Реферат: Исследование свойств хрома и его соединений

/>Министерствообразования Российской Федерации

ГИМНАЗИЯ №1

Кафедра Химии

ТВОРЧЕСКАЯ РАБОТАИССЛЕДОВАНИЕСВОЙСТВ ХРОМА И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ

Пояснительная записка

Руководитель Г.И. Астахова

Выполнилученик 9 «В» класса Б.А.Кулаев

Красноярск, 2001 г.

/>/>Содержание

Содержание… 2

Введение… 3

1.Исторические сведения… 4

2. Хром в природе… 6

3. Свойства хрома. Теоретическая часть… 7

3.1 Общие сведения… 7

3.2 Физические свойства… 8

3.4 Соединения хрома… 12

3.4.1 Оксиды… 12

3.4.2 Гидроксиды… 13

3.4.3 Кислоты… 13

3.4.4 Соли… 14

4. Свойства хрома. Экспериментальная часть… 14

4.1 Опыт №1. Получение оксида хрома (III)… 14

4.2 Опыт №2. Исследование свойств оксида хрома (III)… 15

4.3 Опыт №3.Окислительные свойства солей хрома (VI)… 16

4.4 Опыт №4. Исследование свойств солей хрома (VI)… 16

4.5 Опыт №5. Переход хромата в бихромат и обратно… 17

4.6 Опыт №6. Получение малорастворимых солей хромовых кислот… 17

4.7 Опыт №7. Получение гидроксида хрома… 18

5. Применение хрома… 18

5.1 Хромирование… 20

5.2 Сплавы… 22

6. Экологические проблемы… 24

Заключение… 26

Литература… 27

Приложение А… 28

/>/>/>/>Введение

Хром и его соединенияактивно используются в промышленном производстве, особенно в металлургии,химической, огнеупорной промышленности. Область его применения достаточноширока, поэтому углубленное изучение свойств хрома является необходимымдополнением к соответствующим разделам школьной программе по химии, тем более,что в учебнике этот материал, по-моему, незаслуженно отсутствует.

Данная работа посвященаизучению основных физических и химических свойств хрома и его соединений,позволяет оценить важность этого химического элемента.

/>/>/>1./>/>Исторические сведения

В 1766 году петербургскийпрофессор химии И.Г.Леман описал новый минерал, найденный на Урале наБерезовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга. Обрабатывая каменьсоляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемсябелом осадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовскиерудники описал академик П.С.Паллас. «Березовские копи, — писал он, — состоят изчетырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотомдобываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красныйсвинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом рудникеРоссии. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цветкиновари), тяжелая и полупрозрачная… Иногда маленькие неправильные пирамидкиэтого минерала бывают вкраплены в ква/>рц подобно маленькимрубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...». Минералбыл назван «сибирским красным свинцом». Впоследствии за ним закрепилосьназвание «крокоит».

Образец этого минералабыл в конце XVIII века привезен Палласом в Париж. Крокоитом заинтересовалсяизвестный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минералхимическому анализу. «Все образцы этого вещества, которые имеются в несколькихминералогических кабинетах Европы, — писал Воклен в своем отчете, — былиполучены из этого (Березовского) золотого рудника. Раньше рудник был оченьбогат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала вруднике истощились и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности,если он желтый. Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний илирасколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятсяза свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе… Красивый красныйцвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минералазаставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он былнайден; большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно,заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...»

В 1797 году Вокленповторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислогокалия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец ижелтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты.При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, послереакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого оловаокрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинцаВоклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был оксид шестивалентногохрома) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокойтемпературы. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серыхсросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходноевещество. Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзей Вокленапредложил ему назвать элемент хромом (по-гречески «хрома» — окраска) из-заяркого разнообразного цвета его соединений. Сначала Воклену не понравилось предложенноеназвание, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будтоне оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, послетого как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие,химики всего мира внесли слово «хром» в списки известных науке элементов.

В 1854 году удалосьполучить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома.В металлургии, где расход хрома для легирования сталей очень велик, используютне сам хром, а его сплав с железом — феррохром. Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смесиоксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1865 году был выдан первыйпатент на хромистую сталь.

