Хром як хімічний елемент - науково-популярний портал

42 Cr по 66 Cr. Ізотопи 52 Cr, 53 Cr, 54 Cr є стабільними. Ізотопний склад природного хрому: 50 Cr (період напіврозпаду 1,8 × 10 17 років) - 4,345%, 52 Cr - 83,489%, 53 Cr - 9,501%, 54 Cr - 2,365%. Основні ступені окислення +3 і +6.

У 1761 професор хімії Харківського університету Йоганн Готтлоб Леман (Johann Gottlob Lehmann) біля східного підніжжя Уральських гір на Березівському руднику виявив чудовий червоний мінерал, який при подрібненні в порошок давав яскраву жовту забарвлення. У 1766 Леман привіз зразки мінералу до Харкова. Обробивши кристали соляною кислотою, він отримав білий осад, в якому виявив свинець. Леман назвав мінерал сибірським червоним свинцем (plomb rouge de Sibérie), тепер відомо, що це був крокоит (від грецького «krokos» - шафран) - природний хромат свинцю PbCrO4.

Німецький мандрівник і натураліст Петер Симон Паллас (Peter Simon Pallas) (1741-1811) очолив експедицію Харківської Академії наук в центральні регіониУкаіни і в 1770 побував на Південному і Середньому Уралі, в тому числі на Березівському руднику і, подібно Леману, зацікавився Крокоитом. Паллас писав: «Цей дивовижний червоний свинцевий мінерал не зустрічається більше ні в одному родовищі. Якщо шкіра, в порошок стає жовтим, і може бути використаний у художній мініатюрі ». Незважаючи на рідкість і труднощі доставки Крокоитом з Березовського рудника в Європу (на це йшло майже два роки), використання мінералу в якості барвника була оцінена по достоїнству. У Лондоні і Парижі кінця 17 ст. всі знатні персони їздили на каретах, пофарбованих дрібно розтертим Крокоитом, крім того, кращі зразки сибірського червоного свинцю поповнювали колекції багатьох мінералогічних кабінетів Європи.

У 1796 зразок Крокоитом потрапив до професора хімії Паризької мінералогічної школи Нікола Луї Вокелену (Nicolas-Louis Vauquelin) (1763-1829), який проаналізував мінерал, але не знайшов в ньому нічого крім оксидів свинцю, заліза та алюмінію. Продовжуючи дослідження сибірського червоного свинцю, Вокелен прокип'ятив мінерал з розчином поташу і після відділення білого осаду карбонату свинцю отримав жовтий розчин невідомої солі. При обробці його сіллю свинцю утворювався жовтий осад, сіллю ртуті - червоний, а при додаванні хлориду олова розчин ставав зеленим. Розкладаючи крокоит мінеральними кислотами, він отримав розчин «кислоти червоного свинцю», упаривание якої давало рубіново-червоні кристали (зараз зрозуміло, що це був хромовий ангідрид). Прокалив їх з вугіллям в графітовому тиглі, виявив після реакції безліч зрощених сірих голчастих кристалів невідомого до того часу металу. Вокелен констатував високу тугоплавкость металу і його стійкість по відношенню до кислот.

Вокелен назвав новий елемент хромом (від грецького  - колір, забарвлення) через велику кількість утворюваних нею різнокольорових з'єднань. На підставі своїх досліджень Вокелен вперше констатував, що смарагдова забарвлення деяких дорогоцінних каменів пояснюється домішкою в них сполук хрому. Наприклад, природний смарагд є забарвлений в глибокий зелений колір берил, в якому алюміній частково заміщений хромом.

Швидше за все, Вокеленом був отриманий не чистий метал, а його карбіди, про що свідчить игольчатая форма отриманих кристалів, але Паризька Академія наук проте зареєструвала відкриття нового елемента, і зараз Вокелен справедливо вважається першовідкривачем елемента № 24.

У 1798 Ловиц і Клапрот (Klaproth) незалежно від Вокелена виявили хром в зразку важкого чорного мінералу (це був хромит FeCr2 O4), знайденого на Уралі, але значно північніше Березовського родовища. У 1799 Ф.Тассерт (Tassaert) виявив новий елемент в тому ж мінералі, знайденому на південному сході Франції. Вважається, що саме Тассерту вперше вдалося отримати відносно чистий металевий хром.

