الخواص الكيميائية. حالة أكسدة الكروم الكروم وخصائصه الكيميائية

الكروم عنصر كيميائي برقم ذري 24. وهو معدن صلب ولامع ذو لون رمادي فولاذي مصقول جيدًا ولا يفقد بريقه. تستخدم في السبائك مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وكطلاء. يحتاج جسم الإنسان إلى كميات صغيرة من الكروم ثلاثي التكافؤ لاستقلاب السكر، ولكن الكروم (VI) شديد السمية.

مركبات الكروم المختلفة، مثل أكسيد الكروم (III) وكرومات الرصاص، تكون ذات ألوان زاهية وتستخدم في الدهانات والأصباغ. يرجع اللون الأحمر للياقوت إلى وجود هذا العنصر الكيميائي. بعض المواد، وخاصة الصوديوم، هي عوامل مؤكسدة تستخدم لأكسدة المركبات العضوية و(مع حمض الكبريتيك) لتنظيف الأواني الزجاجية في المختبر. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام أكسيد الكروم (VI) في إنتاج الشريط المغناطيسي.

الاكتشاف وأصل الكلمة

تاريخ اكتشاف عنصر الكروم الكيميائي هو كما يلي. في عام 1761، اكتشف يوهان جوتلوب ليمان معدنًا برتقاليًا أحمر اللون في جبال الأورال وأطلق عليه اسم "الرصاص الأحمر السيبيري". على الرغم من أنه تم تحديده خطأً على أنه مركب من الرصاص مع السيلينيوم والحديد، إلا أن المادة كانت في الواقع كرومات الرصاص مع الصيغة الكيميائية PbCrO 4 . يُعرف اليوم باسم معدن الكروكونتي.

في عام 1770، زار بيتر سيمون بالاس الموقع الذي عثر فيه ليمان على معدن الرصاص الأحمر، والذي كان له خصائص مفيدة جدًا كصبغة في الدهانات. تطور استخدام الرصاص الأحمر السيبيري كطلاء بسرعة. وبالإضافة إلى ذلك، أصبح اللون الأصفر الساطع للكروكونت من المألوف.

وفي عام 1797، حصل نيكولا لويس فاوكيلين على عينات من اللون الأحمر عن طريق خلط الكروكونت مع حمض الهيدروكلوريك، وحصل على أكسيد الكروم 3. تم عزل الكروم كعنصر كيميائي في عام 1798. حصل عليه فاوكيلين عن طريق تسخين الأكسيد بالفحم. كما تمكن من اكتشاف آثار الكروم في الأحجار الكريمة مثل الياقوت والزمرد.

في القرن التاسع عشر، كان الكروم يستخدم في المقام الأول في الأصباغ وأملاح الدباغة. اليوم، يتم استخدام 85٪ من المعدن في السبائك. أما الباقي فيستخدم في الصناعات الكيميائية والحرارية والمسبك.

إن نطق العنصر الكيميائي الكروم يتوافق مع الكلمة اليونانية χρῶμα والتي تعني "اللون"، وذلك لتنوع المركبات الملونة التي يمكن الحصول عليها منه.

استخراج وإنتاج

يتم إنتاج العنصر من الكروميت (FeCr 2 O 4). يتم استخراج ما يقرب من نصف خام العالم في جنوب أفريقيا. بالإضافة إلى ذلك، تعد كازاخستان والهند وتركيا من المنتجين الرئيسيين. هناك ما يكفي من رواسب الكروميت المستكشفة، لكنها تتركز جغرافيا في كازاخستان وجنوب أفريقيا.

تعتبر رواسب معدن الكروم الأصلي نادرة، لكنها موجودة. على سبيل المثال، يتم استخراجه في منجم Udachnaya في روسيا. وهي غنية بالماس، وقد ساعدت البيئة المختزلة في إنتاج الكروم النقي والماس.

لإنتاج المعادن الصناعية، تتم معالجة خامات الكروميت بالقلويات المنصهرة (الصودا الكاوية، NaOH). في هذه الحالة، يتم تشكيل كرومات الصوديوم (Na 2 CrO 4)، والذي يتم اختزاله بواسطة الكربون إلى أكسيد Cr 2 O 3. يتم إنتاج المعدن عن طريق تسخين الأكسيد في وجود الألومنيوم أو السيليكون.

في عام 2000، تم استخراج ما يقرب من 15 مليون طن من خام الكروميت ومعالجته إلى 4 ملايين طن من الفيروكروم، وهو سبيكة حديد كروم بنسبة 70٪، بقيمة سوقية تقريبية تبلغ 2.5 مليار دولار أمريكي.

الخصائص الرئيسية

ترجع خصائص العنصر الكيميائي الكروم إلى أنه معدن انتقالي من الفترة الرابعة من الجدول الدوري ويقع بين الفاناديوم والمنغنيز. المدرجة في المجموعة السادسة. يذوب عند درجة حرارة 1907 درجة مئوية. في وجود الأكسجين، يشكل الكروم بسرعة طبقة رقيقة من الأكسيد، والتي تحمي المعدن من التفاعل الإضافي مع الأكسجين.

كعنصر انتقالي، فإنه يتفاعل مع المواد بنسب مختلفة. وبالتالي، فإنه يشكل مركبات لها حالات أكسدة مختلفة. الكروم هو عنصر كيميائي له الحالات الأساسية +2، +3، و+6، منها +3 هو الأكثر استقرارًا. بالإضافة إلى ذلك، في حالات نادرة، تتم ملاحظة الظروف +1 و+4 و+5. تعتبر مركبات الكروم في حالة الأكسدة +6 عوامل مؤكسدة قوية.

ما هو لون الكروم؟ العنصر الكيميائي يعطي لون الياقوت. يُستخدم أيضًا Cr 2 O 3 كصبغة تسمى الكروم الأخضر. أملاحها لون الزجاج الأخضر الزمردي. الكروم هو العنصر الكيميائي الذي وجوده يجعل الياقوت أحمر. ولذلك، يتم استخدامه في إنتاج الياقوت الاصطناعي.

النظائر

نظائر الكروم لها أوزان ذرية تتراوح من 43 إلى 67. عادة، يتكون هذا العنصر الكيميائي من ثلاثة أشكال مستقرة: 52 Cr، 53 Cr و 54 Cr. ومن بين هذه العناصر، يعتبر 52 كروم هو الأكثر شيوعًا (83.8% من إجمالي الكروم الطبيعي). بالإضافة إلى ذلك، تم وصف 19 نظيرًا مشعًا، أكثرها استقرارًا هو 50 Cr مع عمر نصف يتجاوز 1.8x10 17 سنة. 51Cr له عمر نصف يبلغ 27.7 يومًا، وبالنسبة لجميع النظائر المشعة الأخرى لا يتجاوز 24 ساعة، وفي معظمها يدوم أقل من دقيقة واحدة. يحتوي العنصر أيضًا على حالتين تعريفيتين.

نظائر الكروم في القشرة الأرضية، كقاعدة عامة، تصاحب نظائر المنغنيز، والذي يستخدم في الجيولوجيا. يتشكل 53 Cr أثناء التحلل الإشعاعي لـ 53 Mn. وتعزز نسبة نظائر المنغنيز والكروم أدلة أخرى حول التاريخ المبكر للنظام الشمسي. تثبت التغيرات في نسب 53 Cr/ 52 Cr وMn/Cr من النيازك المختلفة أن نوى ذرية جديدة قد تم إنشاؤها قبل تكوين النظام الشمسي مباشرة.

عنصر الكروم الكيميائي: خصائصه، صيغة المركبات

يعد أكسيد الكروم (III) Cr 2 O 3، المعروف أيضًا باسم سيسكيوكسيد، أحد الأكاسيد الأربعة لهذا العنصر الكيميائي. يتم الحصول عليه من الكروميت. يُطلق على مركب اللون الأخضر اسم "الكروم الأخضر" عند استخدامه كصبغة لطلاء المينا والزجاج. يمكن أن يذوب الأكسيد في الأحماض ويشكل الأملاح وفي القلويات المنصهرة - الكروميت.

ثاني كرومات البوتاسيوم

K 2 Cr 2 O 7 هو عامل مؤكسد قوي ويفضل كوسيلة لتنظيف زجاجيات المختبر من المواد العضوية. ولهذا الغرض، يتم استخدام محلوله المشبع في بعض الأحيان، ومع ذلك، يتم استبداله بثنائي كرومات الصوديوم، بناءً على قابلية ذوبان الأخير. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه تنظيم عملية أكسدة المركبات العضوية، وتحويل الكحول الأولي إلى ألدهيد ومن ثم إلى ثاني أكسيد الكربون.

يمكن أن يسبب ثنائي كرومات البوتاسيوم التهاب الجلد الكرومي. من المحتمل أن يسبب الكروم حساسية تؤدي إلى تطور التهاب الجلد، خاصة في اليدين والساعدين، وهو مرض مزمن ويصعب علاجه. مثل مركبات الكروم (VI) الأخرى، فإن ثنائي كرومات البوتاسيوم مادة مسرطنة. ويجب التعامل معه بالقفازات ومعدات الحماية المناسبة.

حمض الكروم

يمتلك المركب البنية الافتراضية H 2 CrO 4 . لا توجد أحماض الكروميك ولا ثنائي الكروميك في الطبيعة، ولكن توجد أنيوناتها في مواد مختلفة. "حمض الكروميك" الذي يمكن العثور عليه للبيع هو في الواقع أنهيدريد الحمض - ثالث أكسيد CrO 3.

كرومات الرصاص (II).

PbCrO 4 له لون أصفر ساطع وغير قابل للذوبان عمليًا في الماء. لهذا السبب، تم استخدامه كصبغة تلوين تسمى التاج الأصفر.

Cr والرابطة الخماسية

يتميز الكروم بقدرته على تكوين روابط خماسية التكافؤ. يتم إنشاء المركب بواسطة Cr(I) وجذر الهيدروكربون. تتشكل رابطة خماسية بين ذرتين من الكروم. يمكن كتابة صيغته كـ Ar-Cr-Cr-Ar، حيث يمثل Ar مجموعة عطرية محددة.

طلب

الكروم هو عنصر كيميائي أعطته خصائصه العديد من الاستخدامات المختلفة، وبعضها مذكور أدناه.

يمنح المعادن مقاومة للتآكل وسطحًا لامعًا. ولذلك، يتم تضمين الكروم في سبائك مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، المستخدمة، على سبيل المثال، في أدوات المائدة. كما أنها تستخدم لطلاء الكروم.

يعد الكروم محفزًا لتفاعلات مختلفة. يتم استخدامه لصنع قوالب لحرق الطوب. وتستخدم أملاحه في دباغة الجلود. ويستخدم ثنائي كرومات البوتاسيوم في أكسدة المركبات العضوية مثل الكحول والألدهيدات، وكذلك في تنظيف الأواني الزجاجية في المختبرات. إنه بمثابة عامل تثبيت لصبغ الأقمشة ويستخدم أيضًا في التصوير الفوتوغرافي وطباعة الصور.

يتم استخدام CrO 3 في صناعة الأشرطة المغناطيسية (على سبيل المثال، للتسجيل الصوتي)، والتي تتميز بخصائص أفضل من الأفلام التي تحتوي على أكسيد الحديد.

دور في علم الأحياء

الكروم ثلاثي التكافؤ هو عنصر كيميائي ضروري لعملية التمثيل الغذائي للسكر في جسم الإنسان. في المقابل، الكروم سداسي التكافؤ شديد السمية.

