Хром - Chromium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Хром,   24 Кр
кристаллы хрома и 1cm3 cube.jpg
Общие свойства
Внешность серебристый металлик
Стандартный атомный вес ( г, стандарт ) 51,9961 (6)
Хром в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
-

Кр

Мо
ванадийхромамарганца
Атомный номер ( Z ) 24
группа группа 6
период период 4
блок d-блок
категория Элемент   переходный металл
Электронная конфигурация [ Ar ] 3d 5 4s 1
Электроны в оболочке
2, 8, 13, 1
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 2180  К (1907 ° С, 3465 ° F)
Точка кипения 2944 К (2671 ° С, 4840 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 7,19 г / см 3
когда жидкость (при  тре ) 6,3 г / см 3
Теплота плавления 21,0  кДж / моль
Теплота парообразования 347 кДж / моль
Молярная теплоемкость 23,35 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 1656 1807 1991 2223 2530 2942
Атомные свойства
Окислительные состояния -4, -2, -1, +1, +2, +3 , +4, +5, +6 ( в зависимости от степени окисления, кислотный, основной, или амфотерного оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,66
энергия ионизации
  • 1-й: 652,9 кДж / моль
  • 2-й: 1590,6 кДж / моль
  • Третий: 2987 кДж / моль
  • ( Более )
Радиус атома эмпирические: 128  часов
радиус Ковалентного 139 ± 5 вечера
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии хрома
Другие свойства
Кристальная структура объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Объемно-центрированная структура кубического кристалла для хрома
Скорость звука тонкого стержня 5940 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение 4,9 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 93,9 Вт / (м · К)
Электрическое сопротивление 125 nΩ · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение антиферромагнитного (а: SDW )
магнитная восприимчивость + 280,0 · 10 -6  см 3 / моль (273 К)
Модуль для младших 279 ГПа
Модуль сдвига 115 ГПа
объемный модуль 160 ГПа
коэффициент Пуассона 0,21
твердость по Моосу 8,5
твердость по Виккерсу 1060 МПа
твердость по Бринеллю 687-6500 МПа
Количество CAS 7440-47-3
история
Открытие и первый изоляции Воклен (1794, 1797)
Основные изотопы хрома
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
50 Кр 4,345% стабильный
51 Кр син 27,7025 г ε 51 В
γ -
52 Кр 83,789% стабильный
53 Кр 9,501% стабильный
54 Кр 2,365% стабильный
| Рекомендации

Хром представляет собой химический элемент с символом Cr и атомным номером 24. Это первый элемент в группе 6 . Это стальной-серый, блестящий , твердый и хрупкий переходный металл . Хром имеет высокую скорость использования в качестве металла , который способен быть весьма полированным , сопротивляясь потускнением . Хром также является основным компонентом нержавеющей стали , популярного стального сплава из - за его высокой необыкновенно зеркального отражения . Простой полированный хром отражает почти 70% от видимого спектра , с почти 90% инфракрасными световыми волнами отражаются. Название элемента происходит от греческого слова χρῶμα, Chroma , что означает цвет , потому что многие соединения хрома интенсивно окрашены.

Феррохрома сплав коммерчески получает из хромита по силикотермическим или алюминотермическим реакциям и металлическому хрома путем обжига и выщелачивания процессов с последующими восстановлением с углеродом , а затем алюминием . Металлический хром имеет высокое значение для его высокой коррозионной стойкости и твердости . Одним из важнейших событий в производстве стали было открытие , что сталь может быть высокой устойчивостью к коррозии и обесцвечиванию посредством добавления металлического хрома с образованием нержавеющей стали . Нержавеющая сталь и хромирование ( гальванический хром) вместе составляют 85% от коммерческого использования.

В Соединенных Штатах, трехвалентного хрома (Cr (III)) ионов считается важным питательным веществом в организме человека для инсулина , сахара и липидов метаболизма . Тем не менее, в 2014 году, Европейский орган по безопасности пищевых продуктов , действующих в Европейском союзе, пришел к выводу , что не было достаточных доказательств для хрома , которые будут признаны существенными.

В то время как хром металл и ионы Cr (III), не считаются токсичными, шестивалентный хром (Cr (VI)) является одновременно токсичным и канцерогенным . Заброшенные места производства хрома часто требуют экологической очистки .

содержание

Физические свойства

атомное

Хром является четвертым переходным металлом найден на периодической таблице, и имеет электронную конфигурацию [ Ar ] 3d 5 4s 1 . Кроме того , первый элемент в периодической таблице , чья основное состояние электронов конфигурация нарушает принцип Aufbau . Это происходит позже в периодической таблице с другими элементами и их электронных конфигураций, таких как медь , ниобий и молибден . Это происходит потому , что электроны в одной и той же орбитальной отталкиваются друг от друга из - за их одноименных зарядов. В предыдущих элементах, энергетическая стоимость продвижения электрона на следующий более высокий энергетическом уровень слишком велика , чтобы компенсировать это уменьшение выпущенного между электронным отталкиванием. Тем не менее, в 3d - переходных металлах, энергетическая щель между 3d и подоболочками следующим выше 4s очень мала, и потому , что 3d подоболочка является более компактной , чем 4s подоболочки, межэлектронное отталкивание меньше между 4s электронами , чем между 3d электроны. Это снижает энергетическую стоимость продвижения и увеличивает энергию , выделяемую она, так что продвижение становится энергетически возможным и один или даже два электрон всегда повышены до 4s субоболочки. (Подобные акции произойти для каждого перехода атома металла , кроме одного, палладия .)

Хром является первым элементом в 3d серии , где 3d электроны начинают погружаться в инертное ядро; таким образом , они дают меньший вклад в металлической связи , и , следовательно, температуры плавления и кипения и энергия атомизации хрома ниже , чем у предыдущего элемента ванадия . Хром (VI) , является сильным окислителем , в отличие от молибдена (VI) и вольфрама (VI) оксидов.

