Получение

Получение.

Металлический хром получают восстановлением оксида хрома III при нагревании с алюминием Сr2О3 2Аl Аl2О3 2Сr Металлический хром получают также электролизом водных растворов соединений хрома. В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы это был хромовый ангидрид смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры.

Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходное вещество. Так впервые был выделен новый элемент.

Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и металлического хрома. Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси окислов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. К этому же времени относятся и первые попытки выплавить углеродистый феррохром в доменной печи. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь.

Потребность в феррохроме начала резко расти. Важную роль в развитии производства феррохрома сыграл электрический ток, точнее электротермический способ получения металлов и сплавов. В 1893 году французский ученый Муассан выплавил в электропечи углеродистый феррохром, содержащий 60 хрома и 6 углерода. В дореволюционной России ферросплавное производство развивалось черепашьими темпами. Мизерные количества ферросилиция и ферромарганца выплавляли доменные печи южных заводов.

В 1910 году на берегу реки Сатки Южный Урал был построен маленький электрометаллургический завод Пороги, который стал производить феррохром, а затем и ферросилиций. Но об удовлетворении нужд своей промышленности не могло быть и речи потребность России в ферросплавах приходилось почти полностью покрывать ввозом их из других стран. Физические свойства. Хром серовато-белый блестящий металл по внешнему виду похож на сталь. Из металлов он самый твердый, его плотность 7,19 гсм3, т. пл. 1855 С. Природный хром состоит из смеси 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 37С он ведет себя явно вызывающе многие его физические свойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений.

Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут объяснить эту аномалию. 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 свойства присущи шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом до 1,5, входит углерод около 1. Образующиеся в ней карбиды хрома отличаются исключительной твердостью они-то и позволяют металлу уверенно сопротивляться одному из опаснейших врагов износу. В качестве представителя металлов, относящихся к побочным подгруппам периодической системы, рассмотрим хром он возглавляет побочную подгруппу VI группы.

Хром металл, по внешнему виду похожий на сталь. От ранее рассмотренных металлов он, как и все металлы с достраивающимся предпоследним электронным слоем атома, отличается тугоплавкостью и твердостью. По твердости хром превосходит все металлы, он царапает стекло. Химические свойства. Расположение электронов на 3d- и 4s-орбиталях атома хрома можно представить схемой Отсюда видно, что хром может проявлять в соединениях различные степени окисления от 1 до 6 из них наиболее устойчивы соединения хрома со степенями окисления 2, 3, 6. Таким образом, в образовании химических связей участвует не только электрон внешнего уровня, но и пять электронов d-подуровня второго снаружи уровня.

Как и у алюминия, на поверхности хрома образуется оксидная пленка Сr2О3. Поэтому хром в разбавленных серной и соляной кислотах начинает растворяться не сразу, а после растворения оксидной пленки Cr 2HCr5 H2 В азотной и концентрированной серной кислотах хром не растворяется, так как его оксидная пленка упрочняется, т. е. хром переходит в пассивное состояние.

По этой же причине не взаимодействуют с хромом разбавленные серная и соляная кислоты, содержащие растворенный кислород. Пассивацию хрома можно устранить очисткой поверхности металла. При высокой температуре хром горит в кислороде, образуя оксид Cr2О3. Раскаленный хром реагирует с парами воды 2Cr ЗН2О Cr2О3 ЗН2 Металлический хром при нагревании 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 не изменяется. Поэтому хромом с помощью электролиза его соединений покрывают хромируют стальные изделия для предохранения их от ржавления и механического износа. Эти же качества хром придает своим сплавам с железом хромистым сталям. К ним относится нержавеющая сталь, содержащая около 12 хрома. В быт нержавеющая сталь вошла в виде вилок, ножей и других предметов домашнего обихода. Блестящие, серебристого цвета полосы нержавеющей стали украшают арки станции Маяковская Московского метрополитена.

При химических реакциях атом хрома может отдавать, кроме единственного электрона наружного слоя, до 5 электронов предпоследнего слоя, т. е. проявлять высшую степень окисления 6. Но, как и все элементы с достраивающимся предпоследним слоем атома, хром проявляет несколько значений степеней окисления, т. е. кроме высшего и низшие значения, а именно 2 и 3. У металлов с переменной валентностью, как и у элементов одного и того же периода, например III, с возрастанием степени окисления уменьшается радиус иона. Так, у хрома Радиус иона При этом соблюдается та же самая закономерность в изменении химических свойств соединений металла с возрастанием его степени окисления, как у элементов одного и того же периода, а именно 1. С возрастанием степени окисления основные свойства гидроксидов ослабляются, а кислотные усиливаются. 2. При одинаковых значениях степени окисления и близких значениях ионного радиуса химические свойства гидроксидов элементов оказываются сходными.

