrolitas chromuojant metalines dalis.

Gamyba

Gamtoje chromas randamas daugiausia chromo geležies rūdos pavidalu FeO∙Cr2O3, kai jis redukuojamas anglimis, gaunamas chromo lydinys su geležimi – ferochromas, kuris tiesiogiai naudojamas metalurgijos pramonėje chromo plieno gamyboje; . Chromo kiekis šioje kompozicijoje siekia 80% (pagal svorį).

Chromo (III) oksido redukcija anglimi yra skirta gauti daug anglies turintį chromą, reikalingą specialių lydinių gamybai. Procesas atliekamas elektrinėje lankinėje krosnyje.

Norint gauti gryną chromą, pirmiausia paruošiamas chromo(III) oksidas, o po to redukuojamas aliuminoterminiu metodu. Šiuo atveju miltelių arba aliuminio drožlių (Al) ir chromo oksido (Cr2O3) mišinys pirmiausia kaitinamas iki 500–600 °C temperatūros. Tada pradedama redukuoti bario mišiniu. peroksidu su aliuminio milteliais arba uždegant dalį įkrovos, po to įdedant likusią dalį. Šiame procese svarbu, kad gautos šiluminės energijos pakaktų chromui išlydyti ir atskirti nuo šlako.

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + 2Al2O3

Tokiu būdu gautame chrome yra tam tikras kiekis priemaišų: geležies 0,25-0,40%, sieros 0,02%, anglies 0,015-0,02%. Grynos medžiagos kiekis yra 99,1–99,4%. Šis chromas yra trapus ir lengvai sumalamas į miltelius.

Šio metodo realumą dar 1859 metais įrodė ir pademonstravo Friedrichas Wöhleris. Pramoniniu mastu aliuminoterminis chromo redukavimas tapo įmanomas tik tada, kai atsirado pigaus aliuminio gamybos būdas. Goldschmidtas pirmasis sukūrė saugų būdą reguliuoti labai egzoterminį (taigi sprogstamąjį) redukcijos procesą.

Kai reikia gauti didelio grynumo chromą, pramonėje naudojami elektrolitiniai metodai. Elektrolizė atliekama naudojant chromo anhidrido, chromoamonio alūno arba chromo sulfato mišinį su praskiesta sieros rūgštimi. Chromas, nusodintas ant aliuminio arba nerūdijančio plieno katodų elektrolizės proceso metu, turi ištirpusių dujų kaip priemaišų. 99,90–99,995% grynumas gali būti pasiektas naudojant aukštos temperatūros (1500–1700 °C) valymą vandenilio sraute ir vakuuminį degazavimą. Pažangios elektrolitinio chromo rafinavimo technologijos pašalina iš žaliavinio produkto sierą, azotą, deguonį ir vandenilį.

Be to, galima gauti Cr metalą elektrolizės būdu CrCl3 arba CrF3 lydosi mišinyje su kalio, kalcio ir natrio fluoridais 900 ° C temperatūroje argono aplinkoje.

Gryno chromo gavimo elektrolitinio metodo galimybę Bunsenas įrodė 1854 m., elektrolizuodamas vandeninį chromo chlorido tirpalą.

Pramonė taip pat naudoja silikoterminį gryno chromo gamybos metodą. Šiuo atveju chromas redukuojamas iš oksido siliciu:

2Cr2O3 + 3Si + 3CaO = 4Cr + 3CaSiO3

Chromas silikoterminiu būdu lydomas lankinėse krosnyse. Negesintų kalkių pridėjimas leidžia paversti ugniai atsparų silicio dioksidą į mažai tirpstantį kalcio silikato šlaką. Silicoterminio chromo grynumas yra maždaug toks pat kaip aliuminioterminio chromo, tačiau natūralu, kad silicio kiekis jame yra šiek tiek didesnis, o aliuminio - šiek tiek mažesnis.

Cr taip pat gali būti gaunamas redukuojant Cr2O3 vandeniliu 1500°C temperatūroje, bevandenį CrCl3 redukuojant vandeniliu, šarminiais arba šarminiais žemės metalais, magniu ir cinku.

Chromui gauti buvo bandoma naudoti ir kitus redukuojančius agentus – anglį, vandenilį, magnį. Tačiau šie metodai nėra plačiai naudojami.