Хром имеет необычно высокое зеркальное отражение по сравнению с другими , которые переходными металлами. При 425 мкм , было обнаружено хрома иметь относительное максимальное отражение примерно 72% -ной отражательной способности , перед входом в депрессию в отражательной способности , достигая , как минимум, 62% -ной отражательной способности при 750 мкм , прежде чем снова поднимается до отражая примерно 90% от 4000 мкм из инфракрасных волн .. Когда хром формируется в нержавеющей стали сплава и полируется , зеркальное отражение уменьшается с включением дополнительных металлов, но по - прежнему довольно высока по сравнению с другими сплавами. Между 40% и 60% видимого спектра отражается от полированной нержавеющей стали. Объяснение о том, почему хроме дисплеев такой высокая явка отраженных фотонов волн в целом, особенно 90% инфракрасных волн , которые были отражены, может быть отнесена к магнитным свойствам хрома в. Хром обладает уникальными магнитными свойствами в том смысле , что хром является единственным элементным твердым веществом , которое показывает антиферромагнитное упорядочение при комнатной температуре (и ниже). Выше 38 ° С, его магнитные изменениями упорядочения в парамагнитных .. антиферромагнитное свойство, которые вызывают атомы хрома временно ионизируют и связь с самими собой , потому что телом ориентированного на магнитных свойства кубических являются несоразмерно периодичностью решетки . Это связано с тем , что магнитные моменты в углах куба и куба центры не равны, но по- прежнему антипараллельны. Отсюда, в зависимости от частоты относительной диэлектрической проницаемости хрома, вытекающая из уравнений Максвелла в сочетании с его antiferromagnetivity , оставить хром с одним из самых высоких инфракрасного и видимого отражения света из известных химических элементов.

насыпной

Образец чистого металлического хрома

пассивация

Металлический хром оставляет стоять в воздухе пассивируются путем окисления, образуя тонкий, защитный, поверхностный слой. Этот слой представляет собой шпинель структура толщиной всего в несколько молекул. Это очень плотное, и предотвращает диффузию кислорода в основной металл. Это отличается от оксида , который образует на железной и углеродистой стали, с помощью которого элементарный кислород продолжает мигрировать, достигая основной материал , чтобы вызвать непрерывный ржавление . Пассивация может быть повышена за счет короткого контакта с окисляющими кислотами , такими как азотная кислота . ЗАПАССИВИРОВАННЫЙ хром устойчив к воздействию кислот. Пассивация может быть удалена с сильным восстанавливающим агентом , который разрушает защитный оксидный слой на металле. Металлический хром , обработанные таким образом , легко растворяется в слабых кислотах.

Хром, в отличие от таких металлов , как железо и никель, не страдает от водородной хрупкости . Тем не менее, она страдает от азота хрупкости , вступать в реакции с азотом от воздуха и образуя хрупкие нитриды при высоких температурах , необходимых для работы металлических деталей.

Изотопы

Встречающиеся в природе хрома состоит из трех стабильных изотопов ; 52 Cr, 53 Cr и 54 Cr, с 52 Cr является наиболее обильным (83,789% естественного изобилия ). 19 радиоизотопы были охарактеризованы с наиболее стабильной будучи 50 Cr с периодом полураспада от (более чем) 1,8 × 10 17 лет, а 51 Cr с периодом полураспада 27,7 дней. Все остальные радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада, которые менее чем за 24 часов , и большинство менее чем за 1 минуту. Этот элемент также имеет 2 мета - состояния .

53 Кра является радиогенным продуктом распада 53 Mn (период полураспада = 3.74 миллионов лет). Изотопы хрома , как правило , совмещены (и усугубляются) с марганцевыми изотопами. Это обстоятельство является полезным в изотопной геологии . Изотопные Марганец-хрома усиливают доказательство от 26 Al и 107 Pd относительно ранней истории Солнечной системы . Вариации в 53 Кр / 52 коэффициентов Cr и Mn / Cr от нескольких метеоритов указывают на первоначальное 53 мН / 55 Mn соотношение , которое предлагает Mn-Cr изотопного состава должно быть результатом на месте распада 53 Mn в дифференцированных планетарных тел. Таким образом , 53 Cr обеспечивает дополнительные доказательства для nucleosynthetic процессов непосредственно перед коалесценцией Солнечной системы.

Изотопы диапазоне хрома в атомной массой от 43  у ( 43 Кр) до 67 и ( 67 Кр). Первичный режим распада до наиболее распространенного стабильного изотопа, 52 Cr, является захватом электронов и основной режим после того, как это бета - распад . 53 Кра был положен как прокси - сервер для атмосферной концентрации кислорода.

Химия и соединения

Химические свойства

Диаграмма Пурбе для хрома в чистой воде, хлорная кислота или гидроксид натрия

Хром является членом группы 6 , из переходных металлов . Хром (0) имеет электронную конфигурацию [Ar] 3d 5 4s 1 , из - за более низкой энергии высокой спиновой конфигурации . Хром проявляет широкий спектр состояний окисления , но хром ионизируется в катион с положительным зарядом 3 служат в качестве наиболее стабильного ионного состояния хрома в. +3 и +6 состояния возникают наиболее часто в пределах соединений хрома; заряды +1, +4 и +5 для хрома очень редки, но , тем не менее из - за иногда существуют для хрома.

Первичные состояния окисления

Окислительные
состояния
-2 не доступно
2
[Cr (CO)
5
]
-1 не доступно
2
[Cr
2
(СО)
10
]
0 Cr (С
6
Н
6
)
2
+1 К
3
[Cr (CN)
5
НЕТ]
+2 Циклический
2
+3 Циклический
3
+4 К
2
CrF
6
+5 К
3
CrO
8
+6 К
2
CrO
4

Хром (III),

Безводный хром (III) , хлорид (циклические 3 )

Большое количество хрома (III) , соединения известны, например, хром (III) нитрат , хром (III) , ацетат и хром (III) оксид . Хром (III) , могут быть получены путем растворения элементарного хрома в кислотах , таких как соляная кислота или серная кислота , но она также может быть сформирован за счет сокращения хрома (VI) с помощью цитохрома с7 . Cr 3+
ион имеет такой же радиус (63  вечера ) , чтобы Al 3+
(радиус 50 мкм), и они могут заменить друг друга в некоторых соединений, например, в хромовых квасцов и квасцы . При следовые количества Cr 3+
заменяет Al 3+
в корунд (оксид алюминия, Al 2 O 3 ), розовый сапфир или красного цвета рубина формируется, в зависимости от количества хрома.