تدابير وقائية

لا يعتبر معدن الكروم ومركبات الكروم (III) بشكل عام خطرًا على الصحة، ولكن المواد التي تحتوي على الكروم (VI) يمكن أن تكون سامة إذا تم تناولها أو استنشاقها. معظم هذه المواد مهيجة للعينين والجلد والأغشية المخاطية. مع التعرض المزمن، يمكن أن تسبب مركبات الكروم (VI) ضررًا للعين إذا لم يتم علاجها بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك، فهي مادة مسرطنة معترف بها. الجرعة المميتة من هذا العنصر الكيميائي حوالي نصف ملعقة صغيرة. ووفقاً لتوصيات منظمة الصحة العالمية فإن الحد الأقصى المسموح به لتركيز الكروم (VI) في مياه الشرب هو 0.05 ملغم لكل لتر.

ونظرًا لاستخدام مركبات الكروم في الأصباغ ودباغة الجلود، فإنها غالبًا ما توجد في التربة والمياه الجوفية من المواقع الصناعية المهجورة التي تتطلب تنظيفًا بيئيًا ومعالجتها. لا يزال يستخدم التمهيدي المحتوي على Cr(VI) على نطاق واسع في صناعات الطيران والسيارات.

خصائص العنصر

الخصائص الفيزيائية الرئيسية للكروم هي كما يلي:

• العدد الذري: 24.
• الوزن الذري: 51.996.
• نقطة الانصهار: 1890 درجة مئوية.
• نقطة الغليان: 2482 درجة مئوية.
• حالة الأكسدة: +2، +3، +6.
• التكوين الإلكتروني: 3D 5 4S 1.

تعريف

الكروميقع في الفترة الرابعة من المجموعة السادسة من المجموعة الفرعية الثانوية (ب) من الجدول الدوري. التعيين – كر. على شكل مادة بسيطة - معدن لامع أبيض رمادي.

يتمتع الكروم ببنية شبكية مكعبة تتمحور حول الجسم. الكثافة - 7.2 جم/سم3. تبلغ درجة الانصهار والغليان 1890 درجة مئوية و2680 درجة مئوية على التوالي.

حالة أكسدة الكروم في المركبات

يمكن أن يوجد الكروم على شكل مادة بسيطة - معدن، وحالة أكسدة المعادن في الحالة العنصرية تساوي صفرلأن توزيع كثافة الإلكترون فيها موحد.

الأكسدة (+2) و (+3) يظهر الكروم في الأكاسيد (Cr +2 O، Cr +3 2 O 3)، والهيدروكسيدات (Cr +2 (OH) 2، Cr +3 (OH) 3)، والهاليدات (Cr +2 Cl 2، Cr +3 Cl 3). ) والكبريتات (Cr +2 SO 4، Cr +3 2 (SO 4) 3) ومركبات أخرى.

يتميز الكروم أيضًا بحالة الأكسدة الخاصة به (+6) : Cr +6 O 3، H 2 Cr +6 O 4، H 2 Cr +6 2 O 7، K 2 Cr +6 2 O 7، إلخ.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

مثال 2

يمارس	يمتلك الفوسفور نفس حالة الأكسدة في المركبات التالية: أ) كا 3 ف 2 و ح 3 ص 3؛ ب) KH 2 PO 4 وKPO 3؛ ج) ف 4 س 6 و ف 4 س 10؛ د) ح 3 ص 4 و ح 3 ص 3 .
حل	ومن أجل إعطاء الإجابة الصحيحة على السؤال المطروح، سنحدد بالتناوب درجة أكسدة الفسفور في كل زوج من المركبات المقترحة. أ) حالة أكسدة الكالسيوم هي (+2) والأكسجين والهيدروجين - (-2) و (+1) على التوالي. لنأخذ قيمة حالة أكسدة الفسفور بالرمزين "x" و"y" في المركبات المقترحة: 3 ×2 + س ×2 = 0؛ 3 + ص + 3×(-2) = 0; الجواب غير صحيح. ب) حالة أكسدة البوتاسيوم (+1) والأكسجين والهيدروجين (-2) و (+1) على التوالي. لنأخذ قيمة حالة أكسدة الكلور بالرمز "x" و"y" في المركبات المقترحة: 1 + 2×1 +x + (-2)×4 = 0; 1 + ص + (-2)×3 = 0; الجواب صحيح.
إجابة	الخيار (ب).

يعود اكتشاف الكروم إلى فترة التطور السريع للدراسات الكيميائية والتحليلية للأملاح والمعادن. في روسيا، اهتم الكيميائيون بشكل خاص بتحليل المعادن الموجودة في سيبيريا وغير المعروفة تقريبًا في أوروبا الغربية. وكان أحد هذه المعادن خام الرصاص الأحمر السيبيري (الكروكويت)، الذي وصفه لومونوسوف. تم فحص المعدن، ولكن لم يتم العثور عليه سوى أكاسيد الرصاص والحديد والألومنيوم. ومع ذلك، في عام 1797، قام فوكيلين بغلي عينة مطحونة جيدًا من المعدن مع البوتاس وترسيب كربونات الرصاص، وحصل على محلول ملون باللون البرتقالي والأحمر. ومن هذا المحلول قام ببلورة ملح ياقوتي أحمر، تم من خلاله عزل الأكسيد والمعادن الحرة، التي تختلف عن جميع المعادن المعروفة. اتصل به فاوكيلين الكروم (كروم ) من الكلمة اليونانية- التلوين واللون. صحيح أن المقصود هنا ليس خاصية المعدن، بل أملاحه ذات الألوان الزاهية.

التواجد في الطبيعة.

أهم خام الكروم ذو الأهمية العملية هو الكروميت، الذي يتوافق تركيبه التقريبي مع الصيغة FeCrO ​​​​4.

توجد في آسيا الصغرى، وجزر الأورال، وأمريكا الشمالية، وجنوب أفريقيا. يعتبر معدن الكروكيت المذكور أعلاه – PbCrO 4 – ذا أهمية فنية أيضًا. كما يوجد في الطبيعة أكسيد الكروم (3) وبعض مركباته الأخرى. في القشرة الأرضية يبلغ محتوى الكروم من حيث المعدن 0.03٪. تم العثور على الكروم في الشمس والنجوم والنيازك.

الخصائص الفيزيائية.

الكروم معدن أبيض، صلب وهش، ومقاوم كيميائيًا للغاية للأحماض والقلويات. يتأكسد في الهواء ويكون له طبقة رقيقة شفافة من الأكسيد على السطح. الكروم لديه كثافة 7.1 جم / سم 3، نقطة انصهاره هي +1875 0 درجة مئوية.

إيصال.

عندما يتم تسخين خام الحديد الكروم بقوة مع الفحم، يتم تقليل الكروم والحديد:

FeO * Cr 2 O 3 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO

ونتيجة لهذا التفاعل تتشكل سبيكة من الحديد والكروم تتميز بالقوة العالية. للحصول على الكروم النقي يتم اختزاله من أكسيد الكروم (3) مع الألومنيوم:

الكروم 2 يا 3 + 2Al = آل 2 يا 3 + 2Cr

في هذه العملية، عادة ما يتم استخدام أكسيدين - Cr 2 O 3 وCrO 3

الخواص الكيميائية.

بفضل الطبقة الواقية الرقيقة من الأكسيد التي تغطي سطح الكروم، فإنه يتمتع بمقاومة عالية للأحماض والقلويات العدوانية. لا يتفاعل الكروم مع أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة وكذلك مع حمض الفوسفوريك. يتفاعل الكروم مع القلويات عند درجة حرارة t = 600-700 درجة مئوية. ومع ذلك، يتفاعل الكروم مع أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة، مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين:

2Cr + 3H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Cr + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2

عند درجات حرارة عالية، يحترق الكروم في الأكسجين، ويشكل أكسيد (III).

يتفاعل الكروم الساخن مع بخار الماء:

2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2

عند درجات الحرارة المرتفعة، يتفاعل الكروم أيضًا مع الهالوجينات، والهالوجين مع الهيدروجين والكبريت والنيتروجين والفوسفور والكربون والسيليكون والبورون، على سبيل المثال:

الكروم + 2HF = الكروم 2 + H 2
2Cr + N2 = 2CrN
2Cr + 3S = Cr2S3
الكروم + سي = الكروم سي

لقد وجدت الخصائص الفيزيائية والكيميائية المذكورة أعلاه للكروم تطبيقها في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا. على سبيل المثال، يتم استخدام الكروم وسبائكه لإنتاج طلاءات عالية القوة ومقاومة للتآكل في الهندسة الميكانيكية. تُستخدم السبائك على شكل فيروسروم كأدوات لقطع المعادن. لقد وجدت سبائك الكروم تطبيقًا في التكنولوجيا الطبية وفي تصنيع المعدات التكنولوجية الكيميائية.

موقع الكروم في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية:

يرأس الكروم المجموعة الفرعية الثانوية للمجموعة السادسة من الجدول الدوري للعناصر. وصيغته الإلكترونية هي كما يلي:

24 Cr IS 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 3d 5 4S 1

عند ملء المدارات بالإلكترونات الموجودة في ذرة الكروم، يتم انتهاك النمط الذي يجب بموجبه ملء المدار 4S أولاً إلى الحالة 4S 2. ومع ذلك، نظرًا لحقيقة أن المدار ثلاثي الأبعاد يحتل موقع طاقة أكثر ملاءمة في ذرة الكروم، فإنه ممتلئ بالقيمة 4d 5 . لوحظت هذه الظاهرة في ذرات بعض العناصر الأخرى من المجموعات الفرعية الثانوية. يمكن أن يظهر الكروم حالات الأكسدة من +1 إلى +6. الأكثر استقرارا هي مركبات الكروم مع حالات الأكسدة +2، +3، +6.

مركبات الكروم ثنائي التكافؤ.

أكسيد الكروم (II) CrO هو مسحوق أسود قابل للاشتعال (قابل للاشتعال - القدرة على الاشتعال في الهواء في حالة مسحوقة جيدًا). يذوب CrO في حمض الهيدروكلوريك المخفف:

CrO + 2HCl = CrCl 2 + H2O

في الهواء، عند تسخينه فوق 100 درجة مئوية، يتحول CrO إلى Cr2O3.

تتشكل أملاح الكروم ثنائية التكافؤ عندما يذوب معدن الكروم في الأحماض. تحدث هذه التفاعلات في جو يحتوي على غاز منخفض النشاط (على سبيل المثال H2)، وذلك لأن في وجود الهواء، تحدث أكسدة الكروم (II) إلى الكروم (III) بسهولة.

يتم الحصول على هيدروكسيد الكروم على شكل راسب أصفر من خلال عمل محلول قلوي على كلوريد الكروم (II):

CrCl 2 + 2NaOH = Cr(OH) 2 + 2NaCl

يحتوي Cr(OH)2 على خصائص أساسية وهو عامل اختزال. أيون Cr2+ المائي لونه أزرق شاحب. يكون المحلول المائي لـ CrCl 2 أزرق اللون. في الهواء في المحاليل المائية، تتحول مركبات الكروم (II) إلى مركبات الكروم (III). يظهر هذا بشكل خاص في هيدروكسيد الكروم (II):

4Cr(OH) 2 + 2H2O + O 2 = 4Cr(OH) 3

مركبات الكروم ثلاثية التكافؤ.