Van Arkel-Kuchman-De Boer procese naudojamas chromo (III) jodido skaidymas ant vielos, įkaitintos iki 1100 ° C, ant jos nusodinant gryną metalą.

Fizinės savybės

Chromas yra kietas, labai sunkus, ugniai atsparus, kalusis plieno pilkos spalvos metalas. Grynas chromas yra gana plastiškas, kristalizuojasi į kūną nukreiptoje grotelėje, a = 2,885 Å (esant 20 ° C temperatūrai). Esant maždaug 1830° C temperatūrai, yra didelė tikimybė, kad jis virs modifikacija su į veidą orientuota gardele, a = 3,69 Å. Atomo spindulys 1,27 Å; joniniai spinduliai Cr2+ 0,83 Å, Cr3+ 0,64 Å, Cr6+ 0,52 Å.

Chromo lydymosi temperatūra tiesiogiai priklauso nuo jo grynumo. Todėl nustatyti šį gryno chromo rodiklį yra labai nelengva užduotis – juk net ir nedidelis azoto ar deguonies priemaišų kiekis gali gerokai pakeisti lydymosi temperatūros reikšmę. Daugelis mokslininkų nagrinėjo šią problemą dešimtmečius ir gavo rezultatus, kurie yra toli vienas nuo kito: nuo 1513 iki 1920 ° C. Anksčiau buvo visuotinai priimta, kad šis metalas lydosi 1890 ° C temperatūroje, tačiau šiuolaikiniai tyrimai rodo temperatūrą. 1907 ° C, chromas verda aukštesnėje nei 2500 ° C temperatūroje – duomenys taip pat skiriasi: nuo 2199 ° C iki 2671 ° C. Chromo tankis mažesnis nei geležies; jis yra 7,19 g/cm3 (esant 200° C temperatūrai).

Chromas pasižymi visomis pagrindinėmis metalams būdingomis savybėmis – gerai praleidžia šilumą, jo atsparumas elektros srovei labai mažas, kaip ir daugumai metalų, chromas turi būdingą blizgesį. Be to, šis elementas turi vieną labai įdomią savybę: faktas yra tas, kad 37 ° C temperatūroje jo elgesio negalima paaiškinti - staigiai pasikeičia daugelis fizinių savybių, šis pokytis yra staigus. Chromas, kaip ir sergantis žmogus, esant 37°C temperatūrai, pradeda veikti: vidinė chromo trintis pasiekia maksimumą, tamprumo modulis nukrenta iki minimalių verčių. Elektros laidumo reikšmė šokinėja, termoelektrovaros jėga ir tiesinio plėtimosi koeficientas nuolat kinta. Mokslininkai kol kas negali paaiškinti šio reiškinio.

Chromo savitoji šiluminė talpa yra 0,461 kJ/(kg.K) arba 0,11 cal/(g °C) (esant 25 °C temperatūrai); šilumos laidumo koeficientas 67 W/(m K) arba 0,16 cal/(cm sek °C) (esant 20 °C temperatūrai). Šiluminis tiesinio plėtimosi koeficientas 8,24 10-6 (esant 20 °C). Chromo savitoji elektrinė varža 20 ° C temperatūroje yra 0,414 μΩ m, o jo šiluminis elektrinės varžos koeficientas 20–600 ° C diapazone yra 3,01 10–3.

Yra žinoma, kad chromas yra labai jautrus priemaišoms – dėl mažiausių frakcijų kitų elementų (deguonies, azoto, anglies) chromas gali būti labai trapus. Be šių priemaišų chromą gauti itin sunku. Dėl šios priežasties šis metalas nenaudojamas konstrukciniams tikslams. Tačiau metalurgijoje jis aktyviai naudojamas kaip legiravimo medžiaga, nes jo pridėjimas prie lydinio daro plieną kietą ir atsparų dilimui, nes chromas yra kiečiausias iš visų metalų – jis pjausto stiklą kaip deimantas! Didelio grynumo chromo Brinelio kietumas yra 7-9 Mn/m2 (70-90 kgf/cm2). Spyruoklinis, spyruoklinis, įrankių, antspaudų ir rutulinių guolių plienas yra legiruotas chromu. Juose (išskyrus rutulinių guolių plieną) yra chromo kartu su manganu, molibdenu, nikeliu ir vanadžiu. Chromo pridėjimas į įprastą plieną (iki 5% Cr) pagerina jų fizines savybes ir daro metalą jautresnį terminiam apdorojimui.

