Химический элемент хром¶

Хром (Cr, лат. Chromium) — химический элемент 6-й группы периодической таблицы Менделеева, атомный номер 24. Относится к переходным металлам. В природе существует в виде минерала хромита железа (FeCr₂O₄). Хром — металл серебристо-голубого цвета, твёрдый, хрупкий, с высокой коррозионной стойкостью в обычных условиях за счёт образования на поверхности плотной оксидной плёнки.

¶Свойства

Хром — твёрдый металл с температурой плавления 1907 °C и кипения 2671 °C. Плотность составляет 7,19 г/см³. Электрическое сопротивление 12,9 мкОм·см. В чистом виде хром достаточно хрупок, однако при добавлении примесей (особенно азота) его твёрдость резко возрастает.

В обычных условиях хром устойчив к коррозии: на его поверхности образуется тонкая, но прочная оксидная плёнка Cr₂O₃, защищающая металл от дальнейшего окисления. При нагревании выше 600 °C защитные свойства плёнки резко ухудшаются. Хром реагирует с разбавленными кислотами с выделением водорода, но с концентрированной азотной кислотой пассивируется.

¶История открытия

Хром был открыт в 1797 году французским химиком Луи Никола Вокленом при исследовании минерала, названного им «свинцовым красным свинцовым блеском» (пирохромит). Воклен выделил из него новый металл и обнаружил, что его соли окрашивают растворы в яркие цвета — от зелёного до оранжевого. От греческого слова chrōma (цвет) и получил элемент своё название.

Промышленное производство хрома началось в 1850-х годах после разработки способа восстановления хромита натрием, а позже алюминием (алюмотермический процесс).

¶Нахождение в природе

Основной промышленный минерал хрома — хромит железа FeCr₂O₄. Крупнейшие месторождения хромитов сосредоточены в ЮАР, Казахстане, Индии, Турции, Финляндии, России (депрессия Сарановское в Краснокамском районе Пермского края). Мировые разведанные запасы хромитов оцениваются в несколько миллиардов тонн.

В земной коре хрома содержится около 0,01 % по массе. Входит в состав мантийных пород и ультраосновных магматических образований.

¶Получение

Основной способ получения хрома — алюмотермическое восстановление хромита железа:

FeCr₂O₄ + 2Al → 2Cr + Fe + Al₂O₃

Также применяется электролитический метод и карботермическое восстановление в электропечах. Для получения особо чистого хрома используют вакуумное переплавление и зонную плавку.

¶Применение

Хром находит широкое применение в металлургии и химической промышленности:

• Производство нержавеющих сталей — основной потребитель хрома (около 80 % мирового производства). Добавка 10,5 % и более хрома в сталь обеспечивает коррозионную стойкость.
• Хромирование — нанесение тонкого слоя хрома на поверхность металлических изделий для повышения износостойкости и декоративного блеска.
• Жаропрочные сплавы — хром входит в состав сплавов на никелевой основе (например, нихром), работающих при высоких температурах.
• Химическая промышленность — калиевый дихромат K₂Cr₂O₇ и другие соединения используются как окислители, катализаторы, красители.
• Пигменты — оксид хрома Cr₂O₃ (зелёный пигмент), хромат свинца (жёлтый), сурик (красный).

¶Биологическая роль

Хром входит в состав микроэлементов, необходимых человеку. Трёхвалентный хром (Cr³⁺) участвует в метаболизме глюкозы, повышая чувствительность клеток к инсулину. Суточная потребность взрослого человека — 50–200 мкг.

Шестивалентный хром (Cr⁶⁺), напротив, токсичен и канцерогенен. Он образуется при промышленных процессах (хромирование, производство хроматов) и является серьёзным фактором профессионального риска. Соли Cr⁶⁺ вызывают язвы кожи, повреждение лёгких и увеличивают риск рака лёгких.

¶Интересные факты

• Название «хром» отражает яркую окраску его солей: Cr³⁺ даёт зелёный цвет, CrO₄²⁻ — жёлтый, Cr₂O₇²⁻ — оранжевый.
• Сплав хрома с кобальтом (виталлий) применяется в ортопедии для изготовления суставных протезов.
• Нихром, сплав никеля с хромом, был запатентован в 1905 году и стал основным материалом для нагревательных элементов.

¶Источники

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• Воклен Л. Н. Mémoire sur la chromine (1797)
• Гуревич А. М. Химия и технология редких и рассеянных элементов
• CRC Handbook of Chemistry and Physics