أكسيد الكروم (III) Cr 2 O 3 عبارة عن مسحوق أخضر مقاوم للحرارة. صلابته قريبة من اكسيد الالمونيوم. ويمكن الحصول عليه في المختبر عن طريق تسخين ثنائي كرومات الأمونيوم:

(NH4) 2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2

Cr 2 O 3 هو أكسيد مذبذب، عند اندماجه مع القلويات يشكل الكروميت: Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

هيدروكسيد الكروم هو أيضًا مركب مذبذب:

الكروم (OH) 3 + حمض الهيدروكلوريك = CrCl 3 + 3H2O
Cr(OH) 3 + NaOH = NaCrO 2 + 2H 2 O

يتميز CrCl 3 اللامائي بمظهر الأوراق الأرجوانية الداكنة، وهو غير قابل للذوبان تمامًا في الماء البارد، ويذوب ببطء شديد عند غليه. كبريتات الكروم (III) اللامائية Cr 2 (SO 4) 3 ذات لون وردي وهي أيضًا ضعيفة الذوبان في الماء. في وجود عوامل الاختزال، فإنه يشكل كبريتات الكروم الأرجواني Cr 2 (SO 4) 3 * 18H 2 O. ومن المعروف أيضًا أن هيدرات كبريتات الكروم الخضراء التي تحتوي على كمية أقل من الماء. تتبلور شبة الكروم KCr(SO 4) 2 *12H 2 O من المحاليل التي تحتوي على كبريتات الكروم البنفسجي وكبريتات البوتاسيوم. يتحول محلول الشب الكروم إلى اللون الأخضر عند تسخينه بسبب تكوين الكبريتات.

التفاعلات مع الكروم ومركباته

تقريبا جميع مركبات الكروم ومحاليلها ملونة بشكل مكثف. بوجود محلول عديم اللون أو راسب أبيض، يمكننا بدرجة عالية من الاحتمال أن نستنتج أن الكروم غائب.

1. دعونا نقوم بتسخين كمية كبيرة من ثنائي كرومات البوتاسيوم في لهب الموقد على كوب من الخزف بحيث تتناسب مع طرف السكين. لن يطلق الملح الماء المتبلور، ولكنه سوف يذوب عند درجة حرارة حوالي 400 درجة مئوية ليشكل سائلًا داكنًا. دعونا نقوم بتسخينه لبضع دقائق أخرى على نار عالية. بعد التبريد، يتشكل راسب أخضر على القشرة. لنذوب جزءًا منه في الماء (يتحول إلى اللون الأصفر)، ونترك الجزء الآخر على القشرة. يتحلل الملح عند تسخينه، مما يؤدي إلى تكوين كرومات البوتاسيوم الصفراء القابلة للذوبان K 2 CrO 4 والأخضر Cr 2 O 3.
2. قم بإذابة 3 جرام من مسحوق بيكرومات البوتاسيوم في 50 مل من الماء. أضف القليل من كربونات البوتاسيوم إلى جزء واحد. وسوف يذوب مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون، ويتحول لون المحلول إلى اللون الأصفر الفاتح. ويتكون الكرومات من ثنائي كرومات البوتاسيوم. إذا قمت الآن بإضافة محلول حمض الكبريتيك بنسبة 50٪ في أجزاء، فسيظهر اللون الأحمر والأصفر للثنائي كرومات مرة أخرى.
3. صب 5 مل في أنبوب الاختبار. محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم، يغلي مع 3 مل من حمض الهيدروكلوريك المركز تحت الضغط. ينطلق غاز الكلور السام ذو اللون الأصفر والأخضر من المحلول لأن الكرومات سوف يؤكسد حمض الهيدروكلوريك إلى Cl 2 وH 2 O. ويتحول الكرومات نفسه إلى كلوريد الكروم ثلاثي التكافؤ الأخضر. يمكن عزله عن طريق تبخير المحلول ومن ثم دمجه مع الصودا والملح الصخري وتحويله إلى كرومات.
4. عند إضافة محلول نترات الرصاص، يترسب كرومات الرصاص الأصفر؛ عند التفاعل مع محلول نترات الفضة، يتكون راسب بني محمر من كرومات الفضة.
5. أضف بيروكسيد الهيدروجين إلى محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم وقم بتحميض المحلول بحمض الكبريتيك. يكتسب المحلول لونًا أزرقًا غامقًا بسبب تكوين بيروكسيد الكروم. عند رجه بكمية معينة من الأثير، يتحول البيروكسيد إلى مذيب عضوي ويلونه باللون الأزرق. هذا التفاعل خاص بالكروم وهو حساس للغاية. ويمكن استخدامه للكشف عن الكروم في المعادن والسبائك. بادئ ذي بدء، تحتاج إلى حل المعدن. عند الغليان لفترة طويلة مع حمض الكبريتيك بنسبة 30٪ (يمكنك أيضًا إضافة حمض الهيدروكلوريك)، يذوب الكروم والعديد من الفولاذ جزئيًا. يحتوي المحلول الناتج على كبريتات الكروم (III). لكي نتمكن من إجراء تفاعل الكشف، نقوم أولاً بتحييده باستخدام الصودا الكاوية. يترسب هيدروكسيد الكروم الرمادي والأخضر (III)، الذي يذوب في هيدروكسيد الصوديوم الزائد ليشكل كروميت الصوديوم الأخضر. تصفية المحلول وإضافة 30% بيروكسيد الهيدروجين. عند تسخينه، يتحول المحلول إلى اللون الأصفر عندما يتأكسد الكروميت إلى كرومات. سيؤدي التحمض إلى ظهور المحلول باللون الأزرق. يمكن استخلاص المركب الملون عن طريق رجه مع الأثير.

التفاعلات التحليلية لأيونات الكروم.

1. أضف محلول 2M NaOH إلى 3-4 قطرات من محلول كلوريد الكروم CrCl 3 حتى يذوب الراسب الأولي. لاحظ لون كروميت الصوديوم المتكون. تسخين المحلول الناتج في حمام مائي. ما يحدث؟
2. إلى 2-3 قطرات من محلول CrCl 3، أضف حجمًا متساويًا من محلول 8 M NaOH و3-4 قطرات من محلول 3% H 2 O 2. تسخين خليط التفاعل في حمام مائي. ما يحدث؟ ما الراسب الذي يتكون إذا تم تحييد المحلول الملون الناتج، وإضافة CH 3 COOH إليه، ثم إضافة Pb(NO 3) 2؟
3. صب 4-5 قطرات من محاليل كبريتات الكروم Cr 2 (SO 4) 3، IMH 2 SO 4 وKMnO 4 في أنبوب الاختبار. تسخين خليط التفاعل لعدة دقائق في حمام مائي. لاحظ التغير في لون المحلول. ما سبب ذلك؟
4. إلى 3-4 قطرات من محلول K 2 Cr 2 O 7 المحمض بحمض النيتريك، أضف 2-3 قطرات من محلول H 2 O 2 واخلطه. يرجع اللون الأزرق الناشئ للمحلول إلى ظهور حمض البيركروميك H 2 CrO 6:

Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O 2 + 2H + = 2H 2 CrO 6 + 3H 2 O

انتبه إلى التحلل السريع لـ H 2 CrO 6:

2H2CrO6 + 8H+ = 2Cr3+ + 3O2 + 6H2O
اللون الأخضر الأزرق

يعتبر حمض البيركروميك أكثر استقرارًا في المذيبات العضوية.

1. إلى 3-4 قطرات من محلول K 2 Cr 2 O 7 المحمض بحمض النيتريك، أضف 5 قطرات من كحول الأيزواميل، 2-3 قطرات من محلول H 2 O 2 ورج خليط التفاعل. طبقة المذيب العضوي التي تطفو إلى الأعلى ملونة باللون الأزرق الفاتح. يتلاشى اللون ببطء شديد. قارن بين ثبات H 2 CrO 6 في الطور العضوي والمائي.
2. عندما يتفاعل CrO 4 2- مع أيونات Ba 2+، يترسب راسب أصفر من كرومات الباريوم BaCrO 4.
3. تشكل نترات الفضة راسبًا من كرومات الفضة ذات اللون الأحمر القرميدي مع أيونات CrO 4 2.
4. خذ ثلاثة أنابيب اختبار. ضع 5-6 قطرات من محلول K 2 Cr 2 O 7 في أحدهما، ونفس الحجم من محلول K 2 Cr O 4 في الثاني، وثلاث قطرات من كلا الحلين في الثالث. ثم أضف ثلاث قطرات من محلول يوديد البوتاسيوم إلى كل أنبوب اختبار. اشرح نتيجتك. قم بتحمض المحلول في أنبوب الاختبار الثاني. ما يحدث؟ لماذا؟

تجارب مسلية مع مركبات الكروم

1. يتحول خليط من CuSO 4 و K 2 Cr 2 O 7 إلى اللون الأخضر عند إضافة القلويات، ويتحول إلى اللون الأصفر في وجود الحمض. بتسخين 2 ملجم من الجلسرين مع كمية قليلة من (NH4)2Cr2O7 ثم إضافة الكحول، وبعد الترشيح يتم الحصول على محلول أخضر لامع، يتحول إلى اللون الأصفر عند إضافة الحمض، ويتحول إلى اللون الأخضر في الحالة المحايدة أو القلوية. بيئة.
2. ضع "خليط الياقوت" في وسط علبة من الصفيح مع الثرمايت - طحنه بعناية ووضعه في رقائق الألومنيوم Al 2 O 3 (4.75 جم) مع إضافة Cr 2 O 3 (0.25 جم). ولمنع الجرة من التبريد لفترة أطول، من الضروري دفنها تحت الحافة العلوية في الرمال، وبعد إشعال النار في الثرمايت وبدء التفاعل، قم بتغطيتها بصفيحة حديدية وتغطيتها بالرمل. احفر الجرة في يوم واحد. والنتيجة هي مسحوق روبي أحمر.
3. يتم طحن 10 جرام من ثنائي كرومات البوتاسيوم مع 5 جرام من نترات الصوديوم أو البوتاسيوم و 10 جرام من السكر. يتم ترطيب الخليط وخلطه مع الكولوديون. إذا تم ضغط المسحوق في أنبوب زجاجي، ثم تم دفع العصا للخارج وإشعال النار فيها في النهاية، سيبدأ "الثعبان" بالزحف للخارج، باللون الأسود أولاً، وبعد التبريد - باللون الأخضر. عصا قطرها 4 ملم تحترق بسرعة حوالي 2 ملم في الثانية وتمتد 10 مرات.
4. إذا قمت بخلط محاليل كبريتات النحاس وثنائي كرومات البوتاسيوم وأضفت القليل من محلول الأمونيا، فسوف يتكون راسب بني غير متبلور من التركيبة 4СuCrO 4 * 3NH 3 * 5H 2 O، والذي يذوب في حمض الهيدروكلوريك ليشكل محلول أصفر، وبزيادة. من الأمونيا يتم الحصول على محلول أخضر. إذا أضفت المزيد من الكحول إلى هذا المحلول، فسوف يتكون راسب أخضر، والذي بعد الترشيح يصبح أزرق، وبعد التجفيف، أزرق بنفسجي مع بريق أحمر، يمكن رؤيته بوضوح في الضوء القوي.
5. ويمكن تجديد أكسيد الكروم المتبقي بعد تجارب «البركان» أو «ثعابين الفرعون». للقيام بذلك، تحتاج إلى دمج 8 جم من Cr 2 O 3 و 2 جم من Na 2 CO 3 و 2.5 جم من KNO 3 ومعالجة السبيكة المبردة بالماء المغلي. والنتيجة هي كرومات قابل للذوبان، والذي يمكن تحويله إلى مركبات أخرى من الكروم (II) والكروم (VI)، بما في ذلك ثنائي كرومات الأمونيوم الأصلي.