2. />/>Хром в природе

Среднее содержание хромав земной коре 83 г/т, по массе содержание/> хрома вземной коре составляет 0,035%, в воде морей и океанов 2´10-5 мг/л. Мировыеподтвержденные запасы хромовых руд составляют 1,8 млрд. т. Более 60% сосредоточенов ЮАР. Крупными запасами обладают Зимбабве, Казахстан Турция, Индия, Бразилия.Руды хрома имеются в Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии. В то жевремя такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция,совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь оченьбедными рудами [1]. Запасы хромовых руд России сосредоточены главным образом вгруппе Сарановских месторождений (Верблюжьегорское, Алапаевское, />Халиловское и др.) на Урале (Пермская область) и составляют6,4 млн. т. (0,36% от мировых запасов).

Добыча хромовых руд вмире составляет около 12 млн. т. в год, в том числе />108тыс. т. в России. Главные производители товарной хромовой руды — ЮАР,Казахстан, на долю которых приходится более 60% добычи сырья ежегодно.

В Красноярском краеместорождения хрома отсутствуют. Но на правом берегу р.Енисей, в устьер.Березовой (к югу от устья р. Подкаменная Тунгуска) есть рудопроявление свыходом пород 1,5´4 м, возраст пород оценивается в 500 млн. лет. Содержание чистого хрома вруде порядка 42% .

/>По содержанию Cr2O3 хромовые руды подразделяются на очень богатые (более 65%),богатые (65-52%), средние (52-45%), бедные (45-30%), убогие (30-10%). Руды,содержащие более 45% Cr2O3 не требуют обогащения.

Показатель

Донской ГОК

(Казахстан)

Сарановская шахта

(Россия, Пермская обл.)

Рудопроявление в Красноярском крае

Содержание Cr2O3 в исходной руде, %

46,6 39,1 62 3. Свойства хрома. Теоретическая часть3.1/> />/>Об/>щиесведения/> <td/> />
/>ХромCr — химическийэлемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса51,996, радиус атома 0,0125, радиусы ионов Cr2+ — 0,0084; Cr3+ — 0,0064; Cr4+ — 6,0056. Имеет четыре стабильных изотопа с атомными массами50, 52, 53, 54, распространенность которых в природе составляет 4,35%, 83,79%,9,50%, 2,36%. Обычно хром проявляет степени окисления +2, +3, +6 (валентности II, III, VI соответственно) [4].

Рисунок 1- Структура атомахрома

Рисунок2-Распределение электронов по энергетическим уровням

/>/>/>/>/>/>/>3.2/> />/>Физические свойства

Хром — твердый, довольнотяжелый, пластичный, ковкий металл серо-стального цвета, плавится при 1/>878±220С, кипит при 24690С [2]. Ничтожные примесикислорода, азота, углерода резко изменяют физические свойства хрома, вчастности он становится хрупким. Получить хром без этих примесей очень трудно.Устойчив к коррозии на воздухе и в воде.

Структура кристаллическойрешетки объемноцентрированная кубическая.

Хром обладает всеми характерными свойствамиметаллов — хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическомутоку, имее/>т присущий большинству металлов блеск.Любопытна одна особенность хрома: при температуре около 37°С />многие его физические свойства резко, скачкообразноменяются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигаетмаксимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапноизменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения,термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут достоверно объяснить эту аномалию.

/>/>Таблица 1- Физические свойства хрома

Параметр Значение

Плотность при 200C

7,19 г/см3

Температура плавления

1878±220С

Температура кипения

2469-2480 0C

Теплота парообразования 344,4 кДж/Моль Теплопроводность 93,7 Вт/(м´К) Температурный коэффициент линейного расширения

6,2´10-6

Удельное электрическое сопротивление />

12,7´10-8Ом´м

Твердость по Бринеллю />

687 МПа Удельная магнитная восприимчивость

+4,45´10-8м/кг3

3.3/> Химические свойства

/>/>При небольших температурах хромхимически мало активен (взаимодействует только с фтором). Выше 6000C взаимодействует с галогенами, серой,азотом, кремнием, бором, углеродом, кислородом. />Взаимодействиес кислородом протекает сначала довольно активно, затем, однако, резко замедляется,так как поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой, препятствующемудальнейшему окислению. Это явление называется пассивированием. При 12000C пленка начинает разрушаться, окислениеснова идет быстро. При 20000C хром воспламеняется в кислороде с образованиемтемно-зеленого оксида Cr2O3.

/>Хром пассивируется холодными концентрированными H2SO4и HNO3, однако при сильном нагревании он растворяется в этихкислотах [3]:

2Cr + 6H2SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3+ 3NO2 + 3H2O

Хром растворяется вразбавленных сильных кислотах (HCl и H2SO4). В этих случаях в отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе — соли Cr3+:

Cr + 2HCl =CrCl2+ H2

4Cr + 12HCl+3O2 = 4CrCl3 + 6H2O

Нерастворим в H3PO4, HClO4 благодаря образованию защитной пленки.

Таблица 2- Основныехимические реакции чистого хрома

Хром реагирует

0…600 0С

600…1200 0С

1200…2000 0С

1. со фтором

2Cr0+ 3F20= 2Cr+3F3-

1. с галогенами:

2Cr0+ 3Cl20<sub/>/> 2Cr+3Cl3-

1. с кислородом:

4Cr + 3O2 /> 2Cr2O3 />

2. с серой:

2Cr0+ 3S0/> Cr2+2S3-2

3. с азотом:

2Cr0+ N20/> 2Cr+3N-3

4. с кремнием:

4Cr0+ 3Si0/> Cr4+3Si3-4

5. с бором

Cr0+ B0/> Cr+3B-3

6. с углеродом

4Cr0+ 3С0/>Cr4+3C3-4

7. с кислородом:

4Cr0+ 3O20= 2Cr2+3O3-2

8. с серной кислотой:

2Cr0+ 6H2+SO4-2<sub/>= Cr2+3(SO4)3-2 + 3S-2O2 +6H2O

/>/>/>3.4 Соединения хрома/>/>3.4.1/>/>Оксиды

Оксид хрома (II) CrO (основной) — сильный восстановитель, чрезвычайно неустойчив в присутствии влаги и кислорода.Практического значения не имеет.

Оксид хрома (III) Cr2O3 (амфотерный) устойчив на воздухе и в растворах.

Cr2O3+ H2SO4 = Cr2(SO4)3 + H2O

Cr2O3+ 2NaOH = Na2CrO4 + H2O

Образуется при нагреваниинекоторых соединений хрома (VI),например:

4CrO3/> 2Cr2O3 + 3О2

(NH4)2Cr2O7/> Cr2O3+ N2 + 4H2O/>

4Cr + 3O2/> 2Cr2O3

Оксид хрома (III) используется для восстановленияметаллического хрома невысокой чистоты с помощью алюминия (алюминотермия) или кремния(силикотермия):

Cr2O3+2Al = Al2O3 +2Cr

2Cr2O3+ 3Si = 3SiO3 + 4Cr

Оксид хрома (VI) CrO3 (кислотный) — темно малиновыеигольчатые кристаллы. Получают действием избыткаконцентрированной H2SO4 на насыщенныйводный раствор б/>ихромата калия:

K2Cr2O7 + 2H2SO4= 2CrO3 + 2KHSO4 + H2O

/>Оксид хрома (VI) — сильный окислитель, одно из самых токсичных соединенийхрома.

При растворении CrO3в воде образуется хромовая кислота H2CrO4

CrO3 + H2O= H2CrO4

Кислотный оксид хрома, ре/>агируя со щелочами, образует />желтыехроматы CrO42-.

CrO3+ 2KOH = K2CrO4 + H2O

3.4.2 />/>Гидроксиды

Гидроксид хрома (III)обладает амфотерными свойствами, растворяясь как в кислотах (ведет себя как основание):

2Cr(OH)3+ 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 +6H2O

так и в щелочах (ведетсебя как кислота):

Cr(OH)3+ KOH = K[Cr(OH)4]

Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O

При прокаливаниигидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III) Cr2O3.

2Cr(OH)3/> Cr2O3 + 3H2O

/>Нерастворим в воде.

/>/>/>/>3.4.3 Кислоты

Кислоты хрома, отвечающиеего степени окисления +6 и различающиеся соотношением числа молекул CrO3 и H2O, существуют только в виде растворов.При растворении кислотного оксида CrO3,образуется монохромовая кислота (просто хромовая) H2CrO4.

CrO3 + H2O = H2CrO4

/>Подкисление раствора или увеличение в нем CrO3 приводит к кислотам общей формулы nCrO3 H2O при n=2, 3,/> 4 это, соответственно, ди, три, тетрохромовыекислоты. Самая сильная из них — дихромовая, то есть H2Cr2O7. Хромовыекислоты и их соли- сильные окислители и ядовиты.

/>/>3.4.4/>/>Соли/>

Различают />два вида солей: хромиты и хроматы

Хромитами с общей формулой RCrO2 называются соли хромистой кислоты HCrO2. />

Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O

Хромиты обладаютразличной окраской — от темно коричневой до совершенно черной и обычно встречаютсяв виде сплошных массивов. Хромит мягче многих других минералов, температураплавления хромита зависит от его состава 1545-17300С. Хромит имеетметаллический блеск и почти нерастворим в кислотах.

Хроматы — соли хромовых кислот. Солимонохромовой кислоты H2CrO4 называют монохроматами (хроматы) R2CrO4, соли дихромовой кислоты H2Cr2O7 дихроматы (бихроматы) — R2Cr2O7. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет. Ониустойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются в оранжево-красныебихроматы:

2Na2CrO4/> + H2SO4 = Na2Cr2O7+ Na2SO4 + H2O

4. Свойства хрома. Экспериментальная часть4.1 />/>Опыт№1. />/>Получение оксидахрома (III)/>

Приборы и реактивы: асбестированная сетка; спички;бихромат аммония (NH4)2Cr2O7 (измельченный).

Выполнение опыта. Расстилаю большой лист бумаги, накоторый кладу асбестированную сетку. Тонко измельченный бихромат аммония насыпаюв виде горки. До бихромата аммония дотрагиваюсь зажженной спичкой.

Начинается разложениебихромата, которое протекает с выделением тепла и постепенно захватывает всебольшие и большие количества соли. В конце реакция идет все более бурно — появляются искры, пламя, летит рыхлый и легкий пепел — типичное извержениевулкана в миниатюре. Образовалось большое количество рыхлого темно-зеленого вещества.

Вывод: оксид хрома (III) Cr2O3 получается путем нагревания бихроматааммония:

(NH4)2Cr2O7/>Cr2O3+N2+4H2O

4.2 />/>Опыт№2. Исследование свойств оксида хрома (III)

Приборы и реактивы: колба; вода H2O;оксид хрома (III) Cr2O3; серная кислота

Выполнение опыта. Добавляю полученный зеленый порошококсида хрома (III) сначала в колбу с водой

Cr2O3+ 3H2O = 2Cr(OH)3

затем в колбу с сернойкислотой

Cr2O3+ 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 +3H2O

Наблюдаю растворениеоксида в обоих колбах.

Вывод: Оксид хрома растворяется в воде и вкислотах.

4.3 />/>Опыт№3./>Окислительные свойства солейхрома (VI)

Приборы и реактивы: раствор бихромата калия K2Cr2O7; раствор сульфита натрия Na2SO3; серная кислота H2SO4.

Выполнение опыта. К раствору K2Cr2O7, подкисленному серной кислотой, добавляю раствор Na2SO4. Наблюдаю изменения окраски.

Оранжевый раствор стал зелено- фиолетовым.

Вывод: В кислой среде хром восстанавливается сульфитом натрия отхрома (VI) до хрома (III):

K2Cr2O7+ 3Na2SO3 + 4H2SO4 = K2SO4+ Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 +4H2O

4.4 />/>Опыт />№4. Исследование свойств солей хрома (VI)

Приборы и реактивы: концентрированный раствор бихроматакалия K2Cr2O7; концентрированная соляная кислота HCl

Выполнение опыта. К концентрированному растворубихромата калия K2Cr2O7 добавляю концентрированную соляную кислоту HCl. При нагревании наблюдаетсявыделение резкого хлорного запаха, от которого жжет нос и горло.

Вывод: Так как все соединения хрома (VI) являются сильными окислителями, топри реакции с соляной кислотой:

K2Cr2O7+ 14HCl /> 3Cl2 + 2CrCl3 +2KCl + 7H2O

происходитвосстановление хлора:

2Cl- -2/>Cl20<sub/>

4.5 />/>Опыт№5. Переход хромата в бихромат и обратно

Приборы />иреактивы: растворхромата калия K2CrO4, раствор бихромата калия K2Cr2O7, серная кислота, гидроксид натрия.

Выполнение опыта. К раствору хромата калия добавляюсерную кислоту, в результате происходит изменение окраски раствора из желтого воранжевый.

2K2CrO4+ H2SO4 = K2Cr2O7 +K2SO4 + H2O

К раствору бихроматакалия добавляю щелочь, в результате происходит изменение окраски раствора изоранжевого в желтый.

K2Cr2O7+ 4NaOH = 2Na2CrO4 + 2KOH + H2O

Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы,ион CrO42- желтого цвета превращается в ион Cr2O72- оранжевого цвета, а в щелочной среде эта реакция протекает в обратномнаправлении

2CrO42- + 2H+кислая среда®¬щелочная среда Cr2O72- + H2O.

4.6 />/>Опыт №6. Получение малорастворимыхсолей хромовых кислот

Приборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор бихромата калия K2Cr2O7, раствор нитрата серебра AgNO3.

Выполнение опыта. Наливаю в одну пробирку растворхромата калия, в другую — раствор бихромата калия, и добавляю в обе пробирки растворнитрата серебра, в обоих случаях наблюдаю образование красно-бурого осадка.

K2CrO4+ 2AgNO3= Ag2CrO4¯ + 2KNO3

K2Cr2O7+ AgNO3 ® Ag2CrO4¯+ KNO3

Вывод: Растворимые соли хрома привзаимодействии с нитратом серебра образуют нерастворимый осадок

4.7 Опыт №7. Получениегидроксида хрома/>

Приборы и реактивы: раствор солихрома (III) CrCl3, едкий натр (гидроксид натрия) NaOH.

Выполнение опыта. В пробирку с раствором хлорида хрома(III) по каплям добавляю раствор едкогонатра до образования серо-зеленого осадка.

Вывод: Гидроксид хрома Cr(OH)3 получается при действии на соль трехвалентногохрома щелочью:

CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3¯ + 3NaCl

/>5. />/>Применениехрома

Основная часть добываемойв мире хромистой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляютсяразличные сорта феррохрома и металлического хрома.

/>Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовленияогнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химическипассивен, устойчив при температурах выше 22000С, хорошо выдерживаетрезкие колебания температур. Магнезитохромитовый кирпич — отличный огнеупорныйматериал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей идругих металлургических агрегатов. Своды из хромомагнезитового кирпичавыдерживают вдвое больше плавок, чем своды из упорного кварцевого материала.

Химики используют хромиты для получениябихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются длядубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют«хромом», а сапоги из нее «хромовыми». Растворимые в воде хроматы натрия икалия применяются в текстильном и кожевенном производстве, как консервантыдревесины (они уничтожают древесные грибки).

Хромовая смесь — сернокислый раствор бихромата калия или натрия используется для мытьяхимической посуды в лабораториях. Наиболее часто применяется раствор содержащейпо массе приблизительно 12 частей K2Cr2O7, 70 частей воды и 22 части H2SO4.

Как бы оправдывая своеназвание, хром принимает деятельное участие в производстве красителей для стекольной,керамической, текстильной промышленности. Нерастворимые хроматы некоторыхметаллов (PbCrO4, ZnCrO4, SrCrO4) — прекрасные художественные краски. Богатствомоттенков — от розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи по фарфору.

В мире драгоценных камнейрубину принадлежит второе место после алмаза. Технология получения искусственногорубина заключается в следующем: в оксид алюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксидахрома (III), — ему-то и обязаны рубиновыекристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины ценятся не только засвои «внешние данные»: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквальнотворить чудеса.

Оксид хрома (III) позволил тракторостроителямзначительно сократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во времякоторой все трущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольнодолго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выходиз положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, всостав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуютсямельчайшие абразивные частицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров идругих подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости,полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортоммасла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.

Замена в рабочем слоемагнитофонной пленки оксида железа на частицы оксида хрома (III) позволила резко улучшить качествозвучания, пленка стала надежнее в работе.

Фотоматериалы илекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия — всюду хром оказывается «при деле». О хромовых покрытиях следует рассказатьподробнее.

5.1 />/>Хром/>и/>рование

Давно было замечено, чтохром не только отличается большой твердостью (в этом отношении у него нет конкурентовсреди металлов), но и хорошо сопротивляется окислению на воздухе, невзаимодействует с кислотами. Тонкий слой этого металла попробовалиэлектролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобыпредохранить их от коррозии, царапин и прочих «травм». Однако хромовые покрытияоказались пористыми, легко отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд.

Почти три четверти векабились ученые над проблемой хромирования, и лишь в 20-х годах прошлого столетияпроблема была решена. Причина неудач заключалась в том, что используемый приэтом электролит содержал трехвалентный хром, который не мог создать нужноепокрытие. А вот его шестивалентному «собрату» такая задача оказалась по плечу.С этого времени в качестве электролита начали применять хромовую кислоту — вней валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий (например, на некоторыхнаружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов) составляет до 0,1миллиметра. Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях — дляотделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезнойопасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома(0,0002-0,0005 миллиметра).

Литовские химикиразработали способ создания многослойной «кольчуги» для особо ответственных деталей.Тончайший верхний слой этого покрытия (под микроскопом его поверхность и всамом деле напоминает кольчугу) состоит из хрома: в процессе службы он первым«принимает огонь на себя», но пока хром окисляется, проходят многие годы. Тем временемдеталь спокойно несет свою ответственную службу.

Хромированию подвергаютсяне только металлические детали, но и изделия из пластмасс. Подвергнутыйиспытаниям широко известный полимер — полистирол, «одетый» в хром, сталпрочнее, для него оказались менее страшными такие известные «враги»конструкционных материалов, как истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется,возрос срок службы деталей.

Существует и другойспособ хромирования — диффузионный, протекающий не в гальванических ваннах, а впечах. Первоначально стальную деталь помещали в порошок хрома и нагревали ввосстановительной атмосфере до высоких температур. При этом на поверхностидетали появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкостизначительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь. Но при температурепримерно 1000°С хромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхностипокрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь.Пришлось подыскивать другой носитель хрома; вместо порошка для этой цели началииспользовать летучие галоидные соли хрома — хлорид или иодид, что позволилоснизить температуру процесса. Хлорид (или иодид) хрома получают непосредственнов установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводороднойкислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразный хлоридобволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. Такоепокрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое.

/>5.2/> />/>Сплавы

Семейство хромовыхсплавов весьма многочисленно.

Таблица3- Основные хромовые сплавы

Название

Хром

Железо

Никель

Алюминий

Кобальт

Вольфрам

Феррохром

65% 35 %

Нихром

15-30% 70-85%

Хромаль

17-30% 64-79% 4-6%

Стеллит

20-25% 1-3% 45-60% 5-29%

Феррохром — сплав хрома с железом, вводимый вжидкую сталь для ее легирования. Вводить хром в чистом виде в сталь оченьзатруднительно — он медленно растворяются в жидком металле, так как температурыего плавления выше, чем у стали. У феррохрома же температура плавления такаяже, как у стали, или ниже.

Нихромы и хромали, устойчивы винтервале 1000-13000C,обладают высоким электросопротивлением, используются для изготовления нагревателейв электрических печах сопротивления.

Добавка к хромоникелевымсплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большиенагрузки при 650-900° С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовыхтурбин.

Стеллит очень твердый сплав, стоек противизноса и коррозии; применяется в металлообрабатывающей промышленности, дляизготовления режущих инструментов.

