Реферат: Хром

/>/>/>/> 

Реферат

ТЕМА:

Хром 

 

               Выполнил: Фединяк С.

                Проверил:Гуляева Т.А.

КАРАГАНДА2001г.

Оглавление:

Введение… 3

Нахождение в природе… 3

Происхождение… 4

Получение… 5

Физические свойства… 5

Химические свойства… 6

Применение… 8

Резюме… 10

Список Литературы:… 11

/> <td/> />
Введение.

К металлам побочных подгрупппериодической системы Д. И. Менделеева относятся все d-элементы. Таких подгрупп 10: скандия, титана, ванадия, хрома,марганца, железа, кобальта, никеля, меди и цинка. Здесь рассматриваются общиехарактеристики подгрупп хрома и семейства железа.

Побочную подгруппу VI группы составляют следующие элементы —хром Cr, молибден Мо и вольфрам W. Хром возглавляет побочную подгруппу 4группы. Его электронная формула +24Cr 1s2|2s22p6|3s23p63d5|4s1

На внешнем энергетическомуровне атомов хрома и молибдена содержится по одному электрону, вольфрама — дваэлектрона, что обусловливает металлический характер этих элементов и отлично отэлементов главной подгруппы. В соответствии с числом валентных электронов онипроявляют максимальную степень окисления +6 и образуют оксиды типа RO3, которым соответствуют кислоты общейформулы H2RO4.Сила кислот закономерноснижается от хрома к вольфраму. Большинство солей этих кислот в воде малорастворимо,хорошо растворяются только соли щелочных металлов и аммония.

Элементы подгруппы хромапроявляют также степени окисления +5, +4, +3, +2. Но наиболее типичны соединениявысшей степени окисления, которые во многом весьма похожи на соответствующиесоединения серы. С водородом элементы подгруппы хрома соединений не образуют.

С ростом порядкового номера вподгруппе возрастает температура плавления металлов. Вольфрам плавится при 3390°С. Это самый тугоплавкий металл. Поэтому его используют для изготовления нитейв электрических лампочках накаливания.

Металлы подгруппы хрома вобычных условиях весьма устойчивы к воздействию воздуха и воды. При нагреваниивзаимодействуют с кислородом, галогенами, азотом, фосфором, углем, кремнием идр. Известны их многочисленные сплавы с другими металлами. Сплавы и самиметаллы — весьма ценные материалы современной техники.

По физическим и химическимсвойствам молибден и вольфрам сходны между собой и несколько отличаются отхрома. Химическая активность металлов в ряду хром — молибден — вольфрам заметнопонижается.

/>/>Нахождение в природе.

Хром встречается ввидесоединений в различных минералах. Наиболее распространен минерал хромит, илихромистый железняк FeCr204,богатые месторождениякоторого имеются на Урале и в Казахстане. Массовая доля хрома в земной коресоставляет 0,03%. Хром обнаружен на Солнце, звездах и в метеоритах.

… Еще в 1766 году петербургский профессор химии И. Г.Леман описал новый минерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15километрах от Екатеринбурга (ныне Свердловск). Обрабатывая камень солянойкислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся беломосадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудникиописал 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 цвет киновари),тяжелая и полупрозрачная… Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минералабывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошокона дает красивую желтую краску...».

В 1936 году в Казахстане, в районе Актюбинска, былинайдены огромные залежи хромита — основного промышленного сырья дляпроизводства феррохрома. В годы войны на базе этого месторождения был построенАктюбинский ферросплавный завод, который впоследствии стал крупнейшимпредприятием по выпуску феррохрома и хрома всех марок.

Богат хромистой рудой и Урал. Здесь расположенобольшое число месторождений этого металла: Сарановское, Верблюжьегорское,Алапаевское, Монетная дача, Халиловское и др. По разведанным запасам хромистыхруд Россия занимает ведущее место в мире.

Руды хрома имеются в Турции, Индии, Новой Каледонии,на Кубе, в Греции, Югославии, некоторых странах Африки. В то же время такиепромышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, Норвегия,совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь оченьбедными рудами, практически не пригодными для производства феррохрома. Всего жена долю хрома приходится 0,02% земной коры.

/>/>Происхождение.

Найденный минерал был назван «сибирским краснымсвинцом». Впоследствии за ним закрепилось название «крокоит».

Образец этогоминерала был в конце XVIII века привезен Палласом в Париж. Крокоитомзаинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году онподверг минерал химическому анализу. «Все образцы этого вещества, которыеимеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, — писал Воклен в своемотчете, — были получены из этого (т. е. Березовского.—С. В.) золотого рудника.Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько летназад запасы минерала в руднике истощились и теперь этот минерал покупают навес золота, в особенности, если он желтый. Образцы минерала, не имеющиеправильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их вживописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся навоздухе… Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая формасибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться егоприродой и местом, где он был найден; большой удельный вес и сопутствующая емусвинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этомминерале...».