أمثلة على التحولات الأكسدة والاختزال التي تنطوي على الكروم ومركباته

1. Cr 2 O 7 2- -- Cr 2 O 3 -- CrO 2 - -- CrO 4 2- -- Cr 2 O 7 2-

أ) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4 H 2 O ب) Cr 2 O 3 + 2NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O
ج) 2NaCrO2 + 3Br2 + 8NaOH = 6NaBr + 2Na2CrO4 + 4H2O
د) 2Na 2 CrO 4 + 2HCl = Na 2 Cr 2 O 7 + 2NaCl + H 2 O

2. الكروم (OH) 2 -- الكروم (OH) 3 -- CrCl 3 -- الكروم 2 O 7 2- -- الكروم 4 2-

أ) 2Cr(OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr(OH) 3
ب) Cr(OH) 3 + 3HCl = CrCl 3 + 3H2O
ج) 2CrCl 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 O = K 2 Cr 2 O 7 + 2Mn(OH) 2 + 6HCl
د) K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH = 2K 2 CrO 4 + H 2 O

3. CrO -- Cr(OH) 2 -- Cr(OH) 3 -- Cr(NO 3) 3 -- Cr 2 O 3 -- CrO - 2
الكروم 2+

أ) CrO + 2HCl = CrCl 2 + H2O
ب) CrO + H 2 O = Cr(OH) 2
ج) الكروم (OH) 2 + 1/2O 2 + H 2 O = 2Cr (OH) 3
د) الكروم (OH) 3 + 3HNO 3 = الكروم (NO 3) 3 + 3H 2 O
هـ) 4Сr(NO 3) 3 = 2Cr 2 O 3 + 12NO 2 + O 2
هـ) Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2NaCrO 2 + H 2 O

عنصر الكروم كفنان

غالبًا ما يلجأ الكيميائيون إلى مشكلة إنشاء أصباغ صناعية للرسم. في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، تم تطوير تكنولوجيا إنتاج العديد من مواد الطلاء. قام لويس نيكولا فاوكيلين في عام 1797، الذي اكتشف عنصر الكروم غير المعروف سابقًا في خام الأحمر السيبيري، بإعداد طلاء جديد مستقر بشكل ملحوظ - الكروم الأخضر. الكروموفور الخاص به هو أكسيد الكروم المائي (III). بدأ إنتاجه تحت اسم "الزمرد الأخضر" عام 1837. في وقت لاحق، اقترح L. Vauquelin عدة دهانات جديدة: الباريت والزنك والكروم الأصفر. ومع مرور الوقت، تم استبدالها بأصباغ أكثر ثباتًا تعتمد على الكادميوم باللونين الأصفر والبرتقالي.

الكروم الأخضر هو الطلاء الأكثر متانة ومقاومًا للضوء ولا يتأثر بالغازات الجوية. يتمتع مسحوق الكروم الأخضر في الزيت بقدرة تغطية كبيرة وقادر على الجفاف بسرعة، ولهذا السبب تم استخدامه منذ القرن التاسع عشر. يستخدم على نطاق واسع في الرسم. لها أهمية كبيرة في الرسم على الخزف. الحقيقة هي أنه يمكن تزيين منتجات البورسلين بالطلاء تحت التزجيج أو فوق التزجيج. في الحالة الأولى، يتم تطبيق الدهانات على سطح المنتج المحترق قليلاً فقط، ثم يتم تغطيته بطبقة من التزجيج. ويتبع ذلك الحرق الرئيسي بدرجة حرارة عالية: لتلبيد كتلة الخزف وإذابة التزجيج، يتم تسخين المنتجات إلى 1350 - 1450 درجة مئوية. عدد قليل جدًا من الدهانات يمكنها تحمل درجة الحرارة المرتفعة هذه دون تغيرات كيميائية، وفي الدهانات القديمة أيام لم يكن هناك سوى اثنين منهم - الكوبالت والكروم. يتم تطبيق أكسيد الكوبالت الأسود على سطح منتج الخزف، حيث يندمج مع الطلاء الزجاجي أثناء الحرق، ويتفاعل معه كيميائيًا. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل سيليكات الكوبالت الزرقاء الزاهية. الجميع يعرف جيدًا أدوات المائدة الخزفية الزرقاء المزينة بالكوبالت. لا يتفاعل أكسيد الكروم (III) كيميائيًا مع مكونات التزجيج ويقع ببساطة بين شظايا الخزف والتزجيج الشفاف كطبقة "عمياء".

بالإضافة إلى الكروم الأخضر، يستخدم الفنانون الدهانات التي تم الحصول عليها من فولكونسكويت. تم اكتشاف هذا المعدن من مجموعة المونتموريلونيت (معدن طيني من فئة فرعية من السيليكات المعقدة Na(Mo,Al)، Si 4 O 10 (OH) 2 في عام 1830 من قبل عالم المعادن الروسي كيميرر وتم تسميته تكريماً لـ M.N. Volkonskaya، ابنة بطل معركة بورودينو الجنرال N. N. Raevsky، زوجة Decembrist S. G. Volkonsky هو طين يحتوي على ما يصل إلى 24٪ من أكسيد الكروم، وكذلك أكاسيد الألومنيوم والحديد (III). لونه متنوع - من لون التنوب الشتوي الغامق إلى اللون الأخضر الفاتح لضفدع المستنقعات.

لجأ بابلو بيكاسو إلى الجيولوجيين في بلدنا لطلب دراسة احتياطيات الفولكونسكويت، التي تنتج طلاءًا ذو لون جديد فريد من نوعه. حاليًا، تم تطوير طريقة لإنتاج الفولكونسكويت الاصطناعي. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه وفقا للبحث الحديث، استخدم رسامي الأيقونات الروس الدهانات من هذه المادة في العصور الوسطى، قبل وقت طويل من اكتشافها "الرسمي". كان نبات غينير الأخضر (الذي تم إنشاؤه عام 1837)، والذي يتكون كروموفورمه من هيدرات أكسيد الكروم Cr 2 O 3 * (2-3) H 2 O، حيث يكون جزء من الماء مرتبطًا كيميائيًا ويتم امتصاص جزء منه، مشهورًا أيضًا بين الفنانين. هذا الصباغ يعطي الطلاء لون الزمرد.

blog.site، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر الأصلي.

الكروم (Cr) هو عنصر برقم ذري 24 وكتلة ذرية 51.996 لمجموعة فرعية ثانوية من المجموعة السادسة من الفترة الرابعة من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev. الكروم معدن صلب ذو لون أبيض مزرق. يتمتع بمقاومة كيميائية عالية. في درجة حرارة الغرفة، الكروم مقاوم للماء والهواء. يعد هذا العنصر أحد أهم المعادن المستخدمة في صناعة السبائك الفولاذية. تتميز مركبات الكروم بألوان زاهية متعددة الألوان، ولهذا سميت بهذا الاسم. بعد كل شيء، في الترجمة من اليونانية، تعني كلمة "الكروم" "الطلاء".

هناك 24 نظيرًا معروفًا للكروم من 42Cr إلى 66Cr. النظائر الطبيعية المستقرة هي 50Cr (4.31%)، 52Cr (87.76%)، 53Cr (9.55%)، 54Cr (2.38%). ومن بين النظائر المشعة الاصطناعية الستة، أهمها 51Cr، مع عمر نصف يبلغ 27.8 يومًا. يتم استخدامه كمؤشر النظائر.

على عكس معادن العصور القديمة (الذهب والفضة والنحاس والحديد والقصدير والرصاص)، فإن الكروم لديه "مكتشف" خاص به. في عام 1766، تم العثور على معدن بالقرب من يكاترينبورغ، والذي كان يسمى "الرصاص الأحمر السيبيري" - PbCrO4. في عام 1797، اكتشف L. N. Vauquelin العنصر رقم 24 في معدن الكروكيت، وهو كرومات الرصاص الطبيعي. وفي نفس الوقت تقريبًا (1798)، وبشكل مستقل عن Vauquelin، اكتشف العلماء الألمان M. G. Klaproth وLowitz الكروم في عينة من المعدن الأسود الثقيل (. كان الكروميت FeCr2O4)، الموجود في جبال الأورال. في وقت لاحق من عام 1799، اكتشف ف. تاسرت معدنًا جديدًا في نفس المعدن الموجود في جنوب شرق فرنسا. يُعتقد أن تاسرت هو أول من تمكن من الحصول على الكروم المعدني النقي نسبيًا.

يُستخدم معدن الكروم في الطلاء بالكروم، وأيضًا باعتباره أحد أهم مكونات سبائك الفولاذ (خاصة الفولاذ المقاوم للصدأ). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام الكروم في عدد من السبائك الأخرى (الفولاذ المقاوم للأحماض والمقاوم للحرارة). بعد كل شيء، فإن إدخال هذا المعدن في الفولاذ يزيد من مقاومته للتآكل سواء في البيئات المائية عند درجات الحرارة العادية أو في الغازات عند درجات الحرارة المرتفعة. يتميز فولاذ الكروم بالصلابة المتزايدة. يُستخدم الكروم في الطلاء الحراري، وهي عملية يكون فيها التأثير الوقائي للكروم ناتجًا عن تكوين طبقة أكسيد رقيقة ولكنها متينة على سطح الفولاذ، مما يمنع تفاعل المعدن مع البيئة.

كما تستخدم مركبات الكروم على نطاق واسع، ويتم استخدام الكروميت بنجاح في صناعة الحراريات: أفران الموقد المفتوح وغيرها من المعدات المعدنية مبطنة بطوب المغنسيت والكروميت.

يعد الكروم أحد العناصر الحيوية التي تدخل باستمرار في أنسجة النباتات والحيوانات. تحتوي النباتات على الكروم في أوراقها، حيث يتواجد على شكل مركب منخفض الجزيئي غير مرتبط بالهياكل التحت خلوية. وحتى الآن لم يتمكن العلماء من إثبات ضرورة هذا العنصر للنباتات. ومع ذلك، في الحيوانات، يشارك الكروم في استقلاب الدهون والبروتينات (جزء من إنزيم التربسين)، والكربوهيدرات (مكون هيكلي للعامل المقاوم للجلوكوز). من المعروف أن الكروم ثلاثي التكافؤ فقط هو الذي يشارك في العمليات الكيميائية الحيوية. مثل معظم العناصر الغذائية الهامة الأخرى، يدخل الكروم إلى جسم الحيوان أو الإنسان من خلال الطعام. يؤدي انخفاض هذا العنصر الدقيق في الجسم إلى تباطؤ النمو وزيادة حادة في مستويات الكوليسترول في الدم وانخفاض حساسية الأنسجة المحيطية للأنسولين.

في الوقت نفسه، يعتبر الكروم في شكله النقي شديد السمية - حيث أن غبار معدن الكروم يهيج أنسجة الرئة، وتسبب مركبات الكروم (III) التهاب الجلد. تؤدي مركبات الكروم (VI) إلى إصابة الإنسان بأمراض مختلفة، بما في ذلك السرطان.

الخصائص البيولوجية

يعد الكروم عنصرًا حيويًا مهمًا، وهو موجود بالتأكيد في أنسجة النباتات والحيوانات والبشر. يبلغ متوسط ​​​​محتوى هذا العنصر في النباتات 0.0005٪، ويتراكم كله تقريبًا في الجذور (92-95٪)، والباقي موجود في الأوراق. النباتات العليا لا تتحمل تركيزات هذا المعدن أعلى من 3∙10-4 مول/لتر. في الحيوانات، يتراوح محتوى الكروم من عشرة آلاف إلى عشرة ملايين من النسبة المئوية. ولكن في العوالق، فإن معامل تراكم الكروم مذهل - 10000-26000. في جسم الإنسان البالغ، يتراوح محتوى الكروم من 6 إلى 12 ملغ. علاوة على ذلك، فإن الحاجة الفسيولوجية للكروم للإنسان لم يتم تحديدها بدقة تامة. يعتمد ذلك إلى حد كبير على النظام الغذائي - عند تناول الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من السكر، تزداد حاجة الجسم إلى الكروم. ومن المقبول عمومًا أن يحتاج الشخص إلى ما يقرب من 20 إلى 300 ميكروجرام من هذا العنصر يوميًا. مثل العناصر الحيوية الأخرى، يمكن أن يتراكم الكروم في أنسجة الجسم، وخاصة في الشعر. وفيها يشير محتوى الكروم إلى درجة تزويد الجسم بهذا المعدن. لسوء الحظ، مع تقدم العمر، يتم استنفاد "احتياطيات" الكروم في الأنسجة، باستثناء الرئتين.