Хром (III) , имеет тенденцию к образованию октаэдрических комплексов. Коммерчески доступный хром (III) , хлорид гидрат является темно - зеленый комплекс [Циклические 22 O) 4 ] Cl. Тесно родственные соединения являются бледно - зеленым цветом [циклический (H 2 O) 5 ] Cl 2 и фиолетовым [Cr (H 2 O) 6 ] Cl 3 . Если свободный от воды зеленый хрома хлорид (III) , растворяют в воде, зеленый раствор становится фиолетовым после некоторого времени , как хлорид во внутренней координационной сфере заменяется водой. Этот вид реакции наблюдается также с растворами хромовых квасцов и других водорастворимых солей хрома (III).

Хром (III) , гидроксид (Сr (ОН) 3 ) является амфотерным , растворением в кислых растворах с образованием [Cr (H 2 O) 6 ] 3+ , а в щелочных растворах с образованием [Cr (ОН)
6
] 3-
, Он обезвожены путем нагрева с образованием зеленый оксид хрома (III) (Cr 2 O 3 ), стабильный оксид с кристаллической структурой , идентичный корунда .

Хром (VI),

Хром (VI) соединения являются окислители при низком или нейтральном рН. Хромата анионы ( CrO 2-
4
) и дихромат (Cr 2 O 7 2- ) анионы являются основными ионами при этом состоянии окисления. Они существуют в равновесии, определяемой рН:

2 [CrO 4 ] 2- + 2 Н + ⇌ [Cr 2 O 7 ] 2- + Н 2 О

Хром (VI) галогениды известны также и включают гексафторид CRF 6 и хромилхлорид ( CrO
2
Cl
2
).

Оксид хрома (VI),

Хромат натрия получают в промышленности путем окислительного обжига хромита руды с кальцием или карбонат натрия . Изменение в равновесии видно при изменении из желтого (хромата) до оранжевого (дихромата), например, когда добавляет кислота к нейтральному раствору хромата калия . При еще более низких значениях рН, дополнительно конденсации к более сложным оксианионов хрома возможно.

Оба хроматы анионами являются сильными окислительными реагентами при низком рН:

Cr
2
O 2-
7
+ 14Н
3
O +
+-Е - → 2 Cr 3+
+ 21 Н
2
O
0= 1,33 В)

Они, однако, лишь умеренно окислительной при высоком рН:

CrO 2-
4
+ 4 Н
2
O
+ 3 е-Cr (ОН)
3
+ 5ОН -
0 = -0,13 В)

Хром (VI) в растворе соединение может быть обнаружено путем добавления кислой перекиси водорода раствора. Нестабильным темно - синий хром (VI) , пероксид (CrO 5 ) образована, которые могут быть стабилизированы в качестве аддукта эфира CrO
5
· ИЛИ
2
.

Хромовая кислота имеет гипотетическую формулу H
2
CrO
4
. Это неопределенно описано химическое, несмотрямногие хорошо определенные хроматы и дихроматы быть известным. Темнокрасныйхром (VI)оксид CrO
3
, кислотныйангидридхромовой кислоты, продаетсяпромышленности как «хромовой кислотой». Он может быть получен путем смешивания серной кислоты с дихроматом, аявляется сильным окислителем.

Другие состояния окисления

Хром (V) и хрома (IV),

Степень окисления +5 , реализуется только в нескольких соединениях , но являются промежуточными во многих реакциях с участием окисления хромата. Только бинарное соединение представляет собой летучий хром (V) , фторид (CRF 5 ). Это твердое вещество красного цвета , имеет температуру плавления 30 ° С и температурой кипения 117 ° С. Он может быть получен путем обработки хрома металла с фтором при температуре 400 ° С и давлении 200 бар. Peroxochromate (V) является еще одним примером состояния окисления +5. Калий peroxochromate3 [Cr (O 2 ) 4 ]) производится путем реакции хромата калия с пероксидом водорода при низких температурах. Этот красно - коричневое соединение является стабильным при комнатной температуре , но разлагается самопроизвольно при 150-170 ° С.

Соединения хрома (IV) (в состоянии окисления +4) немного чаще , чем у хрома (V). В тетрагалогенидах, CRF 4 , Циклические 4 и CrBr 4 , может быть получены путем обработки тригалогенидов ( CRX
3
) с соответствующим галогеном при повышенных температурах. Такие соединения являются чувствительными к диспропорционированию реакции и не являются стабильными в воде.

Хром (II),

Многие соединения хрома (II), известны, например, в воду стабильного хрома (II) , хлорид циклического
2
, которые могут быть выполненысчет снижения хрома хлорид (III) с цинком. Полученный яркосиний раствор создан из растворения хрома хлорид (II) устойчив только при нейтральномрН. Некоторый другой примечателен соединение хрома (II) включаетхром (II) оксид CrOихром (II)сульфат CrSO
4
. Многие хромом карбоксилаты известны так же, самым известным из них является красныйхром (II) ацетат(Cr2(O2CCH3)4)который имеет четверной связь.

Хром (I)

Большинство хрома (I) соединения получают исключительно за счет окисления электронно-богатых, октаэдрической хрома (0) комплексов. Другой хром (I) комплексы содержат циклопентадиенильные лиганды. Как подтверждено рентгеновской дифракции , Сг-Сг пятикратно связь (длина 183,51 (4) вечера) также было описано. Чрезвычайно громоздкие монодентатные лиганды стабилизировать это соединение пути экранирования пятикратный связи от дальнейших реакций.

Соединение хрома определены экспериментально, чтобы содержать пятикратное связь Cr-Cr

Хром (0)

Многие хром (0) соединения В настоящее время известны; Однако, большинство из этих соединений являются производными соединениями хрома Гексакарбонил или бис (бензол) хрома .

Вхождение

Крокоит (PbCrO 4 )

Хром является 13 наиболее распространенный элемент в земной коре со средней концентрацией 100 частей на миллион. Соединения хрома находятся в окружающей среде от эрозии хромсодержащих пород, и могут быть перераспределены в результате вулканических извержений. Типичные фоновые концентрации хрома в объектах окружающей среды являются: атмосфера <10 нг м -3 ; Почва <500 мг кг -1 ; растительности <0,5 мг кг -1 ; пресной воды <10 мкг л -1 ; морской воды <1 мкг л -1 ; осадка <80 мг кг -1 .

Хром добывается , как хромит (FeCr 2 O 4 ) руды. Около двух пятых хромитовых руд и концентратов в мире производятся в Южной Африке, около трети в Казахстане , в то время как Индия , Россия и Турция также значительные производители. Неиспользованные месторождения хромитов многочисленны, но географически сконцентрированы в Казахстане и на юге Африки .

Несмотря на редкие, депозиты родного хрома существуют. Удачные трубы в России производят образцы самородного металла. Эта шахта является кимберлитовой труба, богатая алмазами , а также сокращение среды помогло производить как элементарный хром и алмаз .

Соотношение между Cr (III) и Cr (VI) сильно зависит от рН и окислительных свойств местоположения. В большинстве случаев, Cr (III) , является доминирующим видом, но в некоторых районах, грунтовые воды могут содержать до 39 мкг / л общего хрома , из которых 30 мкг / литр хром (VI).

история

Древние использования

Хром был впервые обнаружен как элемент после того, как он пришел к вниманию западного мира в красной кристаллической минеральной Крокоит (который является свинец (II) хромат ). Этот минерал был обнаружен в 1761 году и был первоначально использован в качестве пигмента ; отличительный цвет был приписан хромом в пределах от Крокоита. В настоящее время, почти все коммерчески хром извлекается из единственной жизнеспособной руды для экстенсивности и предсказал долгосрочное использование, будучи хромит , который является железом оксида хрома (FeCr 2 O 4 ); хромит в настоящее время является основным источником хрома для использования в пигментов.

оружие Терракотовая армия

Оружие найдено в погребальных ямах , начиная с конца 3 - го века до нашей эры Цинь династии в Терракотовая армия близ Сианя , Китай , были проанализированы археологами. Хотя это оружие было предположительно захоронено более двух тысячелетий назад, древние бронзовые наконечники обоих мечей и арбалеты болтов , найденные на месте показали неожиданно мало коррозию, возможно потому , что бронза была намеренно покрыта тонким слоем оксида хрома. Тем не менее, этот слой оксида , который был найден на оружии не был чистым металлическим хром или хром , как это обычно производится сегодня, но всего лишь 10-15 мкм был обнаружен слой молекул оксида хрома при температуре до 2% хрома, которое оказалось быть достаточно , чтобы защитить бронзу от коррозии.

Хром в качестве пигмента

Хром минералы как пигменты привлёк внимание на западе в 18 веке. С 26 июля 1761 года , Иоганн Готтлиб Lehmann нашла оранжево-красный минерал в шахтах Березовских в Уральских горах , которые он назвал сибирский красный свинец . Хотя ошибочно в качестве ведущего соединения с селеном и железа компонентов, минерал был на самом деле Крокоит (или свинца (II) хромат ) с формулой PbCrO 4 . В 1770 году Паллас посетил один и тот же сайт , как Леманн и нашел красный свинцовый минерал , который был обнаружен, обладают полезными свойствами в качестве пигмента в красках . После Pallas, использование сибирского сурика в качестве красочного пигмента начало быстро развиваться по всему региону.

Красный цвет рубинов от следовых количеств хрома.

В 1794 году, Воклен получил образцы Крокоита руды . Он произвел триоксид хрома (CrO 3 ) путем смешивания Крокоита с соляной кислотой . В 1797 году, Воклен обнаружил , что может изолировать металлический хром путем нагрева оксида в печи древесного угля, для которого он приписывает как тот , который действительно обнаружил элемент. Воклен также был в состоянии обнаружить следы хрома в драгоценных камнях , такие как рубин или изумруд .

В течение 19 - го века, хром был в основном используется не только в качестве компонента красок, но и в дубильных солей , а также. В течение некоторого времени, то Крокоит нашел в России был основным источником таких кожевенных материалов. В 1827 годе больше месторождения хромитов было обнаружено недалеко от Балтимор , США, которые быстро встретились спрос на дубильные соли гораздо более адекватно , чем Крокоит , которые были использованы ранее. Это сделало Соединенные Штаты крупнейшим производителем хромовых продукции до 1848 года, когда крупные месторождения хромитов были обнаружены недалеко от города Бурса , Турция.

Хром также известен своей отражательной, металлический блеск , когда отполированы. Он используется в качестве защитного и декоративного покрытия на деталь автомобиля, сантехнику, детали мебели и многих других предметах, как правило , применяются гальваническим . Хром был использован для гальваники еще в 1848 году, но это использование только получило широкое распространение с развитием улучшенного процесса в 1924 году.

производство

Кусок хрома производится с алюминотермией
Мировое производство тенденция хрома
Хром, переплавленный в горизонтальной дуге зоны-рафинере, показывая большие видимые кристаллические зерна

Приблизительно 28,8 млн метрических тонн (MT) товарной хромовой руды было произведено в 2013 году, и преобразуется в 7,5 млн т феррохрома. По словам Джона Ф. Паппа, пишущее для Геологической службы США, «Феррохром является ведущим конечным использованием хромовой руды, [и] из нержавеющей стали является ведущим конечным использованием феррохрома.»

Крупнейшие производители хромовой руды в 2013 году были Южная Африка (48%), Казахстан (13%), Турции (11%), Индия (10%) с несколькими другими странами производства остальных около 18% мирового производства.

Две основные продукты переработки руды хрома являются феррохрома и металлический хром. Для тех продуктов , процесс завода руды значительно отличается. Для производства феррохрома, хромит руда (FeCr 2 O 4 ) уменьшаются в крупном масштабе в электрической дуговой печи или в небольших плавильных печах с любым из алюминия или кремнием в качестве алюминотермии .