Это мы и наблюдаем на гидроксидах хрома, учитывая близость численных значений радиусов ионов Сг2 и Mg2 Сг3 и А13 С г6 и S6 Гидроксиды хрома Гидроксиды элементов III периода Хром образует три ряда соединений Познакомимся с важнейшими из этих соединений.

При растворении хрома в кислотах получаются соли, в которых хром двухвалентен, например Соединения двухвалентного хрома сходны по составу и свойствам с соединениями магния гидроксид хрома II является основанием. проявляют все соединения, в которых содержится хром в степени окисления 6 оксид Применение.

Хром широко используется, как добавочный материал к металлам, для получения высококачественной стали, подшипников и др. данный процесс называется хромированием. Молодое Советское государство не могло зависеть от капиталистических стран в такой важнейшей отрасли промышленности, как производство 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 и строительство ферросплавных заводов. В 1931 году вошел в строй Челябинский завод ферросплавов, ставший первенцем нашей ферросплавной промышленности. Один из создателей советской качественной металлургии член-корреспондент Академии наук СССР В. С. Емельянов в эти годы находился в Германии, куда он был направлен для изучения опыта зарубежных специалистов.

Да, в то время наша хромистая руда вывозилась не только в Германию, но и в Швецию, Италию, США. И у них же нам приходилось покупать феррохром. Но когда вслед за Челябинским в 1933 году были построены еще два ферросплавных завода в Запорожье и Зестафони, наша страна не только прекратила ввозить важнейшие ферросплавы, в том числе и феррохром, но и получила возможность экспортировать их за границу.

Качественная металлургия страны была практически полностью обеспечена необходимыми материалами отечественного производства. 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 количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода.

Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали 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 1000С В качестве нагревательных элементов успешно служат сплавы хрома с никелем нихромы.

Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при t 650 900 С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин. Сплав кобальта, молибдена и хрома комохром безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии. Одна из американских фирм недавно создала новые материалы, магнитные свойства которых изменяются под влиянием температуры. Эти материалы, основу которых составляют соединения марганца, хрома и сурьмы, по мнению ученых, найдут применение в различных автоматических устройствах, чувствительных к колебаниям температуры, и смогут заменить более дорогие термоэлементы.

Хромиты широко используют и в огнеупорной промышленности. Магнезитохромитовый кирпич отличный огнеупорный материал для футеровки мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Этот материал обладает высокой термостойкостью, ему не страшны многократные резкие изменения температуры.

Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют хромом, а сапоги из нее хромовыми. Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной промышленности. Окись хрома позволила тракторостроителям значительно сократить сроки обкатки двигателей.

Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны привыкнуть друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошла окись хрома. Секрет действия присадки прост при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы окиси хрома, которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали.

Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность 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 Частицы окиси хрома. Замена оказалась удачной качество звучания резко улучшилось, пленка стала надежнее в работе.

Новинкой в первую очередь предполагается обеспечить блоки магнитной памяти электронно-вычислительных машин. Почти три четверти века бились ученые над проблемой хромирования, и лишь в 20-х годах нашего столетия проблема была решена. Причина неудач заключалась в том, что используемый при этом электролит содержал трехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот его шестивалентному собрату такая задача оказалась по плечу. С этого времени в качестве электролита начали применять хромовую кислоту в ней валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий например, на некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов составляет до 0,1 миллиметра.

Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезной опасности. 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.

Первоначально стальную деталь помещали в порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких температур. При этом на поверхности детали появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь. Но и здесь нашлись свои но при температуре примерно 1000С хромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь.

Пришлось подыскивать другой носитель хрома вместо порошка для этой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома хлорид или иодид, что позволило снизить температуру процесса. Хлорид или иодид хрома получают непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразный хлорид обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом.

Такое покрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое. До последнего времени хромировали только металлические детали. А недавно советские ученые научились наносить хромовую броню на изделия из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер полистирол, одетый в хром, стал прочнее, для него оказались менее страшными 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 обратимся к 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 была для нас символом технического прогресса. И вот теперь Англия покупает наш феррохром Англичане понимают толк в том, что покупают.