يشارك الكروم في استقلاب الدهون والبروتينات (الموجود في إنزيم التربسين) والكربوهيدرات (وهو مكون هيكلي للعامل المقاوم للجلوكوز). ويضمن هذا العامل تفاعل المستقبلات الخلوية مع الأنسولين، وبالتالي تقليل حاجة الجسم إليه. يعزز عامل تحمل الجلوكوز (GTF) عمل الأنسولين في جميع العمليات الأيضية التي تنطوي عليه. بالإضافة إلى ذلك، يشارك الكروم في تنظيم استقلاب الكوليسترول وهو منشط لبعض الإنزيمات.

المصدر الرئيسي للكروم في الحيوانات والبشر هو الغذاء. لقد وجد العلماء أن تركيز الكروم في الأطعمة النباتية أقل بكثير منه في الأطعمة الحيوانية. أغنى مصادر الكروم هي خميرة البيرة واللحوم والكبد والبقوليات والحبوب الكاملة غير المعالجة. يؤدي انخفاض محتوى هذا المعدن في الغذاء والدم إلى انخفاض معدل النمو وزيادة نسبة الكوليسترول في الدم وانخفاض حساسية الأنسجة المحيطية للأنسولين (حالة تشبه مرض السكري). بالإضافة إلى ذلك، يزداد خطر الإصابة بتصلب الشرايين واضطرابات النشاط العصبي العالي.

ومع ذلك، حتى عند تركيزات جزء من مليجرام لكل متر مكعب في الغلاف الجوي، فإن جميع مركبات الكروم لها تأثير سام على الجسم. يعد التسمم بالكروم ومركباته أمرًا شائعًا أثناء إنتاجها وفي الهندسة الميكانيكية وعلم المعادن وصناعة النسيج. تعتمد درجة سمية الكروم على التركيب الكيميائي لمركباته - ثنائي الكرومات أكثر سمية من الكرومات، ومركبات Cr+6 أكثر سمية من مركبات Cr+2 وCr+3. وتشمل علامات التسمم الشعور بالجفاف والألم في تجويف الأنف والتهاب الحلق وصعوبة التنفس والسعال وأعراض مماثلة. إذا كان هناك زيادة طفيفة في أبخرة أو غبار الكروم، فإن علامات التسمم تختفي بعد وقت قصير من توقف العمل في الورشة. مع الاتصال المستمر لفترات طويلة بمركبات الكروم، تظهر علامات التسمم المزمن - الضعف، والصداع المستمر، وفقدان الوزن، وعسر الهضم. تبدأ الاضطرابات في عمل الجهاز الهضمي والبنكرياس والكبد. يتطور التهاب الشعب الهوائية والربو القصبي وتصلب الرئة. تظهر الأمراض الجلدية - التهاب الجلد والأكزيما. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر مركبات الكروم من المواد المسرطنة الخطيرة التي يمكن أن تتراكم في أنسجة الجسم مسببة السرطان.

تشمل الوقاية من التسمم إجراء فحوصات طبية دورية للعاملين في مجال الكروم ومركباته؛ تركيب معدات التهوية وإخماد الغبار وجمع الغبار؛ استخدام معدات الحماية الشخصية (أجهزة التنفس والقفازات) من قبل العمال.

يعد جذر "الكروم" في مفهومه عن "اللون" و"الطلاء" جزءًا من العديد من الكلمات المستخدمة في مجموعة متنوعة من المجالات: العلوم والتكنولوجيا وحتى الموسيقى. تحتوي العديد من أسماء الأفلام الفوتوغرافية على هذا الجذر: "أورثوكروم"، "بانكروم"، "إيسوبانكروم" وغيرها. تتكون كلمة كروموسوم من كلمتين يونانيتين: كرومو وسوما. يمكن ترجمة هذا حرفيًا على أنه "جسم مطلي" أو "جسم مطلي". يُطلق على العنصر الهيكلي للكروموسوم، والذي يتكون في الطور البيني لنواة الخلية نتيجة لتضاعف الكروموسوم، اسم "الكروماتيد". "الكروماتين" هو مادة من الكروموسومات الموجودة في نواة الخلايا النباتية والحيوانية، وهي ملطخة بشكل مكثف بالأصباغ النووية. "Chromatophores" هي خلايا صبغية في الحيوانات والبشر. في الموسيقى، يتم استخدام مفهوم "المقياس اللوني". "كرومكا" هو أحد أنواع الأكورديون الروسي. في علم البصريات، هناك مفاهيم "الانحراف اللوني" و"الاستقطاب اللوني". "الكروماتوغرافيا" هي طريقة فيزيائية وكيميائية لفصل وتحليل المخاليط. "Chromscope" هو جهاز للحصول على صورة ملونة من خلال الجمع البصري بين صورتين أو ثلاث صور فوتوغرافية مفصولة الألوان، مضاءة من خلال مرشحات ملونة مختلفة مختارة خصيصًا.

الأكثر سمية هو أكسيد الكروم (VI) CrO3 وهو ينتمي إلى فئة الخطر الأولى. الجرعة المميتة للإنسان (عن طريق الفم) 0.6 جم من الكحول الإيثيلي يشتعل عند ملامسته لـ CrO3 الطازج!

تحتوي الدرجة الأكثر شيوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ على 18% كروم، و8% نيكل، وحوالي 0.1% درجة مئوية. ويتميز بمقاومة ممتازة للتآكل والأكسدة، ويحتفظ بالقوة عند درجات الحرارة المرتفعة. من هذا الفولاذ تم صنع الصفائح المستخدمة في بناء المجموعة النحتية لـ V.I. موخينا "عاملة وامرأة مزرعة جماعية".

كان الفيروكروم المستخدم في الصناعة المعدنية في إنتاج فولاذ الكروم، ذا نوعية رديئة للغاية في نهاية القرن التاسع عشر. ويرجع ذلك إلى انخفاض محتوى الكروم فيه - 7-8٪ فقط. ثم أطلق عليه اسم "الحديد الزهر التسماني" لأنه تم استيراد خام الحديد والكروم الأصلي من تسمانيا.

وقد سبق أن ذكرنا أن شبة الكروم تستخدم في دباغة الجلود. وبفضل هذا ظهر مفهوم الأحذية "الكروم". تكتسب الجلود المدبوغة بمركبات الكروم لمعانًا ولمعانًا وقوة.

تستخدم العديد من المختبرات "خليط الكروم" - خليط من محلول مشبع من ثاني كرومات البوتاسيوم مع حمض الكبريتيك المركز. يتم استخدامه في إزالة الشحوم من أسطح الزجاج والأواني الزجاجية المختبرية الفولاذية. يعمل على أكسدة الدهون وإزالة بقاياها. فقط تعامل مع هذا الخليط بحذر، لأنه خليط من حمض قوي وعامل مؤكسد قوي!

في الوقت الحاضر، لا يزال الخشب يستخدم كمواد بناء، لأنه غير مكلف وسهل المعالجة. ولكن لها أيضًا العديد من الخصائص السلبية - التعرض للحرائق والأمراض الفطرية التي تدمرها. ولتجنب كل هذه المشاكل، يتم تشريب الخشب بمركبات خاصة تحتوي على الكرومات وثنائي كرومات، بالإضافة إلى كلوريد الزنك وكبريتات النحاس وزرنيخات الصوديوم وبعض المواد الأخرى. بفضل هذه التركيبات، يزيد الخشب من مقاومته للفطريات والبكتيريا، وكذلك لفتح النار.

احتل Chrome مكانة خاصة في الطباعة. في عام 1839، تم اكتشاف أن الورق المشرب بثنائي كرومات الصوديوم تحول فجأة إلى اللون البني عند تعرضه للضوء الساطع. ثم اتضح أن طلاءات البيكرومات على الورق، بعد التعرض لها، لا تذوب في الماء، ولكن عند البلل، تكتسب لونًا مزرقًا. استفادت الطابعات من هذه الخاصية. تم تصوير النموذج المطلوب على طبق بطبقة غروانية تحتوي على ثنائي كرومات. لم تتحلل المناطق المضيئة أثناء الغسيل، وتلاشت المناطق غير المكشوفة، وبقي نمط على اللوحة يمكن الطباعة منه.

قصة

بدأ تاريخ اكتشاف العنصر رقم 24 في عام 1761، عندما تم العثور على معدن أحمر غير عادي في منجم بيريزوفسكي (السفح الشرقي لجبال الأورال) بالقرب من يكاترينبرج، والذي أعطى لونًا أصفر عند طحنه إلى غبار. كان الاكتشاف ملكًا لأستاذ جامعة سانت بطرسبرغ يوهان جوتلوب ليمان. وبعد خمس سنوات، قام العالم بتسليم العينات إلى مدينة سانت بطرسبرغ، حيث أجرى عليها سلسلة من التجارب. وعلى وجه الخصوص، قام بمعالجة البلورات غير العادية بحمض الهيدروكلوريك، مما أدى إلى ظهور راسب أبيض تم العثور فيه على الرصاص. وبناء على النتائج التي تم الحصول عليها، أطلق ليمان على المعدن اسم الرصاص الأحمر السيبيري. هذه هي قصة اكتشاف الكروكيت (من الكلمة اليونانية "كروكوس" - الزعفران) - وهو كرومات الرصاص الطبيعي PbCrO4.

مهتمًا بهذا الاكتشاف، قام بيتر سيمون بالاس، عالم الطبيعة والرحالة الألماني، بتنظيم وقيادة رحلة استكشافية لأكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم إلى قلب روسيا. في عام 1770، وصلت البعثة إلى جبال الأورال وزارت منجم بيريزوفسكي، حيث تم أخذ عينات من المعادن قيد الدراسة. هكذا وصفه المسافر نفسه: «لم يتم العثور على معدن الرصاص الأحمر المذهل هذا في أي رواسب أخرى. وعندما يتم طحنه إلى مسحوق يتحول إلى اللون الأصفر ويمكن استخدامه في المنمنمات الفنية. تغلبت الشركات الألمانية على جميع الصعوبات التي واجهتها في مجال التعدين وإيصال الكروكيت إلى أوروبا. على الرغم من أن هذه العمليات استغرقت عامين على الأقل، إلا أنه سرعان ما كانت عربات السادة النبلاء في باريس ولندن تسافر مطلية بالكروكويت المطحون جيدًا. تم إثراء مجموعات المتاحف المعدنية في العديد من جامعات العالم القديم بأفضل الأمثلة على هذا المعدن من الأعماق الروسية. ومع ذلك، لم يتمكن العلماء الأوروبيون من معرفة تركيبة المعدن الغامض.