Комохром — сплав хрома, кобальта и молибденабезвреден для человеческого организма и поэтому используется ввосстановительной хирургии.

Хром входит в составочень многих марок сталей.

/>«Нержавейка» — сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению,содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Но этой стали углерод вреден:карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большие количестваэтого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, асами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться противнатиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей сталидолжно быть минимальным (не более 0,1%).

При высоких температурахсталь может покрываться «чешуей» окалины. В некоторых машинах деталинагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не«страдала» окалинообразованием, в нее вводят 25-30% хрома. Такая стальвыдерживает температуры до 1000°С.

Хромолибденовые сталииспользуются для создания фюзеляжей самолетов.

6. />/>Экологическиепроблемы

(Влия/>ниегеологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на окружающую среду)

Хром относится к высокотоксичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождаетсяраздражением кожи или слизистой оболочки, иногда с образованием язв. Поражаютони главным образом верхние дыхательные пути, легкие и глаза. Оксиды хромаменее токсичны, чем чистый металл.

Таблица 4-Предельно допустимыеконцентрации оксидов хрома

CrO3

Cr2O3

Разовая в воздухе населенных мест, мг/м3

0,01 1,0

Суточная в воздухе населенных мест мг/м3

0,0015 - В воде для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения, мг/л 0,1 1,0 В воде для рыбохозяйственных целей, мг/л 0,1 0,5

При проведениигеологоразведочных работ на хромовые руды не требуются специальные меры позащите окружающей среды. При добыче хромовых руд для исключения попаданиярудной пыли в воздух населенных пунктов следует выполнять ряд условий:соблюдение определенного расстояния от населенных пунктов, орошение дорог вкарьерах и в складах добытой руды.

Наиболее значительноенарушение окружающей среды связано с переработкой хромового сырья, при которомв воздух попадает значительное количество пыли при сухом долблении исортировке. При мокром обогащении сточные воды нуждаются в отчистке от хрома,его оксидов, что исключает сброс сточных вод в водоемы и требует строительстваэкранированных шламохранилищ.

/>/>/>/>Заключение

В данной работерассмотрены основные вопросы изучения свойств />хрома-химического элемента VIгруппы периодической системы Менделеева.

В первых двух разделахреферата кратко изложены факты открытия и дальнейшего использования хрома,указана особенность распространения хрома в природных месторождениях: хромникогда не встречается в несвязанном состоянии.

Далее рассмотреныфизические свойства хрома. Отмечены/> аномальныеизменения физических свойств хрома при температуре 370С.

Основные разделы рефератапосвящены изучению химических свойств хрома и его соединений. Отмечены малаяхимическая активность хрома, сильные окислительные свойства и высокаятоксичность его соединений.

/>/>Отдельный раздел посвященэкспериментальному исследованию свойств основных практически значимыхсоединений хрома — оксидов, гидроксидов и солей/>. Всеопыты подтверждены соответствующими химическими реакциями. Результатыэкспериментов могут быть использованы при формировании лабораторного практикумапо разделу «Металлы» курса химии школьной программы.

/>Также в реферате рассмотрены вопросы промышленного применения хрома иэкологические проблемы его добычи и переработки.

/>/>/>/>Литература

1. Лисицын А.Е., Остапенко П.Е.Минеральное сырье. Хром // Справочник. — М.: ЗАО Геоинформмарк, 1999. — 25 с.

2. Салли А., Брендз Э. Хром.- Изд. 2-епереработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971.- 360 с.

3. Химия. Решение задач: учеб. пособиедля уч. сред. и ст. шк. в/>озраста/ Авт.- сост.А.Е.Хасанов. — Мн.: Современный литератор, 1999. -448 с.

4. Неорганическая химия. Энциклопедияшкольника/ Гл. ред. И.П.Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.

5. Энциклопедический словарь юногохимика/ Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо.- М.: Педагогика, 1982.- 368 с.

/>/>/>Приложение А

(справочное)

/>Таблица А.1-Важнейшие природныесоединения хрома

Название минерала Химическая формула

/>Хромистый железняк