Один из друзей Воклена предложил емуназвать элемент хромом (по-гречески «хрома» — окраска) из-за яркого разнообразногоцвета его соединений. Между прочим, слог «хром» в значении «окрашенный» входитво многие термины, не связанные с элементом хромом: слово «хромосома»,например, в переводе с греческого означает «тело, которое окрашивается»; дляполучения цветного, изображения пользуются прибором хромоскопом; фотолюбителямхорошо известны пленки «изопанхром», «панхром», «ортохром»; яркие образования ватмосфере Солнца астрофизики называют хромосферными вспышками и т. д.

Сначала Воклену не понравилосьпредложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраскуи как будто не оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговоритьВоклена и, после того как французская Академия наук по всей формезарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово «хром» в спискиизвестных науке элементов.

Свое название хром получил от греческогослова «хрома» — краска за то, что все соединения хрома имеют яркие окраски.

/>/>Получение.

Металлический хром получаютвосстановлением оксида хрома (III) принагревании с алюминием:

Сr2О3+ 2Аl = Аl2О3 +2Сr

Металлический хром получаюттакже электролизом водных растворов соединений хрома.

В 1797 году Воклен повторил анализ.Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия ипрокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтыйраствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. Придобавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакциисо 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 хромовыйангидрид) 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 исходное вещество.Так впервые был выделен новый элемент.

Основная часть добываемой в мире хромистой рудыпоступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сортаферрохрома и металлического хрома.

Впервые феррохром был получен в 1820 годувосстановлением смеси окислов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1854году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворовхлорида хрома. К этому же времени относятся и первые попытки выплавитьуглеродистый феррохром в доменной печи. В 1865 году был выдан первый патент нахромистую сталь. Потребность в феррохроме начала резко расти.

Важную роль в развитии производства феррохрома сыгралэлектрический ток, точнее электротермический способ получения металлов исплавов. В 1893 году французский ученый Муассан выплавил в электропечиуглеродистый феррохром, содержащий 60% хрома и 6% углерода.

В дореволюционной России ферросплавное производстворазвивалось черепашьими темпами. Мизерные количества ферросилиция иферромарганца выплавляли доменные печи южных заводов. В 1910 году на берегуреки Сатки (Южный Урал) был построен маленький электрометаллургический завод«Пороги», который стал производить феррохром, а затем и ферросилиций. Но обудовлетворении нужд своей промышленности не могло быть и речи: потребностьРоссии в ферросплавах приходилось почти полностью покрывать ввозом их из другихстран.

/>/>Физические свойства.

Хром — серовато-белыйблестящий металл по внешнему виду похож на сталь. Из металлов он самый твердый,его плотность 7,19 г/см3, т. пл. 1855 °С. Природный хром состоит изсмеси пяти изотопов с массовыми числами 50, 52, 53, 54 и 56.Радиоактивные изотопы получены искусственно.

Хром обладает всеми характерными свойствами металлов —хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току,имеет присущий большинству металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома:при температуре около 37°С он ведет себя явно «вызывающе» — многие его физическиесвойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннеетрение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальныхзначений. Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейногорасширения, термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут объяснить этуаномалию.

Даже незначительные примеси делают хром очень хрупким,поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют,зато как легирующий элемент он издавна пользуется у металлургов почетом.Небольшие добавки его придают стали твердость и износостойкость. Такие свойстваприсущи шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом (до 1,5%),входит углерод (около 1%). Образующиеся в ней карбиды хрома отличаютсяисключительной твердостью — они-то и позволяют металлу уверенно сопротивлятьсяодному из опаснейших врагов — износу.

В качестве представителяметаллов, относящихся к побочным подгруппам периодической системы, рассмотримхром: он возглавляет побочную подгруппу VI группы. Хром — металл, по внешнему виду похожий на сталь. От ранеерассмотренных металлов он, как и все металлы с достраивающимся предпоследнимэлектронным слоем атома, отличается тугоплавкостью и твердостью. По твердостихром превосходит все металлы, он царапает стекло.

/>/>Химические свойства./> <td/> />
Расположение электронов на 3d- и4s-орбиталях атома хрома можно представитьсхемой:

Отсюда видно, что хром  можетпроявлять в соединениях различные степени окисления — от +1 до +6; из нихнаиболее устойчивы соединения хрома со степенями окисления +2, +3, +6. Такимобразом, в образовании химических связей участвует не только электрон внешнегоуровня, но и пять электронов d-подуровнявторого снаружи уровня.