واستمر ذلك ثلاثين عامًا، حتى وقعت عينة من الرصاص الأحمر السيبيري في يد نيكولا لويس فاوكيلان، أستاذ الكيمياء في مدرسة المعادن بباريس، عام 1796. وبعد تحليل الكروكيت لم يجد فيه العالم سوى أكاسيد الحديد والرصاص والألومنيوم. بعد ذلك، قام فاوكيلين بمعالجة الكروكيت بمحلول البوتاس (K2CO3)، وبعد ترسيب راسب أبيض من كربونات الرصاص، عزل محلول أصفر من ملح غير معروف. بعد إجراء سلسلة من التجارب على معالجة المعدن بأملاح المعادن المختلفة، قام الأستاذ باستخدام حمض الهيدروكلوريك بعزل محلول "حمض الرصاص الأحمر" - أكسيد الكروم والماء (حمض الكروميك موجود فقط في المحاليل المخففة). ومن خلال تبخير هذا المحلول، حصل على بلورات حمراء ياقوتية (أنهيدريد الكروم). أدى التسخين الإضافي للبلورات في بوتقة الجرافيت في وجود الفحم إلى ظهور الكثير من البلورات الرمادية المندمجة على شكل إبرة - وهو معدن جديد غير معروف حتى الآن. أظهرت السلسلة التالية من التجارب الحراريات العالية للعنصر الناتج ومقاومته للأحماض. شهد الاكتشاف على الفور أكاديمية باريس للعلوم، أطلق العالم، بناءً على إصرار من أصدقائه، الاسم على العنصر الجديد - الكروم (من "اللون" اليوناني، "اللون") بسبب تنوع ظلال المركبات. فهو يشكل. في أعماله الإضافية، ذكر فوكيلين بثقة أن لون الزمرد لبعض الأحجار الكريمة، وكذلك البريليوم الطبيعي وسيليكات الألومنيوم، يرجع إلى خليط مركبات الكروم فيها. ومن الأمثلة على ذلك الزمرد، وهو بيريل أخضر اللون يتم فيه استبدال الألومنيوم جزئيًا بالكروم.

ومن الواضح أن فاوكيلين لم يحصل على معدن نقي، وعلى الأرجح كربيداته، وهو ما يؤكده شكل البلورات ذات اللون الرمادي الفاتح على شكل إبرة. تم الحصول على معدن الكروم النقي لاحقًا بواسطة F. Tassert، ربما في عام 1800.

أيضًا، بشكل مستقل عن فاوكيلين، تم اكتشاف الكروم بواسطة كلابروث ولويتز في عام 1798.

التواجد في الطبيعة

يعد الكروم في أحشاء الأرض عنصرًا شائعًا إلى حد ما، على الرغم من عدم وجوده بشكل حر. كلارك (متوسط ​​المحتوى في القشرة الأرضية) هو 8.3.10-3% أو 83 جم/طن. ومع ذلك، فإن توزيعها بين السلالات غير متساو. هذا العنصر هو السمة الرئيسية لغطاء الأرض؛ والحقيقة هي أن الصخور فوق المافية (البريدوتيت)، والتي يفترض أنها قريبة في تكوينها من عباءة كوكبنا، هي الأكثر ثراءً بالكروم: 210-1% أو 2 كجم/طن. في مثل هذه الصخور يشكل الكروم خامات ضخمة ومنتشرة، ويرتبط بها تكوين أكبر رواسب هذا العنصر. محتوى الكروم مرتفع أيضًا في الصخور الأساسية (البازلت، إلخ.) 2 10-2% أو 200 جم/طن. تم العثور على كمية أقل من الكروم في الصخور الحمضية: 2.5 · 10-3٪، الصخور الرسوبية (الحجر الرملي) - 3.5 · 10-3٪، كما تحتوي الصخر الزيتي على الكروم - 9 · 10-3٪.

يمكن أن نستنتج أن الكروم هو عنصر محب للصخور النموذجي ويكاد يكون موجودًا بالكامل في المعادن العميقة في باطن الأرض.

هناك ثلاثة معادن الكروم الرئيسية: ماجنكروميت (Mn، Fe)Cr2O4، كروموبيكوتيت (Mg، Fe)(Cr، Al)2O4 وألومينكروميت (Fe، Mg) (Cr، Al) 2O4. هذه المعادن لها اسم واحد - كروم الإسبنيل والصيغة العامة (Mg, Fe)O (Cr, Al, Fe)2O3. لا يمكن تمييزها في المظهر وتسمى بشكل غير دقيق "الكروميت". تكوينها متغير. يختلف محتوى أهم المكونات (الوزن٪): Cr2O3 من 10.5 إلى 62.0؛ Al2O3 من 4 إلى 34.0؛ Fe2O3 من 1.0 إلى 18.0؛ الحديد O من 7.0 إلى 24.0؛ أهداب الشوق من 10.5 إلى 33.0؛ SiO2 من 0.4 إلى 27.0؛ شوائب TiO2 تصل إلى 2؛ V2O5 حتى 0.2؛ أكسيد الزنك يصل إلى 5؛ MnO يصل إلى 1. تحتوي بعض خامات الكروم على 0.1-0.2 جم/طن من عناصر مجموعة البلاتين وما يصل إلى 0.2 جم/طن من الذهب.

بالإضافة إلى الكروميتات المختلفة، يعد الكروم جزءًا من عدد من المعادن الأخرى - كروم فيزوف، كلوريت الكروم، تورمالين الكروم، ميكا الكروم (فوشسيت)، عقيق الكروم (أوفاروفيت)، وما إلى ذلك، والتي غالبًا ما تصاحب الخامات، ولكنها ليست من المواد الصناعية. أهمية. يعتبر الكروم مهاجرًا مائيًا ضعيفًا نسبيًا. في ظل الظروف الخارجية، يهاجر الكروم، مثل الحديد، في شكل معلقات ويمكن أن يترسب في الطين. الشكل الأكثر حركة هو الكرومات.

ربما يكون من الأهمية العملية فقط الكروميت FeCr2O4، الذي ينتمي إلى الإسبنيل - معادن متماثلة للنظام المكعب مع الصيغة العامة MO Me2O3، حيث M هو أيون فلز ثنائي التكافؤ، وMe هو أيون فلز ثلاثي التكافؤ. بالإضافة إلى الإسبنيل، يوجد الكروم في العديد من المعادن الأقل شيوعًا، على سبيل المثال، الميلانوكرويت 3PbO 2Cr2O3، الفوكلينيت 2(Pb,Cu)CrO4(Pb,Cu)3(PO4)2، التاراباكايت K2CrO4، الديتزيت CaIO3 CaCrO4 وغيرها.

عادة ما يتم العثور على الكروميت في شكل كتل حبيبية سوداء اللون، وفي كثير من الأحيان - في شكل بلورات ثماني السطوح، ولها بريق معدني، وتوجد في شكل كتل مستمرة.

في نهاية القرن العشرين، بلغت احتياطيات الكروم (التي تم تحديدها) في ما يقرب من خمسين دولة في العالم مع رواسب هذا المعدن 1674 مليون طن تحتل جمهورية جنوب أفريقيا المركز الرائد - 1050 مليون طن، حيث الرئيسي المساهمة مقدمة من مجمع بوشفيلد (حوالي 1000 مليون طن). المركز الثاني في موارد الكروم ينتمي إلى كازاخستان، حيث يتم استخراج خام عالي الجودة في منطقة أكتوبي (كمبيرساي ماسيف). وتمتلك دول أخرى أيضًا احتياطيات من هذا العنصر. تركيا (في جولمان)، الفلبين في جزيرة لوزون، فنلندا (كيمي)، الهند (سوكيندا)، إلخ.

تمتلك بلادنا رواسب الكروم المتقدمة الخاصة بها في جبال الأورال (Donskoye، Saranovskoye، Khalilovskoye، Alapaevskoye وغيرها الكثير). علاوة على ذلك، في بداية القرن التاسع عشر، كانت رواسب الأورال هي المصادر الرئيسية لخامات الكروم. فقط في عام 1827، اكتشف الأمريكي إسحاق تيسون رواسب كبيرة من خام الكروم على حدود ماريلاند وبنسلفانيا، مما أدى إلى احتكار التعدين لسنوات عديدة. في عام 1848، تم العثور على رواسب الكروميت عالي الجودة في تركيا، بالقرب من بورصة، وسرعان ما (بعد استنفاد رواسب بنسلفانيا) كانت هذه الدولة هي التي تولت دور المحتكر. واستمر هذا حتى عام 1906، عندما تم اكتشاف رواسب غنية من الكروميت في جنوب أفريقيا والهند.

طلب

يبلغ إجمالي استهلاك معدن الكروم النقي اليوم حوالي 15 مليون طن. ويمثل إنتاج الكروم التحليلي - الأنقى - 5 ملايين طن، أي ثلث إجمالي الاستهلاك.

يستخدم الكروم على نطاق واسع في صناعة سبائك الفولاذ والسبائك، مما يمنحها مقاومة للتآكل والحرارة. ويتم استهلاك أكثر من 40% من المعدن النقي الناتج في إنتاج مثل هذه "السبائك الفائقة". أكثر السبائك المقاومة شهرة هي النيتشروم الذي يحتوي على Cr بنسبة 15-20%، والسبائك المقاومة للحرارة - 13-60% Cr، والسبائك المقاومة للصدأ - 18% Cr والفولاذ الحامل للكرة 1% Cr. تؤدي إضافة الكروم إلى الفولاذ التقليدي إلى تحسين خصائصه الفيزيائية ويجعل المعدن أكثر عرضة للمعالجة الحرارية.

يُستخدم الكروم المعدني في طلاء الكروم - حيث يتم وضع طبقة رقيقة من الكروم على سطح سبائك الفولاذ من أجل زيادة مقاومة هذه السبائك للتآكل. يقاوم طلاء الكروم بشكل مثالي تأثيرات الهواء الجوي الرطب وهواء البحر المالح والماء والنيتريك ومعظم الأحماض العضوية. هذه الطلاءات لها غرضان: الحماية والديكور. يبلغ سمك الطبقات الواقية حوالي 0.1 مم، ويتم تطبيقها مباشرة على المنتج وتمنحه مقاومة أكبر للتآكل. تتمتع الطلاءات الزخرفية بقيمة جمالية؛ حيث يتم تطبيقها على طبقة من معدن آخر (النحاس أو النيكل)، والتي تؤدي في الواقع وظيفة وقائية. سمك هذا الطلاء هو فقط 0.0002-0.0005 ملم.

تستخدم مركبات الكروم أيضًا بنشاط في مختلف المجالات.

خام الكروم الرئيسي - الكروميت FeCr2O4 يستخدم في إنتاج الحراريات. يعتبر طوب المغنسيت والكروميت سلبيًا كيميائيًا ومقاومًا للحرارة، ويمكنه تحمل التغيرات المفاجئة والمتكررة في درجات الحرارة، ولهذا السبب يتم استخدامه في هياكل أقواس أفران الموقد المفتوح ومساحة عمل الأجهزة والهياكل المعدنية الأخرى.

صلابة بلورات أكسيد الكروم (III) - Cr2O3 قابلة للمقارنة بصلابة اكسيد الالمونيوم، مما يضمن استخدامه في تركيبات معاجين الطحن واللف المستخدمة في الهندسة الميكانيكية والمجوهرات والصناعات البصرية والساعات. كما أنه يستخدم كمحفز لهدرجة وإزالة الهيدروجين من بعض المركبات العضوية. يستخدم Cr2O3 في الطلاء كصبغة خضراء وتلوين الزجاج.

يستخدم كرومات البوتاسيوم - K2CrO4 في دباغة الجلود، كمادة لاذعة في صناعة النسيج، وفي إنتاج الأصباغ، وفي تبييض الشمع.

ثاني كرومات البوتاسيوم (الكرومبيك) - K2Cr2O7 يستخدم أيضًا في دباغة الجلود، كمادة لاصقة لصبغ الأقمشة، وهو مانع لتآكل المعادن والسبائك. يستخدم في صناعة أعواد الثقاب ولأغراض المختبرات.

يعد كلوريد الكروم (II) CrCl2 عامل اختزال قوي جدًا، يتأكسد بسهولة حتى بواسطة الأكسجين الجوي، والذي يستخدم في تحليل الغاز للامتصاص الكمي للأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه بدرجة محدودة في إنتاج الكروم عن طريق التحليل الكهربائي للأملاح المنصهرة والقياس اللوني.