Chromas yra antiferomagnetinis, specifinis magnetinis jautrumas 3,6 10-6. Elektrinė varža 12,710-8 Ohm. Chromo tiesinio plėtimosi temperatūros koeficientas yra 6,210-6. Šio metalo garavimo šiluma yra 344,4 kJ/mol.

Chromas yra atsparus korozijai ore ir vandenyje.

Cheminės savybės

Chemiškai chromas yra gana inertiškas, tai paaiškinama tuo, kad ant jo paviršiaus yra patvari plona oksido plėvelė. Cr nesioksiduoja ore, net esant drėgmei. Kaitinant, oksidacija vyksta tik metaliniame paviršiuje. 1200°C temperatūroje plėvelė sunaikinama ir oksidacija vyksta daug greičiau. 2000°C temperatūroje chromas dega ir susidaro žalias chromo (III) oksidas Cr2O3, kuris turi amfoterinių savybių. Lydant Cr2O3 su šarmais, gaunami chromitai:

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O

Nekalcinuotas chromo(III) oksidas lengvai tirpsta šarminiuose tirpaluose ir rūgštyse:

Cr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O

Junginiuose chromo oksidacijos būsenos daugiausia yra Cr+2, Cr+3, Cr+6. Stabiliausi yra Cr+3 ir Cr+6. Taip pat yra kai kurių junginių, kuriuose chromas turi oksidacijos būsenas Cr+1, Cr+4, Cr+5. Chromo junginiai yra labai įvairių spalvų: balta, mėlyna, žalia, raudona, violetinė, juoda ir daugelis kitų.

Chromas lengvai reaguoja su praskiestais druskos ir sieros rūgščių tirpalais, sudarydamas chromo chloridą ir sulfatą bei išskirdamas vandenilį:

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2

Aqua regia ir azoto rūgštis pasyvina chromą. Be to, azoto rūgštimi pasyvintas chromas netirpsta praskiestose sieros ir druskos rūgštyse net ilgai verdant jų tirpaluose, tačiau tam tikru momentu ištirpsta, kartu su išsiskiriančio vandenilio smarkiu putojimu. Šis procesas paaiškinamas tuo, kad chromas iš pasyvios būsenos pereina į aktyvią, kurioje metalas nėra apsaugotas apsaugine plėvele. Be to, jei tirpimo proceso metu vėl įpilama azoto rūgšties, reakcija sustos, nes chromas vėl pasyvinamas.

Normaliomis sąlygomis chromas reaguoja su fluoru, sudarydamas CrF3. Esant aukštesnei nei 600°C temperatūrai, vyksta sąveika su vandens garais, šios sąveikos rezultatas – chromo (III) oksidas Cr2O3:

4Cr + 3O2 = 2Cr2O3

Cr2O3 yra žali mikrokristalai, kurių tankis 5220 kg/m3 ir aukšta lydymosi temperatūra (2437°C). Chromo(III) oksidas pasižymi amfoterinėmis savybėmis, tačiau yra labai inertiškas ir sunkiai tirpsta vandeninėse rūgštyse ir šarmuose. Chromo(III) oksidas yra gana toksiškas. Patekęs ant odos gali sukelti egzemą ir kitas odos ligas. Todėl dirbant su chromo (III) oksidu būtina naudoti asmenines apsaugos priemones.

Be oksido, žinomi ir kiti junginiai su deguonimi: CrO, CrO3, gaunami netiesiogiai. Didžiausią pavojų kelia įkvepiamas oksidinis aerozolis, sukeliantis sunkias viršutinių kvėpavimo takų ir plaučių ligas.

Chromas sudaro daug druskų su deguonies turinčiais komponentais.

Chromas(lot. Cromium), Cr, Mendelejevo periodinės sistemos VI grupės cheminis elementas, atominis skaičius 24, atominė masė 51,996; melsvai plieno spalvos metalas.

Natūralūs stabilūs izotopai: 50 Cr (4,31 %), 52 Cr (87,76 %), 53 Cr (9,55 %) ir 54 Cr (2,38 %). Iš dirbtinių radioaktyviųjų izotopų svarbiausias yra 51 Cr (pusėjimo laikas T ½ = 27,8 dienos), kuris naudojamas kaip izotopų indikatorius.