Выход хромовой руды в 2002 году

Для производства чистого хрома, железа должны быть отделены от хрома в два этапа обжига и выщелачивания. Хромит руду нагревают со смесью карбоната кальция и карбоната натрия в присутствии воздуха. Хрома окисляется до шестивалентного форме, в то время как железо образует стабильный Fe 2 O 3 . Последующее выщелачивание при более высоком повышенных температурах растворяют хроматы и оставляет нерастворимый оксид железа. Хромат преобразуются серной кислотой в дихромат.

4 FeCr 2 O 4 + 8 Na 2 CO 3 + 7 O 2 → 8 Na 2 CrO 4 + 2 Fe 2 O 3 + 8 CO 2
2 Na 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → Na 2 Cr 2 O 7 + Na 2 SO 4 + Н 2 О

Дихромат превращается в оксид хрома (III) путем восстановлени с углеродом, а затем восстанавливают в алюминотермия хрома.

Na 2 Cr 2 O 7 + 2 C → Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 + CO
Cr 2 O 3 + 2 Al → Al 2 O 3 + 2 Кр

Приложения

Создание металлических сплавов приходится 85% использование в доступном хроме в. Остальная часть хрома используется в химической , огнеупорных и литейных производств.

металлургия

Нержавеющая сталь столовые приборы изготовлены из Cromargan 18/10, содержащий 18% хрома.

Усиления эффекта образования стабильных карбидов металлов на границах зерен и сильного увеличения стойкости к коррозии из хрома является важным легирующим материалом для стали. В высокоскоростных инструментальном стали содержат от 3 до 5% хрома. Нержавеющая сталь , первичный коррозионно-стойкий металл сплав, образуются , когда хром вводится железо в достаточных концентрациях, как правило , где концентрация хрома превышает 11%. Для формирования из нержавеющей стали, в феррохром добавляют к расплавленному железу. Кроме того , сплавы на основе никеля увеличение прочности за счет образования дискретных, стабильных частиц карбида металла на границах зерен. Например, Инконель 718 содержит 18,6% хрома. Из-за отличной высокотемпературных свойств этих никелевых жаропрочных сплавов , они используются в реактивных двигателей и газовых турбин вместо обычных конструкционных материалов.

Декоративное хромирование на мотоцикле.

Относительно высокой твердости и коррозионной стойкости нелегированного хрома делает Chrome надежный металл для поверхностного покрытия; он по - прежнему самый популярный металл относительно листового покрытия с его средней прочностью выше по сравнению с другими металлами покрытия. Слой хрома наносится на предварительно обработанных металлических поверхностей гальванических техники. Есть два способа осаждения: тонкие и толстые. Тонкое осаждение включает в себя слой хрома толщины ниже 1 мкм , сданной на хранении хромирования , и используется для декоративных поверхностей. Более толстые слои хрома осаждают , если необходимы износостойкие поверхности. Оба метод использует кислый хромат или дихромат решение. Для предотвращения энергоемких изменений в состоянии окисления, использование хрома (III) , сульфат находится в стадии разработки; для большинства применений хрома, использует ранее установленный процесс.

В хромате конверсионного покрытия процесса, сильные окислительные свойства хроматов используются для нанесения защитного оксидного слоя на металлах , такие как алюминий, цинк и кадмий. Это пассивирование и самовосстановление свойства по хромату , хранящийся в Хроматировании, который способен мигрировать в локальные дефекты, преимущество этого способа нанесения покрытия. Из - за экологические и санитарные нормы на хроматах, альтернативные способы нанесения покрытий находятся в стадии разработки.

Хромовая кислота анодирование (или тип I анодирование) алюминий является еще одним электрохимическим процессом, который не приводит к осаждению хрома, но использует хромовую кислоту в качестве электролита в растворе. Во время анодирования, оксидный слой формируется на алюминий. Использование хромовой кислоты, вместо обычно используемой серной кислоты, приводит к небольшому различию этих оксидных слоев. Высокая токсичность Cr (VI) соединения, используемая в установленном процессе хрома гальванического, и укрепление безопасности и охрану окружающей среды требуют поиска заменителей хрома или , по крайней мере , изменение менее токсичного хром (III) соединений.

Краситель и пигмент

Школьный автобус окрашен в хром желтый

Минеральная Крокоит (который также хромат свинца PbCrO 4 ) использовали в качестве желтого пигмента вскоре после ее открытия. После того, как метод синтеза стал доступен , начиная с более обильным хромита, хром - желтым был вместе с кадмием желтым , одним из наиболее часто используемых желтых пигментов. Пигмент не этого разрушению, но она имеет тенденцию темнеть в связи с образованием оксида хрома (III). Он имеет сильный цвет, и был использован для школьных автобусов в Соединенных Штатах и для почтовой службы (например, Deutsche Post ) в Европе. Использование Крон с тех пор снизилось из - за экологические проблемы и безопасности и было заменено органическими пигментами или другими альтернативами, которые свободны от свинца и хрома. Другие пигменты, которые основаны вокруг хрома являются, например, глубокий оттенок красного пигмента хром - красный , который является просто хромат свинца с свинца гидроксида (II) (PbCrO 4 · Pb (ОН) 2 ). Очень важный хромат пигмент, который широко используется в составах металла праймеров, был хромат цинка, теперь заменен фосфатом цинка. Мыть праймер был разработан , чтобы заменить опасную практику предварительной обработки алюминиевых авиационных органов с раствором фосфорной кислоты. Это используется цинк tetroxychromate диспергированного в растворе поливинилбутираля . 8% раствор фосфорной кислоты в растворителе , добавляют непосредственно перед применением. Было обнаружено , что легко окисляется спирт является важным ингредиентом. Тонкий слой около 10-15 мкм, наносили, обращающийся от желтого до темно - зеленого цвета , когда он был излечен. Существует еще вопрос относительно правильного механизма. Хром зеленый представляет собой смесь прусских синего и хром желтого цвета , в то время как оксид хрома зеленый хром (III) , оксид .