يتم استخدام الشب الكروم والبوتاسيوم K2SO4.Cr2(SO4)3 24H2O بشكل رئيسي في صناعة النسيج - لدباغة الجلود.

يستخدم كلوريد الكروم اللامائي CrCl3 لتطبيق طلاءات الكروم على سطح الفولاذ عن طريق ترسيب البخار الكيميائي وهو أحد مكونات بعض المحفزات. هيدرات CrCl3 هي مادة لاذعة لصبغ الأقمشة.

تُصنع أصباغ مختلفة من كرومات الرصاص PbCrO4.

يتم استخدام محلول ثاني كرومات الصوديوم لتنظيف وحفر سطح الأسلاك الفولاذية قبل الجلفنة، وكذلك لتلميع النحاس. يتم الحصول على حمض الكروميك من ثاني كرومات الصوديوم، والذي يستخدم كإلكتروليت في طلاء الأجزاء المعدنية بالكروم.

إنتاج

في الطبيعة، يوجد الكروم بشكل رئيسي في شكل خام الحديد الكروم FeO∙Cr2O3 عندما يتم اختزاله بالفحم، يتم الحصول على سبيكة من الكروم مع الحديد - الفيروكروم، والذي يستخدم مباشرة في الصناعة المعدنية في إنتاج فولاذ الكروم. . يصل محتوى الكروم في هذه التركيبة إلى 80٪ (بالوزن).

يهدف اختزال أكسيد الكروم (III) بالفحم إلى الحصول على الكروم عالي الكربون اللازم لإنتاج السبائك الخاصة. يتم تنفيذ العملية في فرن القوس الكهربائي.

للحصول على الكروم النقي، يتم أولاً تحضير أكسيد الكروم (III) ومن ثم اختزاله بطريقة الألومنيوم. في هذه الحالة، يتم أولاً تسخين خليط من مسحوق أو على شكل نشارة الألومنيوم (Al) وشحنة من أكسيد الكروم (Cr2O3) إلى درجة حرارة 500-600 درجة مئوية. ثم يبدأ الاختزال بخليط الباريوم البيروكسيد مع مسحوق الألومنيوم، أو بإشعال جزء من الشحنة، ثم إضافة الجزء المتبقي. ومن المهم في هذه العملية أن تكون الطاقة الحرارية الناتجة كافية لإذابة الكروم وفصله عن الخبث.

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + 2Al2O3

يحتوي الكروم الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة على كمية معينة من الشوائب: الحديد 0.25-0.40%، الكبريت 0.02%، الكربون 0.015-0.02%. محتوى المادة النقية هو 99.1-99.4%. هذا الكروم هش ويمكن طحنه بسهولة إلى مسحوق.

لقد تم إثبات حقيقة هذه الطريقة في عام 1859 على يد فريدريش فولر. على المستوى الصناعي، أصبح الاختزال الألوميني الحراري للكروم ممكنًا فقط بعد توفر طريقة لإنتاج الألومنيوم الرخيص. كان جولدشميت أول من طور طريقة آمنة لتنظيم عملية الاختزال شديدة الطاردة للحرارة (وبالتالي المتفجرة).

عندما يكون من الضروري الحصول على كروم عالي النقاء، تستخدم الصناعة طرق التحليل الكهربائي. يتم إجراء التحليل الكهربائي باستخدام خليط من أنهيدريد الكروم أو شبة الكروم الأمونيوم أو كبريتات الكروم مع حمض الكبريتيك المخفف. يحتوي الكروم المترسب على كاثودات الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ أثناء عملية التحليل الكهربائي على غازات مذابة كشوائب. يمكن تحقيق نقاء 99.90-99.995% باستخدام التنقية بدرجة حرارة عالية (1500-1700 درجة مئوية) في تدفق الهيدروجين وتفريغ الغاز. تعمل تقنيات تكرير الكروم التحليلية المتقدمة على إزالة الكبريت والنيتروجين والأكسجين والهيدروجين من المنتج الخام.

بالإضافة إلى ذلك، من الممكن الحصول على معدن الكروم عن طريق التحليل الكهربائي لـ CrCl3 أو CrF3 المنصهر في خليط مع فلوريد البوتاسيوم والكالسيوم والصوديوم عند درجة حرارة 900 درجة مئوية في بيئة الأرجون.

تم إثبات إمكانية استخدام طريقة التحليل الكهربائي للحصول على الكروم النقي بواسطة بنسن في عام 1854 عن طريق إخضاع محلول مائي من كلوريد الكروم للتحليل الكهربائي.

تستخدم الصناعة أيضًا طريقة silicothermic لإنتاج الكروم النقي. في هذه الحالة، يتم اختزال الكروم من الأكسيد بواسطة السيليكون:

2Cr2O3 + 3Si + 3CaO = 4Cr + 3CaSiO3

يتم صهر الكروم بالسيليكوثيرمال في أفران القوس. تتيح لك إضافة الجير الحي تحويل ثاني أكسيد السيليكون الحراري إلى خبث سيليكات الكالسيوم منخفض الذوبان. نقاء الكروم السيليكاتوري هو تقريبًا نفس نقاء الكروم الألومينوثرمي، ومع ذلك، بطبيعة الحال، يكون محتوى السيليكون فيه أعلى قليلاً ومحتوى الألومنيوم أقل قليلاً.

يمكن أيضًا الحصول على الكروم عن طريق اختزال Cr2O3 بالهيدروجين عند 1500 درجة مئوية، واختزال CrCl3 اللامائي بالهيدروجين والفلزات القلوية أو القلوية الأرضية والمغنيسيوم والزنك.

للحصول على الكروم، حاولوا أيضًا استخدام عوامل اختزال أخرى - الكربون والهيدروجين والمغنيسيوم. ومع ذلك، لا يتم استخدام هذه الأساليب على نطاق واسع.

تستخدم عملية Van Arkel-Kuchman-De Boer تحلل يوديد الكروم (III) على سلك يتم تسخينه إلى 1100 درجة مئوية مع ترسيب المعدن النقي عليه.

الخصائص الفيزيائية

الكروم معدن صلب وثقيل للغاية ومقاوم للحرارة وقابل للطرق وله لون رمادي فولاذي. الكروم النقي عبارة عن بلاستيك تمامًا، ويتبلور في شبكة مركزية في الجسم، a = 2.885 Å (عند درجة حرارة 20 درجة مئوية). عند درجة حرارة حوالي 1830 درجة مئوية، هناك احتمال كبير للتحول إلى تعديل مع شعرية مركزية الوجه، = 3.69 Å. نصف القطر الذري 1.27 Å؛ نصف القطر الأيوني Cr2+ 0.83 Å، Cr3+ 0.64 Å، Cr6+ 0.52 Å.

تعتمد نقطة انصهار الكروم بشكل مباشر على نقائه. لذلك، فإن تحديد هذا المؤشر للكروم النقي مهمة صعبة للغاية - فحتى المحتوى الصغير من شوائب النيتروجين أو الأكسجين يمكن أن يغير بشكل كبير قيمة نقطة الانصهار. لقد ظل العديد من الباحثين يدرسون هذه المسألة منذ عقود وحصلوا على نتائج متباعدة عن بعضها البعض: من 1513 إلى 1920 درجة مئوية. في السابق، كان من المقبول عمومًا أن هذا المعدن ينصهر عند درجة حرارة 1890 درجة مئوية، لكن الأبحاث الحديثة تشير إلى درجة حرارة 1907 درجة مئوية، يغلي الكروم عند درجات حرارة أعلى من 2500 درجة مئوية - تختلف البيانات أيضًا: من 2199 درجة مئوية إلى 2671 درجة مئوية. كثافة الكروم أقل من كثافة الحديد؛ تبلغ 7.19 جم / سم 3 (عند درجة حرارة 200 درجة مئوية).

يتمتع الكروم بجميع الخصائص الأساسية للمعادن - فهو يوصل الحرارة بشكل جيد، ومقاومته للتيار الكهربائي منخفضة جدًا، مثل معظم المعادن، يتمتع الكروم بلمعان مميز. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي هذا العنصر على ميزة واحدة مثيرة للاهتمام للغاية: الحقيقة هي أنه عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، لا يمكن تفسير سلوكه - يحدث تغيير حاد في العديد من الخصائص الفيزيائية، وهذا التغيير له طبيعة حادة. يبدأ الكروم، مثل شخص مريض عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، في التصرف: يصل الاحتكاك الداخلي للكروم إلى الحد الأقصى، وينخفض ​​معامل المرونة إلى الحد الأدنى من القيم. تقفز قيمة التوصيل الكهربائي، وتتغير القوة الدافعة الحرارية ومعامل التمدد الخطي باستمرار. ولا يستطيع العلماء حتى الآن تفسير هذه الظاهرة.

السعة الحرارية النوعية للكروم هي 0.461 كيلوجول/(كجم.ك) أو 0.11 كالوري/(جم درجة مئوية) (عند درجة حرارة 25 درجة مئوية)؛ معامل التوصيل الحراري 67 واط/(م ك) أو 0.16 كالوري/(سم ثانية درجة مئوية) (عند درجة حرارة 20 درجة مئوية). معامل التمدد الحراري الخطي 8.24 10-6 (عند 20 درجة مئوية). يتمتع الكروم عند درجة حرارة 20 درجة مئوية بمقاومة كهربائية محددة تبلغ 0.414 ميكرومتر، ومعامله الحراري للمقاومة الكهربائية في حدود 20-600 درجة مئوية هو 3.0110-3.

من المعروف أن الكروم حساس جدًا للشوائب - فالأجزاء الأصغر من العناصر الأخرى (الأكسجين والنيتروجين والكربون) يمكن أن تجعل الكروم هشًا للغاية. ومن الصعب للغاية الحصول على الكروم بدون هذه الشوائب. ولهذا السبب، لا يستخدم هذا المعدن للأغراض الهيكلية. ولكن في علم المعادن يتم استخدامه بشكل نشط كمادة صناعة السبائك، حيث أن إضافته إلى السبيكة تجعل الفولاذ صلبًا ومقاومًا للتآكل، لأن الكروم هو أصلب جميع المعادن - فهو يقطع الزجاج مثل الماس! تبلغ صلابة برينل للكروم عالي النقاء 7-9 مليون/م2 (70-90 كجم/سم2). يتم تصنيع الفولاذ الزنبركي والربيعي والأداة والطوابع والمحامل الكروية مع الكروم. فيها (باستثناء الفولاذ الحامل للكرة) يوجد الكروم مع المنغنيز والموليبدينوم والنيكل والفاناديوم. تؤدي إضافة الكروم إلى الفولاذ التقليدي (ما يصل إلى 5% كروم) إلى تحسين خواصه الفيزيائية ويجعل المعدن أكثر عرضة للمعالجة الحرارية.

الكروم مضاد للمغناطيسية الحديدية، وقابلية مغناطيسية محددة 3.6 10-6. المقاومة الكهربائية 12.710-8 أوم. معامل درجة الحرارة للتمدد الخطي للكروم هو 6.210-6. تبلغ حرارة تبخر هذا المعدن 344.4 كيلوجول/مول.

الكروم مقاوم للتآكل في الهواء والماء.