Istorinė informacija. Chromą 1797 m. atrado L. N. Vauquelin mineraliniame krokoito – natūralaus švino chromate PbCrO 4 . Chromas gavo savo pavadinimą iš graikiško žodžio chroma – spalva, dažai (dėl jo junginių spalvų įvairovės). Nepriklausomai nuo Vauquelin, chromą krokoite 1798 m. atrado vokiečių mokslininkas M. G. Klaprothas.

Chromo pasiskirstymas gamtoje. Vidutinis chromo kiekis žemės plutoje (klarkoje) yra 8,3·10 -3%. Šis elementas tikriausiai labiau būdingas Žemės mantijai, nes manoma, kad ultramafinės uolienos, kurios savo sudėtimi yra arčiausiai Žemės mantijos, yra praturtintos chromu (2,10–4%). Chromas sudaro masyvias ir pasklidusias rūdas ultramafinėse uolienose; Su jais siejamas didžiausių chromo nuosėdų susidarymas. Bazinėse uolienose Chromo kiekis siekia tik 2·10 -2%, rūgštinėse uolienose - 2,5·10 -3%, nuosėdinėse uolienose (smėlio akmenyse) - 3,5·10 -3%, molio skalūnuose - 9,10 -3 %. Chromas yra santykinai silpnas vandens migrantas; Chromo kiekis jūros vandenyje yra 0,00005 mg/l.

Apskritai chromas yra metalas giliose Žemės zonose; akmeniniai meteoritai (mantijos analogai) taip pat praturtinti Chromu (2,7·10 -1%). Yra žinoma daugiau nei 20 chromo mineralų. Pramoninės reikšmės turi tik chrominiai špineliai (iki 54 % Cr); be to, chromo yra daugelyje kitų mineralų, kurie dažnai būna kartu su chromo rūdomis, tačiau patys neturi praktinės vertės (uvarovitas, volkonskoitas, kemeritas, fuksitas).

Fizinės chromo savybės. Chromas yra kietas, sunkus, ugniai atsparus metalas. Grynas chromas yra lankstus. Kristalizuojasi kūno centre esančioje grotelėje, a = 2,885Å (20 °C); 1830 °C temperatūroje galima transformuoti į modifikaciją su į veidą orientuota gardele, a = 3,69 Å.

Atomo spindulys 1,27 Å; joniniai spinduliai Cr 2+ 0,83 Å, Cr 3+ 0,64 Å, Cr 6+ 0,52 Å. Tankis 7,19 g/cm3; t pl 1890 °C; virimo temperatūra 2480 °C. Savitoji šiluminė talpa 0,461 kJ/(kg K) (25°C); linijinio plėtimosi šiluminis koeficientas 8,24·10 -6 (esant 20 °C); šilumos laidumo koeficientas 67 W/(m K) (20 °C); elektrinė varža 0,414 μΩ m (20 °C); šiluminis elektrinės varžos koeficientas 20-600 °C diapazone yra 3,01·10 -3. Chromas yra antiferomagnetinis, specifinis magnetinis jautrumas 3,6·10 -6. Didelio grynumo chromo Brinelio kietumas yra 7-9 Mn/m2 (70-90 kgf/cm2).

Cheminės chromo savybės. Išorinė elektroninė chromo atomo konfigūracija yra 3d 5 4s 1. Junginiuose dažniausiai būna +2, +3, +6, tarp jų Cr 3+ yra stabiliausias; Yra žinomi atskiri junginiai, kuriuose chromo oksidacijos laipsniai yra +1, +4, +5. Chromas yra chemiškai neaktyvus. Normaliomis sąlygomis jis atsparus deguoniui ir drėgmei, tačiau jungiantis su fluoru susidaro CrF 3 . Aukštesnėje nei 600 °C temperatūroje sąveikauja su vandens garais, todėl susidaro Cr 2 O 3; azotas - Cr 2 N, CrN; anglis - Cr 23 C 6, Cr 7 C 3, Cr 3 C 2; siera - Cr 2 S 3. Susiliejus su boru, susidaro boridas CrB, o su siliciu – silicidai Cr 3 Si, Cr 2 Si 3, CrSi 2. Chromas sudaro lydinius su daugeliu metalų. Sąveika su deguonimi iš pradžių gana aktyvi, vėliau smarkiai sulėtėja, nes ant metalo paviršiaus susidaro oksido plėvelė. 1200 °C temperatūroje plėvelė sunaikinama ir vėl greitai vyksta oksidacija. Chromas užsidega deguonyje 2000 °C temperatūroje, sudarydamas tamsiai žalią chromo (III) Cr 2 O 3 oksidą. Be oksido (III), žinomi ir kiti junginiai su deguonimi, pavyzdžiui, CrO, CrO 3, gaunami netiesiogiai. Chromas lengvai reaguoja su praskiestais druskos ir sieros rūgščių tirpalais, sudarydamas chromo chloridą ir sulfatą bei išskiria vandenilį; Regia degtinė ir azoto rūgštis pasyvina chromą.

Didėjant oksidacijos laipsniui, didėja rūgštinės ir oksiduojančios chromo savybės, Cr 2+ dariniai yra labai stiprūs reduktorius. Cr 2+ jonas susidaro pirmajame chromo tirpimo rūgštyse etape arba redukuojant Cr 3+ rūgštiniame tirpale su cinku. Oksido hidratas Cr(OH) 2 dehidratuojant virsta Cr 2 O 3. Cr 3+ junginiai yra stabilūs ore. Jie gali būti ir reduktoriai, ir oksidatoriai. Cr 3+ gali būti redukuojamas rūgštiniame tirpale su cinku iki Cr 2+ arba oksiduojamas šarminiame tirpale iki CrO 4 2- su bromu ir kitais oksidatoriais. Hidroksidas Cr(OH) 3 (tiksliau Cr 2 O 3 nH 2 O) yra amfoterinis junginys, kuris sudaro druskas su Cr 3+ katijonu arba chromo rūgšties HC-O 2 druskas - chromitus (pavyzdžiui, KS-O 2, NaCrO 2). Junginiai Cr 6+: chromo anhidridas CrO 3, chromo rūgštys ir jų druskos, tarp kurių svarbiausi yra chromatai ir dichromatai – stiprūs oksidatoriai. Chromas sudaro daug druskų su deguonies turinčiomis rūgštimis. Žinomi chromo kompleksiniai junginiai; Cr 3+ kompleksiniai junginiai, kuriuose chromo koordinacinis skaičius yra 6, yra ypač daug

„Chrome“ gavimas. Priklausomai nuo naudojimo tikslo, gaunamas įvairaus grynumo chromas. Žaliava dažniausiai yra chromo špineliai, kurie, esant atmosferos deguoniui, yra praturtinami ir sulydomi kaliu (arba soda). Kalbant apie pagrindinį rūdų, turinčių Cr 3 +, komponentą, reakcija yra tokia:

2FeCr 2 O 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5 O 2 = 4K 2 CrO 4 + Fe 2 O 3 + 4CO 2.

Gautas kalio chromatas K 2 CrO 4 išplaunamas karštu vandeniu ir veikiant H 2 SO 4 jis virsta dichromatu K 2 Cr 2 O 7 . Toliau, veikiant koncentruotą H 2 SO 4 tirpalą K 2 Cr 2 O 7, gaunamas chromo anhidridas C 2 O 3 arba kaitinant K 2 Cr 2 O 7 su siera - chromo (III) oksidas C 2 O 3.

Gryniausias chromas pramoninėmis sąlygomis gaunamas elektrolizuojant koncentruotus vandeninius CrO 3 arba Cr 2 O 3 tirpalus, kuriuose yra H 2 SO 4, arba elektrolizuojant chromo sulfatą Cr 2 (SO 4) 3. Šiuo atveju chromas išsiskiria ant katodo, pagaminto iš aliuminio arba nerūdijančio plieno. Visiškas išvalymas nuo priemaišų pasiekiamas apdorojant chromą ypač grynu vandeniliu aukštoje temperatūroje (1500-1700 °C).

Taip pat galima gauti gryną chromą elektrolizės būdu CrF 3 arba CrCl 3 lydosi mišinyje su natrio, kalio ir kalcio fluoridais maždaug 900 ° C temperatūroje argono atmosferoje.

Chromas nedideliais kiekiais gaunamas redukuojant Cr 2 O 3 aliuminiu arba siliciu. Taikant aliuminoterminį metodą, pašildytas Cr 2 O 3 ir Al miltelių arba drožlių mišinys su oksiduojančių medžiagų priedais kraunamas į tiglį, kuriame reakcija sužadinama uždegant Na 2 O 2 ir Al mišinį, kol tiglis prisipildo. Chromas ir šlakas. Silicoterminis chromas lydomas lankinėse krosnyse. Gauto chromo grynumas nustatomas pagal priemaišų kiekį Cr 2 O 3 ir redukavimui naudojamą Al arba Si.

Chromo lydiniai – ferochromas ir silicio chromas – pramonėje gaminami dideliu mastu.

Chromo taikymas. Chromo naudojimas pagrįstas jo atsparumu karščiui, kietumu ir atsparumu korozijai. Chromas dažniausiai naudojamas chromo plienui lydyti. Aliuminis ir silikoterminis chromas naudojamas nichromo, nimono, kitų nikelio lydinių ir stelito lydymui.

Nemaža dalis chromo naudojama dekoratyvinėms korozijai atsparioms dangoms. Chromo milteliai plačiai naudojami metalo keramikos gaminių ir suvirinimo elektrodų medžiagų gamyboje. Chromas Cr 3+ jonų pavidalu yra priemaiša rubine, kuris naudojamas kaip brangakmenis ir lazerinė medžiaga. Chromo junginiai naudojami audiniams ėsdinti dažymo metu. Kai kurios chromo druskos naudojamos kaip rauginimo tirpalų sudedamoji dalis odos pramonėje; PbCrO 4, ZnCrO 4, SrCrO 4 panašūs meno dažai. Chromo-magnezito ugniai atsparūs gaminiai gaminami iš chromito ir magnezito mišinio.

Chromo junginiai (ypač Cr 6+ dariniai) yra toksiški.

Chromas organizme. Chromas yra vienas iš biogeninių elementų, nuolat įtraukiamas į augalų ir gyvūnų audinius. Vidutinis chromo kiekis augaluose yra 0,0005% (92-95% chromo kaupiasi šaknyse), gyvūnuose - nuo dešimties tūkstantųjų iki dešimties milijonųjų procentų. Planktoniniuose organizmuose Chromo kaupimosi koeficientas yra milžiniškas - 10 000-26 000 Aukštesni augalai netoleruoja didesnės nei 3-10 -4 mol/l chromo koncentracijos. Lapuose jis yra mažos molekulinės masės komplekso, nesusijusio su tarpląstelinėmis struktūromis, pavidalu. Gyvūnams chromas dalyvauja lipidų, baltymų (fermento tripsino dalis) ir angliavandenių (struktūrinis gliukozei atsparaus faktoriaus komponentas) metabolizme. Pagrindinis chromo šaltinis gyvūnams ir žmonėms yra maistas. Sumažėjus chromo kiekiui maiste ir kraujyje, mažėja augimo greitis, padidėja cholesterolio kiekis kraujyje ir sumažėja periferinių audinių jautrumas insulinui.

Jų gamybos metu įvyksta apsinuodijimas chromu ir jo junginiais; mechanikos inžinerijoje (galvaninės dangos); metalurgija (legiravimo priedai, lydiniai, ugniai atsparios medžiagos); gaminant odą, dažus ir kt.. Chromo junginių toksiškumas priklauso nuo jų cheminės struktūros: dichromatai yra toksiškesni už chromatus, Cr (VI) junginiai yra toksiškesni už Cr (II), Cr (III) junginius. Pradinės ligos formos pasireiškia nosies sausumo ir skausmo pojūčiu, gerklės skausmu, pasunkėjusiu kvėpavimu, kosuliu ir kt.; jie gali išnykti, kai nutrūksta kontaktas su Chromium. Ilgai kontaktuojant su chromo junginiais, atsiranda lėtinio apsinuodijimo požymių: galvos skausmas, silpnumas, dispepsija, svorio kritimas ir kt. Sutrinka skrandžio, kepenų ir kasos funkcijos. Galimas bronchitas, bronchinė astma, difuzinė pneumosklerozė. Kai chromas patenka ant odos, gali išsivystyti dermatitas ir egzema. Kai kuriais duomenimis, chromo junginiai, daugiausia Cr(III), turi kancerogeninį poveikį.