Оксиды хрома, также используются в качестве зеленого пигмента в области стеклоделия , а также в качестве глазури для керамики. Зеленый оксид хрома чрезвычайно светостойкие и как таковой используется в облицовочных покрытий. Он также является основным ингредиентом в инфракрасной области спектра , отражающих красок, используемых вооруженными силами окрасить транспортных средств и дать им тот же инфракрасный отражательную как зеленые листья.

Синтетический рубин и первый лазер

Компоненты оригинального рубинового лазера.
Красный кристалл из рубинового лазера

Природные рубины являются корунд (оксид алюминия) кристаллы , которые окрашены в красный цвет (самый редкий тип) из - за хрома (III) , ионы (другие цвета корунда драгоценных камней, называются сапфиры ). Красный цвета искусственный рубин может быть также достигнут путем легирования хрома (III) в искусственные кристаллы корунда, таким образом делая хром требования для изготовления синтетических рубинов. Такой синтетический кристалл рубина послужил основой для первого лазера , произведенного в 1960 г., который опирался на вынужденное излучение света из атомов хрома в таком кристалле. Рубиновый лазер генерация на 694,3 нм, в глубоком красном цвете.

Дерево консервант

Из - за их токсичности, хрома (VI) соли используются для сохранения древесины. Например, хромированный арсенат меди (ОСО) используется в обработке древесины для защиты древесины от грибов распада, древесных атакующими насекомых, в том числе термитов и морских сверл. Препараты содержат хром на основе оксида CrO 3 между 35,3% и 65,5%. В Соединенных Штатах, были использованы 65,300 метрических тонн раствора ОАС в 1996 году.

дубление

Хром (III) соль, особенно хромовые квасцы и хром (III) , сульфат , используется в дублении кожи . Хром (III) , стабилизирует кожу посредством сшиванью с коллагеновыми волокнами. Хром дубления может содержать от 4 до 5% хрома, который тесно связан с белками. Хотя форма хрома использует для дубления не токсично разнообразие шестивалентного, сохраняется заинтересованность в управлении хромом в кожевенной промышленности , такие как восстановление и повторное использование, прямой / косвенную рециркуляция, использование меньшего количества хрома или «хром-менее» дубление практикуется чтобы лучше управлять хрома дубления.

Огнеупорные материалы

Высокое тепловое сопротивление и высокая температура плавления делают хромит и оксид хрома (III) материал для высокотемпературных огнеупорных материалов, как и доменных печи , цементных печи , пресс - формы для обжига кирпича и в качестве формовочных смесей для литья металлов. В этих случаях, огнеупорные материалы изготавливаются из смеси хромита и магнезита. Использование снижается из-за экологических норм в связи с возможностью образования хрома (VI).

Катализаторы

Некоторые соединения хрома используются в качестве катализаторов для обработки углеводородов. Так , например, катализатор Филлипса , полученный из оксидов хрома, используются для производства около половины мирового полиэтилена . Fe-Cr смешанные оксиды используют в качестве высокотемпературных катализаторов для реакции конверсии водяного газа . Хромит меди является полезным гидрогенизации катализатора.

Другие области применения

  • Хром (IV) оксид (CrO 2 ) представляет собой магнитное соединение. Его идеальная форма анизотропия , которая придает высокую коэрцитивную силу и остаточную намагниченность, сделала это соединение превосходит γ-Fe 2 O 3 . Оксид хрома (IV) , используются для изготовления магнитной ленты , используемой в высокопроизводительных аудио ленты и стандартных звуковых кассетах . Хроматов может предотвратить коррозию стали во влажных условиях, и , следовательно , хроматы добавляются в буровых растворах.
  • Хром (III) , оксид (Cr 2 O 3 ) представляет собой металл , польский известный как зеленый румяна.
  • Хромовая кислота является мощным окислителем и является полезным соединением для очистки лабораторной посуды каких - либо следов органических соединений. Его получают путем растворения дихромат калия в концентрированной серной кислоте, которая затем используется для промывки устройства. Дихромат натрия иногда используется из - за его более высокой растворимости (50 г / л по сравнению с 200 г / л , соответственно). Применение моющих растворов бихромата теперь прекращено из - за высокой токсичности и экологических проблем. Современные очищающие растворы обладают высокой эффективностью и хрома бесплатно.
  • Калий бихромат представляет собой химический реагент , используемый в качестве титрующего агента.
  • Хром квасцы являются Хром (III) , сульфатом калия и используются в качестве протравы (то есть, фиксирующий агент) для красителей в ткани и в дублении .

Биологическая роль

В виде трехвалентного хрома, Cr (III), или Cr 3+ , хром экспериментально идентифицирован как основные питательные вещества в конце 1950 - х лет , а затем принят в качестве микроэлемента для своих ролей в действии инсулина , гормон критического для метаболизма и хранение углеводов, жиров и белков. Точный механизм его действия в организме, однако, не были полностью определены, в результате чего в вопрос , является ли хром необходим для здоровых людей.

Трехвалентного хрома происходит в следовых количествах в продуктах питания, вина и воды. В противоположность этому , шестивалентный хром (Cr (VI) , или Cr 6+ ) является высокотоксичным и мутагенных при вдыхании. Проглатывание хрома (VI) в воде было связанно с опухолями желудка, и это также может вызвать аллергический контактный дерматит (ACD).

Дефицит хрома , включая отсутствие Cr (III) в организме, или , возможно , какой - то комплекс его, например, глюкозы фактора толерантности является спорным. Некоторые исследования предполагают , что биологически активная форма хрома (III) , транспортируется в организме с помощью олигопептида называемой низкой молекулярной массы хрома-связывающего вещества (LMWCr), которые могут играть определенную роль в инсулина сигнального пути.

Содержание хрома в общих продуктов , как правило , низка (1-13 мкг на порцию). Содержание хрома в пище колеблется в широких пределах из - за различия в минеральной почве содержания, вегетацию, растения сорта , и загрязнение в процессе обработки. Кроме того, хром (и никеля ) выщелачивания в пищу приготовленные из нержавеющей стали, с эффектом по величине , когда посуда является новым. Кислые продукты , такие как томатный соус которые готовятся в течение многих часов обострить этот эффект.