الخواص الكيميائية

كيميائيا، الكروم خامل تماما، وهذا يرجع إلى وجود فيلم أكسيد رقيق دائم على سطحه. لا يتأكسد الكروم في الهواء، حتى في وجود الرطوبة. عند تسخينها، تحدث الأكسدة حصرا على سطح المعدن. عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية، يتم تدمير الفيلم وتحدث الأكسدة بشكل أسرع بكثير. عند 2000 درجة مئوية، يحترق الكروم ليشكل أكسيد الكروم الأخضر (III) Cr2O3، الذي له خصائص مذبذبة. من خلال دمج Cr2O3 مع القلويات يتم الحصول على الكروميت:

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O

يذوب أكسيد الكروم (III) غير المكلس بسهولة في المحاليل القلوية والأحماض:

Cr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O

في المركبات، يظهر الكروم بشكل رئيسي حالات الأكسدة Cr+2، Cr+3، Cr+6. الأكثر استقرارًا هي Cr+3 وCr+6. هناك أيضًا بعض المركبات التي يكون للكروم حالات تأكسد فيها Cr+1، Cr+4، Cr+5. تتنوع مركبات الكروم في اللون: الأبيض والأزرق والأخضر والأحمر والأرجواني والأسود وغيرها الكثير.

يتفاعل الكروم بسهولة مع المحاليل المخففة لأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك لتكوين كلوريد الكروم وكبريتات وإطلاق الهيدروجين:

الكروم + 2HCl = CrCl2 + H2

أكوا ريجيا وحمض النيتريك يخمل الكروم. علاوة على ذلك، فإن الكروم الذي تم تخميله بحمض النيتريك لا يذوب في أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة حتى بعد الغليان لفترة طويلة في محاليلها، ولكن في مرحلة ما يحدث الذوبان مصحوبًا برغوة عنيفة من الهيدروجين المتحرر. تفسر هذه العملية بحقيقة أن الكروم ينتقل من الحالة السلبية إلى الحالة النشطة، حيث لا يكون المعدن محميًا بطبقة واقية. علاوة على ذلك، إذا تمت إضافة حمض النيتريك مرة أخرى أثناء عملية الذوبان، فسوف يتوقف التفاعل، حيث يتم تخميل الكروم مرة أخرى.

في الظروف العادية، يتفاعل الكروم مع الفلور لتكوين CrF3. عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية يحدث تفاعل مع بخار الماء، وينتج عن هذا التفاعل أكسيد الكروم (III) Cr2O3:

4Cr + 3O2 = 2Cr2O3

Cr2O3 عبارة عن بلورات دقيقة خضراء بكثافة 5220 كجم / م 3 ونقطة انصهار عالية (2437 درجة مئوية). يُظهر أكسيد الكروم (III) خصائص مذبذبة، ولكنه خامل جدًا ويصعب ذوبانه في الأحماض المائية والقلويات. أكسيد الكروم (III) سام للغاية. عندما يتلامس مع الجلد، يمكن أن يسبب الأكزيما وأمراض جلدية أخرى. لذلك، عند العمل مع أكسيد الكروم (III)، من الضروري استخدام معدات الحماية الشخصية.

بالإضافة إلى الأكسيد، هناك مركبات أخرى مع الأكسجين معروفة: CrO، CrO3، يتم الحصول عليها بشكل غير مباشر. الخطر الأكبر هو استنشاق هباء الأكسيد الذي يسبب أمراضًا خطيرة في الجهاز التنفسي العلوي والرئتين.

يشكل الكروم عددًا كبيرًا من الأملاح بمكونات تحتوي على الأكسجين.

نظرًا لحقيقة أنه يتمتع بخصائص ممتازة مضادة للتآكل. طلاء الكروم يحمي أي سبيكة أخرى من الصدأ. بالإضافة إلى ذلك، فإن صناعة سبائك الفولاذ مع الكروم تمنحها نفس المقاومة للتآكل التي تتميز بها المعدن نفسه.

لذلك، دعونا نناقش اليوم ما هي الخصائص التقنية والأكسدة لمادة الكروم، كما ستتأثر الخصائص المذبذبة الرئيسية وخصائص الاختزال وإنتاج المعادن. سنتعرف أيضًا على تأثير الكروم على خواص الفولاذ.

الكروم معدن من الفترة 4 من المجموعة 6 من المجموعة الفرعية الثانوية. العدد الذري 24، الكتلة الذرية - 51.996 وهو معدن صلب ذو لون فضي مزرق. وهو في شكله النقي مرن وقوي، ولكن أدنى خليط من النيتروجين أو الكربون يعطيه هشاشة وصلابة.

غالبًا ما يتم تصنيف الكروم على أنه معدن حديدي نظرًا للون معدنه الرئيسي، وهو خام الحديد الكروم. لكنها حصلت على اسمها من "اللون" اليوناني، "الطلاء"، وذلك بفضل مركباتها: يتم طلاء الأملاح المعدنية والأكاسيد بدرجات متفاوتة من الأكسدة بجميع ألوان قوس قزح.

• في الظروف العادية، يكون الكروم خاملًا ولا يتفاعل مع الأكسجين أو النيتروجين أو الماء.
• في الهواء، يتم تخميله على الفور - مغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد، والتي تمنع الأكسجين تمامًا من الوصول إلى المعدن. ولنفس السبب فإن المادة لا تتفاعل مع حمض الكبريتيك والنيتريك.
• عند تسخينه، يصبح المعدن نشطًا ويتفاعل مع الماء والأكسجين والأحماض والقلويات.

ويتميز بشبكة مكعبة مركزية الجسم. لا توجد انتقالات المرحلة. عند درجة حرارة 1830 مئوية، من الممكن الانتقال إلى شبكة مركزية الوجه.

ومع ذلك، الكروم لديه شذوذ واحد مثير للاهتمام. عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، تتغير بعض الخواص الفيزيائية للمعدن بشكل حاد: تتغير المقاومة الكهربائية ومعامل التمدد الخطي، وينخفض ​​معامل المرونة إلى الحد الأدنى ويزداد الاحتكاك الداخلي. ويرجع ذلك إلى مرور نقطة نيل: عند درجة الحرارة هذه، تغير المادة خصائصها المضادة للمغناطيسية إلى خصائص مغناطيسية، وهو ما يمثل انتقالًا من المستوى الأول ويعني زيادة حادة في الحجم.

يتم وصف الخواص الكيميائية للكروم ومركباته في هذا الفيديو:

الخصائص الكيميائية والفيزيائية للكروم

نقاط الانصهار والغليان

تتأثر الخصائص الفيزيائية للمعدن بالشوائب لدرجة أنه ثبت أنه من الصعب تحديد نقطة الانصهار.

• وبحسب القياسات الحديثة تعتبر درجة الانصهار 1907 درجة مئوية. ويعتبر المعدن مادة مقاومة للحرارة.
• نقطة الغليان هي 2671 درجة مئوية.

أدناه سنقدم وصفًا عامًا للخصائص الفيزيائية والمغناطيسية لمعدن الكروم.

الخصائص العامة وخصائص الكروم

خصائص فيزيائية

يعد الكروم أحد أكثر المعادن المقاومة للحرارة استقرارًا.

• الكثافة في الظروف العادية 7200 كجم/م3. م، وهذا أقل من .
• الصلابة على مقياس موس هي 5، وعلى مقياس برينل 7-9 مليون / م2. الكروم هو أصلب المعادن المعروفة، ويأتي في المرتبة الثانية بعد اليورانيوم والإيريديوم والتنغستن والبريليوم.
• معامل المرونة عند 20 درجة مئوية هو 294 جيجا باسكال. وهذا رقم معتدل إلى حد ما.

نظرًا لبنيته - الشبكة المتمحورة حول الجسم، يتمتع الكروم بخاصية مثل درجة حرارة فترة الدكتايل الهشة. ولكن عندما يتعلق الأمر بهذا المعدن، فإن هذه القيمة تعتمد بشكل كبير على درجة النقاء وتتراوح من -50 إلى +350 درجة مئوية. في الممارسة العملية، لا يحتوي الكروم المتبلور على أي ليونة، ولكن بعد التلدين والقولبة الناعمة يصبح طيع.

تزداد قوة المعدن أيضًا مع العمل البارد. تعمل إضافات صناعة السبائك أيضًا على تحسين هذه الجودة بشكل كبير.

الخصائص الفيزيائية الحرارية

كقاعدة عامة، تتمتع المعادن المقاومة للحرارة بمستوى عالٍ من التوصيل الحراري، وبالتالي معامل تمدد حراري منخفض. ومع ذلك، يختلف الكروم بشكل ملحوظ في صفاته.

عند نقطة نيل، يحدث قفزة حادة في معامل التمدد الحراري، ثم يستمر في الزيادة بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة. عند 29 درجة مئوية (قبل القفزة)، تكون قيمة المعامل 6.2 · 10-6 م/(م ك).

تتبع الموصلية الحرارية نفس النمط: عند نقطة نيل، تنخفض، على الرغم من أنها ليست حادة جدًا وتتناقص مع زيادة درجة الحرارة.

• في الظروف العادية، تكون الموصلية الحرارية للمادة 93.7 واط/(م ك).
• السعة الحرارية النوعية في نفس الظروف هي 0.45 J/(gK).

الخصائص الكهربائية

على الرغم من "السلوك" غير المعتاد للتوصيل الحراري، يعد الكروم أحد أفضل الموصلات الحالية، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة والذهب في هذه المعلمة.

• في درجة الحرارة العادية، ستكون الموصلية الكهربائية للمعدن 7.9 · 106 1/(أوم م).
• المقاومة الكهربائية – 0.127 (أوم مم 2) / م.

حتى نقطة نيل - 38 درجة مئوية، تكون المادة مضادة للمغناطيسية، أي تحت تأثير المجال المغناطيسي وفي غيابه لا تظهر أي خصائص مغناطيسية. فوق 38 درجة مئوية، يصبح الكروم مغناطيسيًا: فهو يُظهر خصائص مغناطيسية تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي.

تسمم

في الطبيعة، يوجد الكروم فقط في شكل مرتبط، لذلك يتم استبعاد دخول الكروم النقي إلى جسم الإنسان. ومع ذلك، فمن المعروف أن الغبار المعدني يهيج أنسجة الرئة ولا يتم امتصاصه عن طريق الجلد. المعدن في حد ذاته ليس سامًا، لكن لا يمكن قول الشيء نفسه عن مركباته.

• الكروم ثلاثي التكافؤيظهر في البيئة أثناء معالجته. ومع ذلك، فإنه يمكن أيضًا أن يدخل جسم الإنسان كجزء من مكمل غذائي - بيكولينات الكروم، المستخدمة في برامج إنقاص الوزن. باعتباره عنصرًا دقيقًا، يشارك المعدن ثلاثي التكافؤ في تخليق الجلوكوز وهو ضروري. الزائد منه، إذا حكمنا من خلال البحث، لا يشكل خطرا معينا، لأنه لا يتم امتصاصه من قبل جدران الأمعاء. ومع ذلك، فإنه يمكن أن تتراكم في الجسم.
• مركبات الكروم السداسية التكافؤسامة بأكثر من 100-1000 مرة. ويمكن أن يدخل الجسم أثناء إنتاج الكرومات، وأثناء طلاء الأشياء بالكروم، وأثناء بعض عمليات اللحام. مركبات العنصر السداسي هي عوامل مؤكسدة قوية. وبمجرد وصولها إلى الجهاز الهضمي، فإنها تسبب نزيفًا في المعدة والأمعاء، وربما مع ثقب في الأمعاء. لا يتم امتصاص المواد تقريبًا من خلال الجلد، ولكن لها تأثير تآكل قوي - من الممكن حدوث حروق والتهابات وتقرحات.

يعد الكروم عنصرًا إلزاميًا في صناعة السبائك عند إنتاج مواد مقاومة للصدأ ومقاومة للحرارة. تظل قدرتها على مقاومة التآكل ونقل هذه الجودة إلى السبائك هي الجودة الأكثر طلبًا للمعدن.

تتم مناقشة الخواص الكيميائية لمركبات الكروم وخصائص الأكسدة والاختزال في هذا الفيديو: