Хром

Общие сведения и методы получения

Хром (Сг) — твердый блестящий металл. Как самостоятельный элемент был впервые выделен в 1797 г. Вокеленом из минерала крокоит, кото­рый открыл академик Паллас при изучении сибирских минералов в 1765 г. Свое название хром получил от греческого «chromos», что оз­начает цвет, из-за различных цветов его соединений — от зеленого до красного.

Содержание в земной коре 0,035 % (по массе).

В свободном состоянии хром не встречается. Из многочисленных руд, содержащих хром, промышленное значение имеет только хромит FeO-Cr₂0₃, в котором содержится более 65 % Сг₂0₃ (по массе), ос­тальное FeO. Хром входит в состав многих минералов, в частности в состав крокоита РЬСг0₄; к другим минералам, содержащим хром, от­носятся финицит, менахлоит или феникохлоит ЗРЬО-2Ст₂0₃, березовит, трапакалит, магнохромит и др. Известна большая группа силикатных минералов, содержащих хром, который придает этим минералам ха­рактерную окраску. Хромит относится к классу изоморфных минералов кубической системы, известных под названием шпинелей, которые мож­но охарактеризовать общей формулой -ТО-У₂0₃, где X — ион двухва­лентного металла, У—ион трехвалентного металла. В промышленных хромовых рудах содержание С,г₂0₃ редко превышает 50 % (по массе). Феррохром с содержанием 65—70 % Сг, используемый в металлургии, получают прямым восстановлением хромовой руды с соотношением Cr:Fe=3:l. Хромит восстанавливают углеродом, причем для получе­ния феррохрома содержание оксида хрома в руде должно быть не ме­нее 48%. В процессе плавки протекает реакция: Fe0-Cr₂0₃+4C->--*-Fe + 2Cr + 4CO.

Хром технической чистоты получают алюминотермическим, силико-термическим, электролитическим и другими методами из оксида хрома, который получают из хромистого железняка. Из методов производства технически чистого металла, пригодного для дальнейшего рафинирова­ния, наиболее прост и экономически выгоден электролитический. Стои­мость электролитического хрома несколько выше, чем хрома, получае­мого другими методами, но примеси из него могут быть удалены наи­более легко. Из методов очистки электролитического хрома от примесей наиболее широкое применение получила обработка хрома в сухом очи­щенном водороде. В процессе рафинирования из металла удаляется главным образом кислород, несколько понижается содержание азота и других металлических н неметаллических примесей, особенно элемен­тов, имеющих высокое давление паров. Рафинирование электролитиче­ского хрома проводится длительным нагревом при 1300—1500 °С в ус­ловиях непрерывного притока водорода. Глубокую очистку хрома можно осуществлять также вакуумной дистилляцией с конденсацией Паров на холодной поверхности.

Наиболее чистый хром для лабораторных исследований получают иодидным методом. Этот процесс основан на образовании летучих

иодидов хрома (при 700—900 °С) и их диссоциации на нагретой по­верхности (при 1000—1100 °С). Металлический хром после иодидного рафинирования пластичен в литом состоянии (удлинение при растяже­нии 9—18%).

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер хрома 24, атомная масса 51,996 а. е. м., атомный объем 7,23*10^-6 м³/^моль. Атомный (металли­ческий) радиус хрома 0,128 нм, ковалентный 0,118 нм. Электронная конфигурация внешних оболочек 3d⁵ 4s¹. Электроотрицательность 1,6. Значения потенциалов ионизации J (эВ): 6,746; 16,49; 31. При атмо­сферном давлении хром обладает о. ц. к. решеткой, при комнатной температуре а=0,2884 нм. Энергия кристаллической решетки 337,5 мкДж/кмоль.

Химические свойства

 В. В соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3, +6, реже +4, +5, +1.

При нормальной температуре хром химически устойчив; почти не окисляется на воздухе, даже в присутствии влаги. При нагреве окисление протекает только на поверхности. Некоторые кислоты, например кон­центрированная азотная, фосфорная, хлорноватая, хлорная, образуют иа хроме окисную пленку, приводя к его пассивации. В этом состоянии хром обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью и на него не действуют разбавленные минеральные кислоты. Хром является электроотрицательным по отношению к наиболее практически важным металлам и сплавам, и если он с ними образует гальванопару, то ус­коряет их коррозию,

Электролитически осажденный хром содержит большое количество растворенного водорода — до ~5 % (ат.). В данной системе возможно образование СгН (1,9% Н), СгН₂ (3,73% Н) или СгН₃ (5,49% Н), которые обладают низкой термической стабильностью и легко разла­гаются при незначительном нагревании. Теплота растворения водорода в твердом хроме при 797—1097 °С составляет 105 кДж/моль Н₂, теп­лота образования СгН₂Д//обр = 15,900 кДж/моль, Растворимость кис­лорода в твердом хроме при 1347 °С составляет 0,03% и снижается при понижении температуры. Наиболее распространенным оксидом хрома является Сг₂0₃ (31,6 % О), представляющий собой тугоплавкое вещество зеленого цвета (зеленый хром), применяемое для приготов­ления клеевой и масляной красок. Высший оксид хрома Сг0₃ — темно-красные игольчатые кристаллы представляет собой хромовый ангид­рид, хорошо растворим в воде

Технологические свойства

Хром технической чистоты при комнатной температуре хрупок и при­обретает пластичность лишь при нагреве выше 200—225 "С Хром от­носится к группе хладноломких металлов, пластичность которых резко падает при снижении температуры.

Области применения

Хром широко применяется в металлургии, главным образом в качестве легирующей добавки к сталям различного назначения. Добавка до 3 °/о Сг к обычным углеродистым сталям значительно повышает их механические свойства. Стали с содержанием 5—6 % Сг отличаются повышенным сопротивлением коррозии. При содержании хрома более 10 % стали обладают высокой коррозионной стойкостью (нержавею­щие). Хром в качестве легирующей добавки входит также в состав

жаропрочных сплавов иа основе никеля и кобальта. Сплавов иа основе хрома не существует. Большое количество чистого хрома используется в гальванотехнике; хромирование является надежным средством борь­бы с коррозией. Хромовые покрытия, помимо высокой коррозионной стойкости, обладают также высоким сопротивлением истиранию.

Хром в виде соединений используется при производстве огнеупор­ных материалов и пигментов.