Как и у алюминия, наповерхности хрома образуется оксидная пленка Сr2О3.Поэтому хром в разбавленных серной и соляной кислотах начинает растворяться несразу, а после растворения оксидной пленки:

Cr + 2H+=Cr5+ + H2­

В азотной и концентрированнойсерной кислотах хром не растворяется, так как его оксидная пленка упрочняется,т. е. хром переходит в пассивное состояние. По этой же причине невзаимодействуют с хромом разбавленные серная и соляная кислоты, содержащиерастворенный кислород. Пассивацию хрома можно устранить очисткой поверхностиметалла.

При высокой температуре хромгорит в кислороде, образуя оксид Cr2О3. Раскаленный хромреагирует с парами воды:

2Cr + ЗН2О= Cr2О3 + ЗН2 ­

Металлический хром принагревании реагирует также с галогенами, галогеноводородами, серой, азотом,фосфором, углем, кремнием и бором. Например:

Cr + 2HF = CrF2 + H2­;       2Cr + N2 = 2CrN

2Cr +3S = Cr2S3;      Cr + Si = CrSi

На воздухе хром совершенно неизменяется. Поэтому хромом с помощью электролиза его соединений покрывают —хромируют — стальные изделия для предохранения их от ржавления и механическогоизноса. Эти же качества хром придает своим сплавам с железом — хромистымсталям. К ним относится нержавеющая сталь, содержащая около 12% хрома.

В быт нержавеющая сталь вошлав виде вилок, ножей и других предметов домашнего обихода. Блестящие,серебристого цвета полосы нержавеющей стали украшают арки станции «Маяковская»Московского метрополитена.

При химических реакциях атомхрома может отдавать, кроме единственного электрона наружного слоя, до 5электронов предпоследнего слоя, т. е. проявлять высшую степень окисления (+6).Но, как и все элементы с достраивающимся предпоследним слоем атома, хромпроявляет несколько значений степеней окисления, т. е. кроме высшего и низшиезначения, а именно + 2 и + 3. У металлов с переменной валентностью, как и уэлементов одного и того же периода, например III, с возрастанием степениокисления уменьшается радиус иона. Так, у хрома:

/>

Радиус иона

 

При этом соблюдается та жесамая закономерность в изменении химических свойств соединений металла свозрастанием его степени окисления, как у элементов одного и того же периода, аименно:

1. С возрастанием степениокисления основные свойства гидроксидов ослабляются, а кислотные усиливаются.

2. При одинаковых значенияхстепени окисления и близких значениях ионного радиуса химические свойствагидроксидов элементов оказываются сходными.

Это мы и наблюдаем нагидроксидах хрома, учитывая близость численных значений радиусов ионов Сг2и Mg2; Сг3 и А13; С г6и S6*:

/>

Гидроксиды хрома

Гидроксидыэлементов III периода

Хром образует три рядасоединений:

/>

Познакомимся  с важнейшими изэтих соединений. При растворении хрома в кислотах получаются соли, в которыххром двухвалентен, например:

/>

Соединения двухвалентногохрома сходны по составу и свойствам с соединениями магния; гидроксид хрома (II) является основанием.

проявляют все соединения, вкоторых содержится хром в степени окисления +6: оксид

/>/>Применение.

Хром широко используется, как добавочный материал кметаллам, для получения высококачественной стали, подшипников и др. данныйпроцесс называется хромированием.

Молодое Советское государство не могло зависеть откапиталистических стран в такой важнейшей отрасли промышленности, какпроизводство качественных сталей, являющейся основным потребителем ферросплавов.Чтобы воплотить в жизнь грандиозные планы индустриализации нашей страны,требовалась сталь—конструкционная, инструментальная, нержавеющая, шарикоподшипниковая,автотракторная. Один из важнейших компонентов этих сталей — хром.

Уже в 1927—1928 годах началось проектирование истроительство ферросплавных заводов. В 1931 году вошел в строй Челябинскийзавод ферросплавов, ставший первенцем нашей ферросплавной промышленности. Одиниз создателей советской качественной металлургии член-корреспондент Академиинаук СССР В. С. Емельянов в эти годы находился в Германии, куда он былнаправлен для изучения опыта зарубежных специалистов.

Да, в то время наша хромистая руда вывозилась нетолько в Германию, но и в Швецию, Италию, США. И у них же нам приходилосьпокупать феррохром.

Но когда вслед заЧелябинским в 1933 году были построены еще два ферросплавных завода—в Запорожьеи Зестафони, наша страна не только прекратила ввозить важнейшие ферросплавы, втом числе и феррохром, но и получила возможность экспортировать их за границу.Качественная металлургия страны была практически полностью обеспеченанеобходимыми материалами отечественного производства.

«Нержавейка»—сталь, отлично противостоящая коррозии иокислению, содержит примерно 17—19% хрома и 8—13% никеля. Но этой стали углеродвреден: карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большиеколичества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зеренстали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко оборонятьсяпротив натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющейстали должно быть минимальным (не более 0,1%).

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

В качестве нагревательных элементов успешно служатсплавы хрома с никелем — нихромы. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта имолибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при t = 650—900°С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин.<sup/>Сплав кобальта,молибдена и хрома («комохром») безвреден для человеческого организма и поэтомуиспользуется в восстановительной хирургии.

Одна из американских фирм недавно создала новыематериалы, магнитные свойства которых изменяются под влиянием температуры. Этиматериалы, основу которых составляют соединения марганца, хрома исурьмы,по мнению ученых, найдут применение в различных автоматических устройствах,чувствительных к колебаниям температуры, и смогут заменить более дорогиетермоэлементы.

Хромиты широко используют и в огнеупорнойпромышленности. Магнезитохромитовый кирпич—отличный огнеупорный материал дляфутеровки мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Этот материалобладает высокой термостойкостью, ему не страшны многократные резкие изменениятемпературы.

Химики используют хромиты для получения бихроматовкалия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дублениякожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют «хромом», асапоги из нее «хромовыми».

Как бы оправдывая свое название, хром принимаетдеятельное участие в производстве красителей для стекольной, керамической,текстильной промышленности.

Окись хрома позволила тракторостроителям значительносократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой всетрущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольно долго иэто, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход изположения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в составкоторой вошла окись хрома. Секрет действия присадки прост: при сгорании топливаобразуются мельчайшие абразивные частицы окиси хрома, которые, оседая навнутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях,быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Этаприсадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократитьпродолжительность обкатки.

Недавно окись хрома приобрела еще одну интересную«специальность»: в США изготовлена экспериментальная магнитофонная пленка,рабочий слой которой содержит не частицы окиси железа, как обычно, а Частицыокиси хрома. Замена оказалась удачной — качество звучания резко улучшилось,пленка стала надежнее в работе. Новинкой в первую очередь предполагаетсяобеспечить блоки магнитной памяти электронно-вычислительных машин.

Почти три четверти века бились ученые над проблемойхромирования, и лишь в 20-х годах нашего столетия проблема была решена. Причинанеудач заключалась в том, что используемый при этом электролит содержалтрехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот егошестивалентному «собрату» такая задача оказалась по плечу. С этого времени вкачестве электролита начали применять хромовую кислоту — в ней валентностьхрома 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).

Существует и другой способ хромирования —диффузионный, протекающий не в гальванических ваннах, а в печах. Первоначальностальную деталь помещали в порошок хрома и нагревали в восстановительнойатмосфере до высоких температур. При этом на поверхности детали появлялсяобогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительнопревосходящий сталь, из которой сделана деталь. Но (и здесь нашлись свои «но»)при температуре примерно 1000°С хромовый порошок спекается и, кроме того, наповерхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузиихрома в сталь. Пришлось подыскивать другой носитель хрома; вместо порошка дляэтой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома — хлорид или иодид,что позволило снизить температуру процесса.

Хлорид (или иодид) хрома получают непосредственно вустановке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводороднойкислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразныйхлорид обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом.Такое покрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чемгальваническое.

До последнего времени хромировали только металлическиедетали. А недавно советские ученые научились наносить хромовую «броню» наизделия из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известныйполимер—полистирол, «одетый» в хром, стал прочнее, для него оказались менеестрашными такие известные «враги» конструкционных материалов, как истирание,изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей.

/>/>Резюме.

… Прежде чем закончить рассказ о хроме, мы вновь обратимсяк воспоминаниям В. С. Емельянова. «Года два назад,—писал ученый в 1967 году, —я узнал глубоко взволновавшую меня новость, оставшуюся в нашей стране — увы! —незамеченной. Мы продали партию феррохрома Англии — стране, которая всегда быладля нас символом технического прогресса. И вот теперь Англия покупает нашферрохром! Англичане понимают толк в том, что покупают».

/>/>Список Литературы:

1.  «Химия за 11 класс».Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман

2.  «Неорганическая химияза 9 класс». Ю.В. Ходаков, Д.А. Эпштейн, П.А. Глоризов.

3.  «Химия дляподготовительных отделений». Г.П. Хомченко.

4.  Интернет.