Диетические рекомендации

Существует разногласие о статусе хрома в качестве основных питательных веществ. Правительственные ведомства Австралии, Новая Зеландия, Индия, Япония и США считают хром существенного в то время как Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA), представляющий Европейский Союз, не делает.

Национальной академии медицины (NAM) скорректировал Оценочные Средние требования (колоса) и Рекомендуемые диетические пособиях (РАР) для хрома в 2001 году для хрома, не было достаточно информации , чтобы установить Уши и АРР, поэтому его потребности описаны как оценки для Адекватное Потребления (САИ). Тока ИскИны хрома для женщин в возрасте от 14 по 50 составляет 25 мкг / день, а ИскИны для женщин в возрасте от 50 и выше , составляет 20 мкг / день. AIs для женщин , которые беременны в 30 мкг / сут, а также для женщин , которые в период лактации, установленный AIs является 45 мкг / сут. ИскИны для мужчин в возрасте от 14 до 50 на 35 мкг / день, а ИскИны для мужчин в возрасте от 50 и выше 30 мкг / день. Для детей в возрасте от 1 до 13, АМС увеличивается с возрастом от 0,2 мкг / день до 25 мкг / сутки. Что касается безопасности, то NAM устанавливает верхние допустимые Впускные Уровни (ULS) для витаминов и минералов , когда доказательства достаточно. В случае хрома, есть еще не достаточно информации , и , следовательно , не UL установлено не было. В совокупности, ушам, АРРЫ, ИскИны и ULS являются параметрами для системы рекомендации питания , известной как Диетический номер Intake (DRI). Австралия и Новая Зеландия считают хром быть важным питательным веществом, с AI 35 мкг / день для мужчин, 25 мкг / день для женщин, 30 мкг / день для женщин , которые беременны, и 45 мкг / день для женщин , которые в период лактации , UL не был установлен в связи с отсутствием достаточного количества данных. Индия считает , хрома , чтобы быть важным питательным веществом, со взрослым рекомендуемого приема 33 мкг / день. Япония также считает хром быть важным питательным веществом, с AI от 10 мкг / день для взрослых, в том числе женщин , которые беременны или кормите грудью. UL не был установлен. EFSA в Европейском Союзе однако, не считает хром быть важным питательным веществом; хром является единственным минералом , который Соединенные Штаты и Европейский союз не согласны.

Для Соединенных Штатов пищевых продуктов и диетических маркировки добавки целей, количество вещества в сервировке выражается в процентах от суточной нормы (% DV). Для целей маркировки хрома, 100% от суточной нормы составляла 120 мкг. По состоянию на 27 мая 2016 года, процент суточной стоимости был пересмотрен до 35 мкг , чтобы довести потребление хрома в консенсус с официальным Рекомендованными Диетическим пособием . Оригинальный срок быть в соответствии был 28 июля 2018, но 29 сентября 2017 пищевых продуктов и медикаментов выпустило предлагаемое правило, продлен срок до 1 января 2020 года для крупных компаний и 1 января 2021 года для небольших компаний.

Источники питания

Состав продуктов питания базы данных, такие как те, которые поддерживаются Департаментом сельского хозяйства США не содержат информацию о содержании хрома в продуктах питания. Широкое разнообразие животных-источников и растительных источников-продукты содержат хром. Содержание одной порции зависят от содержания хрома в почве, в которой растение выращивает и по кормам, подаваемых на животное; также методы обработки, так как хром выщелачивает в пищевые продукты, если обработанный или приготовленные в хромсодержащем оборудовании из нержавеющей стали. Одно исследование анализ диеты, проведенное в Мексике сообщило о среднем ежедневного потребления хрома 30 мкг. По оценкам 31% взрослых в Соединенных Штатах потребляют мульти-витаминные / минеральные пищевые добавки, которые часто содержат от 25 до 60 мкг хрома.

дополнение

Хром является компонентом парентерального питания (ТПС) , так как дефицит может возникнуть после нескольких месяцев внутривенного питания с хромом ТПСОМ. По этой причине, хром добавляют к растворам ТПС, наряду с другими микроэлементами. Кроме того , в пищевых продуктах для недоношенных детей . Хотя механизм в биологических ролях для хрома остается неясным, в хромсодержащих продуктах США продаются как без рецепта биологически активные добавки в количестве от 50 до 1000 мкг. Меньшие количества хрома также часто включены в мульти-витаминные / минеральные добавки , потребляемых по оценкам , 31% взрослых в Соединенных Штатах. Химические вещества , используемые в диетических добавках включают хлорид хрома, хром, цитрат хрома (III) пиколинат , хром (III) Polynicotinate , а также другие химические составы. Выгода добавок не была доказана.

Утвержденные и отклоненные заявки здоровья

В 2005 году за продуктами и лекарствами США одобрило аттестованным требование здоровья для пиколинат хрома с требованием для очень специфической этикетки редакции: «Одно небольшое исследование показало, что пиколинат хрома может снизить риск развития резистентности к инсулину, и поэтому , возможно , может снизить риск сахарный диабета 2 типа. FDA заключает, однако, что существование таких отношений между пиколинатом хрома и либо резистентностью к инсулину или диабетом типа 2 является весьма неопределенным «. В то же время, в ответ на другие части ходатайства, УЛХ отклонил требование для пиколината хрома и сердечно - сосудистых заболеваний, ретинопатии или заболевания почек вызвано аномально высокие уровни сахара в крови. В 2010 году , хром (III) пиколинат была одобрена Министерством здравоохранения Канады для использования в пищевых добавок. Одобренные заявления маркировки включают в себя: фактор в поддержании хорошего здоровья, обеспечивает поддержку здорового метаболизма глюкозы, помогает организму усваивать углеводы и помогает организму усваивать жиры. Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) одобрил требования в 2010 году , что хром способствовал нормальным макроэлементам обмена и поддержанию нормальной концентрации глюкозы в крови, но отклонил требование для поддержания или достижений нормального веса тела, или уменьшения усталости или утомления.

