Хром - Извлечение хрома, использование, цены

общий

Хром (alt. Χρῶμα chrṓma, color ') представляет собой химический элемент с символом элемента Cr и атомным номером 24. Он относится к переходным металлам, в периодической таблице он находится в 6. Подгруппа (группа 6) или хромовая группа. Соединения хрома имеют много разных цветов и часто используются в качестве пигментов в красках и лаках.

восстановление

Добытая хромитовая руда освобождается от пустой породы. На втором этапе происходит окислительное разложение при температуре около 1200 ° C с получением хромата:

Хромат натрия экстрагируют горячей водой и с помощью серной кислоты превращают в дихромат:

Дихромат натрия кристаллизуется при охлаждении в виде дигидрата из раствора. Последующее восстановление углеродом дает оксид хрома (III):

Затем следует алюмотермическое восстановление оксида хрома (III) до хрома:

Хром нельзя получить из оксидных руд восстановлением углем, так как при этом образуется карбид хрома. Более чистый хром получается путем электроосаждения Cr³⁺Ионы из раствора серной кислоты показаны. Соответствующие растворы готовят растворением оксида хрома (III) или феррохрома в серной кислоте. Однако феррохром в качестве исходного материала требует предварительного отделения железа.

Чрезвычайно чистый хром получается путем дополнительных стадий очистки с использованием процесса Ван-Аркеля-де-Бура.

Феррохром получают восстановлением хромита в дуговой электропечи при 2800 ° C.

Свойства

Хром - это серебристо-белый твердый металл, устойчивый к коррозии и потускнению, который в своем первоначальном состоянии является жестким, пластичным и пластичным. Это антиферромагнетик с температурой Нееля 475 К.^[11] Хром растворяется в соляной кислоте и серной кислоте через некоторое время с выделением водорода, когда защитный оксидный слой исчезает. Обычные уровни окисления хрома +2, +3 и +6, причем +3 является наиболее стойким.

Cr (II) является⁴-Нестабильная конфигурация. Вряд ли найдется другой восстановитель, который так быстро поглощает кислород из воздуха, как Cr (II). Но даже без доступа воздуха Cr²⁺-Решения являются стабильными только в течение короткого времени, если они получены из чистейшего хрома (например, электролитного хрома).

Cr³⁺ самая устойчивая форма. Это объясняется теорией кристаллического поля, согласно которой d³ Конфигурация стабилизируется наполовину заполненной нижней оболочкой.

Cr (VI) в виде хромата (CrO₄^2-) или дихромат (Cr₂O₇^2-) используется как сильный окислитель. Он токсичен и канцероген. В водных растворах между двумя ионами существует химическое равновесие, которое зависит от pH. Если вы подкислите разбавленный раствор желтого хромата, вы получите H.⁺-Ионы, по Ле-Шателье, равновесие смещается в сторону дихромата, раствор становится оранжевым.

Инструкции по технике безопасности и биологическое значение

Роль Cr (III) (Cr³⁺Ионы) в организме человека в настоящее время является предметом споров. Есть указания на то, что Cr (III) может играть роль в метаболизме углеводов и жиров у млекопитающих. Эта информация в настоящее время проверяется. Ранее данные о том, что популярная пищевая добавка Cr (III) -пиколинат оказывает благотворное влияние на структуру тела, не могли быть подтверждены в более поздних исследованиях. Исследование с клетками хомяка показало, что пиколинат Cr (III) является мутагенным и может вызывать рак.

Имеющиеся в настоящее время данные показывают, что крайне маловероятно, что он будет страдать от дефицита хрома. Даже более высокие дозы Cr (III) с трудом вызывают токсический эффект, поскольку произведение растворимости гидроксида Cr (III) чрезвычайно низкое (6,7 × 10^-31). Поэтому, вероятно, очень трудно всасываться в кишечнике человека. В США рекомендуемый уровень потребления Cr (III) был снижен с 50–200 мкг / день до 35 мкг / день для взрослых мужчин и до 25 мкг / день для взрослых женщин.

Соединения Cr (VI) чрезвычайно токсичны. Они мутагены и повреждают ДНК. Они попадают в организм через дыхательные пути и повреждают легочную ткань. Люди, хронически подвергающиеся воздействию таких соединений, подвергаются повышенному риску развития рака легких. Ядовитый эффект усиливается при нерастворимости соли. Директива RoHS строго ограничивает использование соединений Cr (VI) в Европе.

Использовать 

Хром и соединения хрома используются в самых разных областях, где используется его долговечность:

• твердое хромирование: гальваническое нанесение износостойкого слоя толщиной до 1 мм непосредственно на сталь, чугун, медь. Алюминий также можно хромировать после нанесения промежуточного слоя (алюминиевые цилиндры с твердым хромированием в конструкции двигателя).
• Dekorverchromung: гальваническое нанесение слоя Cr толщиной <1 мкм в качестве украшения с промежуточным антикоррозийным слоем из никеля или никель-медь. Пластиковые детали тоже очень часто хромируют. Процесс ахролита заменяет декоративное хромирование.
• пассивация гальванически цинковые слои (хромирование)
• легирующий элемент: в коррозионно-стойких и жаропрочных нержавеющих сталях и цветных сплавах
• Катализатор: включить или ускорить химические реакции
• хром дубления: основной метод изготовления кожи

Связи 

• Окись хрома

Оксид хрома (III) Cr₂O₃, используется в качестве эмалевой краски и для окраски стекла (зеленые бутылки) (также Кельнский мост в зеленый цвет). Его не следует путать с токсичным зеленым хромом.