Сахарный диабет

Учитывая доказательства дефицита хрома вызывает проблемы с управлением глюкозой в контексте внутривенных питания продуктов , сформулированных без хрома, интерес исследования обратился к ли добавкам хрома для людей, страдающих диабет типа 2 , но не являются недостатком хрома может принести пользу. Глядя на результаты из четырех мета-анализов, один сообщили статистически значимое снижение поста глюкозы в плазме уровни (FPG) и незначимое тенденцию в нижнем гемоглобина A1C . Второй сообщили то же самое, треть сообщили значительное снижение обоих мер, а четвертый не сообщили никакой пользы для либо. Обзор опубликован в 2016 году в списке 53 рандомизированных клинических испытаний , которые были включены в один или более из шести мета-анализов . Он пришел к выводу , что в то время как может быть скромным уменьшается в ФПГ и / или HbA1c , которые достигают статистической значимости в некоторых из этих мета-анализов, некоторые из исследований , достигнутых уменьшается достаточно большой , чтобы можно ожидать, что отношение к клиническим исходом.

Управление весом

Два систематических обзоров посмотрел на добавки хрома в качестве средства управления веса тела с избыточной массой тела и ожирением людей. Один из них , ограничивается пиколинат хрома , популярного дополнения ингредиента, сообщили о статистически значимых -1.1 кг (2,4 фунта) потери веса в испытаниях более 12 недель. С другом включены все соединения хрома и сообщил статистически значимое -0.50 кг (1,1 фунта) изменение веса. Изменение процента жира в организме не достигало статистической значимости. Авторы обоих обзоров считается клиническая значимость этой скромной потери веса как неопределенную / ненадежны. Европейский орган по безопасности пищевых продуктов обзор литературы и пришел к выводу , что нет достаточных доказательств, подтверждающих претензии.

Спортивное исполнение

Хром способствует как производительность спортивной пищевой добавки на основе теории, что потенцированной активность инсулина, с ожидаемыми результатами повышенной мышечной массы, а также более быстрое восстановление гликогена во время восстановления после тренировки. Обзор клинических исследований сообщалось, что добавление хрома не улучшить производительность тренировки или увеличения мышечной силы. Международный олимпийский комитет рассмотрел биологически активные добавки для спортсменов высокой производительности в 2018 году, и пришел к выводу, что не было никакой необходимости увеличивать потребление хрома для спортсменов, ни поддержки для претензий потери жира в организме.

Меры предосторожности

Нерастворимая в воду хрома (III) и соединение хрома металл не является опасным для здоровья, в то время как токсичность и канцерогенные свойства хрома (VI) , были известны в течение длительного времени. Из - за специфические транспортные механизмы, только ограниченное количество хрома (III) , проникать в клетки. Несколько в пробирке исследование показало , что высокие концентрации хрома (III) в клетке могут привести к повреждению ДНК. Острая оральная токсичность в диапазоне от 1,5 до 3,3 мг / кг. В 2008 году обзор предположил , что умеренное поглощение хрома (III) с помощью биологически активных добавок не представляет никакой генетической токсичен риск. В США, Управление по охране труда и здоровья (OSHA) назначил предел допустимого воздействия (PEL) на рабочем месте , как взвешенная по времени среднего (TWA) 1 мг / м 3 . Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел рекомендуется экспозиции (REL) 0,5 мг / м 3 , взвешенная по времени среднего. IDLH (сразу опасно для жизни и здоровья) значение составляет 250 мг / м 3 .

Хром (VI), токсичность

Острая пероральная токсичность для хрома (VI) , находится в диапазоне от 50 до 150 мг / кг. В теле, хром (VI) , снижается в несколько механизмов хрома (III) , уже в крови , прежде чем он проникает в клетки. Хром (III) , выводятся из организма, в то время как ион хромата переносит в клетку с помощью транспортного механизма, с помощью которого также сульфатных и фосфатных ионы проникают в клетку. Острая токсичность хрома (VI) , из - за его сильные оксидационные свойства. После того, как он достигнет поток крови, он повреждает почки, печень и клетки крови в результате реакций окисления. Гемолиз , почки , а также результат печеночной недостаточности. Агрессивный диализ может быть терапевтическим.

Канцерогенность из хромата пыли была известна в течение длительного времени, и в 1890 годе первая публикация описывает повышенный риск развития рака работников в компании хромового красителя. Три механизма был предложен для описания генотоксичности хрома (VI). Первый механизм включает в себя высокой реакционной способностью гидроксильных радикалов и других реакционноспособных радикалов , которые являются продуктами уменьшения хрома (VI) до хрома (III). Второй процесс включает в себя прямое связывание хрома (V), получают восстановлением в клетке, и хрома (IV) соединений к ДНК . Последний механизм отнести генотоксичность к связыванию с ДНК конечного продукта хрома (III) сокращения.

Хромовые соли (хроматы) также являются причиной аллергических реакций у некоторых людей. Хроматов часто используются для производства, среди прочего, изделий из кожи, краски, цемента, строительного раствора и анти-едких. Контакт с продуктами , содержащими хроматы , может привести к аллергическим контактным дерматитом и раздражающий дерматит, что приводит к образованию язвы кожи, которую иногда называют как «хромовыми язвы». Это состояние часто встречается у рабочих, подвергшихся воздействию сильных хромат растворов в гальванических, кожевенной и хромовых производства производителей.

Экологические проблемы

Поскольку соединения хрома были использованы в красителей , красок , а также кожи дубильных соединений, эти соединения часто встречаются в почве и грунтовых вод на действующих и закрытых промышленных объектов, нуждающихся в экологической очистки и рекультивации . Primer краска , содержащая шестивалентный хром до сих пор широко используется для аэрокосмических и автомобильных лакокрасочных приложений.

В 2010 году Экологическая рабочая группа изучила питьевую воду в 35 американских городах , в первом общенациональном исследовании. Исследование показало , измеримое шестивалентного хрома в водопроводной воде 31 городов , отобранных с Norman, Оклахома , в верхней части списка; 25 городов имели уровни, превышающие предложенный лимит Калифорнии.

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Наиболее распространенные состояния окисления хрома, выделены жирным шрифтом. Правой колонке перечислены репрезентативного соединения для каждого состояния окисления.

Рекомендации

Список используемой литературы

внешняя ссылка