• хром желтый

Хромат свинца (II) PbCrO₄, раньше использовался как пигмент ярко-желтого цвета («Постгельб»). Из-за своей токсичности в настоящее время он почти полностью заменен органическими цветными пигментами. В анализе он используется для йодометрического определения свинца.

Желтый хром, который используется в качестве краски для художников, представляет собой сульфат свинца / хромат свинца (около 2 PbSO₄ · PbCrO₄). Пигмент был открыт Луи-Николя Воклен в 1809 году и коммерчески производился в Германии с 1820 года. Желтый хром имеет высокую укрывистость, его светостойкость зависит от желтого тона. Желтый хром редко используется в масляной живописи. Винсент Ван Гог, однако, использовал желтый хром а. а. в знаменитых картинах подсолнечника, выполненных маслом на холсте. Однако сегодня некоторые из них страдают обесцвечиванием желтых тонов.

Художественный технолог профессор Кристоф Крекель из Штутгартской художественной академии об использовании пигмента хром желтый: «Художники упали на хромово-желтый, потому что это очень блестящий желтый - он обладает большой интенсивностью цвета, то есть вы можете создать гораздо более яркую картину с помощью этого нового желтого оттенка».

Хром желтый также является важным цветом в анализе подделок «старых» картин.

• двуокись хрома

Оксид хрома (IV) CrO₂, представляет собой черный ферромагнитный порошок для производства магнитных лент с лучшим отношением сигнал / шум, чем обычные магнитные ленты из оксида железа, поскольку диоксид хрома имеет более высокую коэрцитивную силу.

• хромовая кислота

с гипотетической структурой H₂CrO₄ существует только в разбавленном водном растворе. Это очень ядовито. Он существует в виде аниона в некоторых хроматах и ​​дихроматах.

Ангидрид хромовой кислоты, очень ядовитый оксид хрома (VI) CrO₃, известен как триоксид хрома.

Оранжевый, очень ядовитый дихромат калия K₂Cr₂O₇ является мощным окислителем: в растворе серной кислоты первичные спирты легко превращаются в соответствующие альдегиды, которые можно использовать для полуколичественного определения алкоголя в выдыхаемом воздухе. В лабораторной зоне это было в виде хромовая кислота используется для чистки посуды. Однако при контакте с хлорид-ионами летучие, канцерогенные хромилхлорид CrO₂Cl₂ сформировано (удержание!). Дихромат калия также используется в качестве титранта и фиксатора в промышленных красильных ваннах. Дихромат калия, а также очень ядовитый дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ являются светочувствительным веществом в слоях хрома-желатина в ранних фотографиях (см. процесс тонкой печати).

• хромит

(Хромированный железный кирпич, см. Выше) FeCr₂O₄ используется для изготовления форм для сжигания кирпича.

Общий
Имя, символ, атомный номер	Хром, Cr, 24
серия	Переходные металлы
Группа, период, блок	6, 4, д
Внешний вид	серебристый металлик
номер CAS	7440-47-3
Массовая доля земной оболочки	0,019%[1]
ядерной
атомная масса	51,9961 XNUMX человека
Атомный радиус (рассчитанный)	140 (166) вечера
Ковалентный радиус	139 м.
электронная конфигурация	[Ar] 3d5 4s1
работа	4,5 эВ
1. ионизация	652,9 кДж / моль
2. ионизация	1590,6 кДж / моль
3. ионизация	2987 кДж / моль
4. ионизация	4743 кДж / моль
5. ионизация	6702 кДж / моль
6. ионизация	8744,9 кДж / моль
физически
Физическое состояние	Праздник
кристаллическая структура	кубическое тело-центрированное
плотность	7,14 г / см3 (20 ° С)
твердость по Моосу	8,5
магнетизм	антиферромагнитного, парамагнитный ( = 3,1 10-4)
точка плавления	2180 К (1907 ° С)
Температура кипения	2944 К (2671 ° С)
Молярный объем	7,23 · 10-6 m3/ моль
Теплота парообразования	344,3 кДж / моль
теплота плавления	16,9 кДж / моль
скорость звука	5940 м / с на 293,15 K
Удельная теплоемкость	449 Дж / (кг · К)
Электропроводность	7,87 · 106 А / (В · м)
теплопроводность	94 Вт / (м · К)
Химический
состояния окисления	6, 3, 2
нормальный потенциал	• −0,744 В (Cr3+ + 3 е- → Кр) • −0,913 В (Cr2+ + 2 е- → Кр)
электроотрицательность	1,66 (шкала Полинга)
Изотоп
изотоп NH t1/2 ZA ZE (МэВ) ZP 48Cr {Син.} 21,58 ч ε 1,659 48V 49Cr {синхр.}% 42,3 мин ε 2,631 49V 50Cr 4,345% > 1,8 · 1017 a 2 εε 1,037 50Ti 51Cr {Син.} 27,7025 г ε 0,753 51V 52Cr 83,789 % стабильный 53Cr 9,501% стабильный 54Cr 2,365% стабильный 55Cr {Син.} 3,497 мин β- 2,603 55Mn 56Cr {Син.} 5,94 мин β- 1,617 56Mn
свойства ЯМР
Вращение γ в рад * Т-1· с-1 Er(1H) fL в W = 4,7 т в МГц 53Cr 3/2 -1,515 · 107 0,000903 11,3
безопасности
СГС опасных веществ Внимание H и P фразы Высота: 400 EUH: нет ставок EUH П: 273 Опасная информация Порошок легкий легковоспламеняющийся гигиенический вредный (F) (Xn) R и S фразы R: 11-40 (порошок) S: 7-33-36/37-60(Pulver)

Цены на хром, графики и исторические данные

Диаграмма Chrome 2001-2011

Цена на хром -> Цена на хром в ценах на стратегические металлы