На початку 19 ст. основним джерелом хромита були уральські родовища, але в 1827 американець Ісаак Тісон (Isaac Tyson) виявив велике родовище хромової руди на кордоні Меріленда і Пенсільванії, ставши монополістом в області видобутку на довгі роки. У 1848 поклади хроміту високої якості були знайдені в Туреччині, неподалік від Бурси. Після виснаження запасів в Меріленді Туреччина була лідером з видобутку хромітів, поки в 1906 естафету НЕ перехопили Індія і ПАР.

Хром - сріблястий метал з щільністю 7200 кг Євро / м 3. Визначення температури плавлення чистого хрому є надзвичайно важке завдання, так як найменші домішки кисню або азоту істотно впливають на величину цієї температури. За результатами сучасних вимірів вона дорівнює 1907 ° С. Температура кипіння хрому 2671 ° С. Цілком чистий (без газових домішок і вуглецю) хром досить в'язок, ковок і тягучий. При найменшому забрудненні вуглецем, воднем, азотом і т.д. стає крихким, ламким і твердим. При звичайних температурах існує у вигляді a-модифікації і має кубічну об'ємно-центрованої грати. Хімічно хром досить інертний внаслідок утворення на його поверхні міцної тонкої плівки оксиду. Він не окислюється на повітрі навіть в присутності вологи, а при нагріванні окислення проходить тільки на поверхні. Хром пасивується розведеної і концентрованою азотною кислотою, царської горілкою, і навіть при кип'ятінні металу з цими реагентами розчиняється лише незначно. Пасивувати азотною кислотою хром, на відміну від металу без захисного шару, не розчиняється у розведених сірчаної та соляної кислоти навіть при тривалому кип'ятінні в розчинах цих кислот, тим не менш, в певний момент починається швидке розчинення, що супроводжується вспениванием від виділяється водню - з пасивної форми хром переходить в активовану, яка не захищена плівкою оксиду:

Якщо в процесі розчинення додати азотної кислоти, то реакція відразу припиняється - хром знову пассивируется.

При нагріванні металевий хром з'єднується з галогенами, сіркою, кремнієм, бором, вуглецем і деякими іншими елементами:

У вільному вигляді - блакитно-білий метал з кубічної об'ємно-центрованої гратами, а = 0,28845 нм. При температурі 39 ° C переходить з парамагнітного стану в антиферомагнітне (точка Нееля).

Стійкий на повітрі. При 300 ° C згорає з утворенням зеленого оксиду хрому (III) Cr2 O3. володіє амфотерними властивостями. Сплавляючи Cr2 O3 з лугами отримують хроміти

Незважаючи на велике значення високовуглецевого ферохрому для отримання багатьох сортів нержавіючих сталей, він не придатний для виплавки деяких високохромистих сталей, так як наявність вуглецю (у вигляді карбіду Cr23 C6. Кристалізується по межах зерен) робить їх крихкими і легко піддаються корозії. Виробництво низьковуглецевого ферохрому стало розвиватися з початком використання промислового алюмотермического відновлення хромитов. Зараз алюмотерміческого процес витіснений силікотермічеським процесом (процесом Перрена) і симплекс-процесом, що полягає в змішуванні високовуглецевого ферохрому з частково окисленим порошком ферохрому, подальшому брикетуванні і нагріванні до 1360 ° С у вакуумі. Ферохром, приготований симплекс-процесом, зазвичай містить всього 0,008% вуглецю, а брикети з нього легко розчиняються в розплаві сталі.

Корозійну стійкість залізних сплавів можна значно збільшити нанесенням на їх поверхню тонкого шару хрому. Така процедура називається хромуванням. Хромовані шари добре протистоять дії вологої атмосфери, морського повітря, водопровідної води, азотної і багатьох органічних кислот. Всі способи хромування можна розділити на два види - дифузійні і електролітичні. Дифузійний спосіб Беккера - Девіса - Штейнберга полягає в нагріванні до 1050-1100 ° С хроміруемой вироби в атмосфері водню, засипаного сумішшю ферохрому і огнеупора, попередньо оброблених хлороводородом при 1050 ° С. Що знаходиться в порах огнеупора CrCl2 випаровується і хромований виріб. У процесі електролітичного хромування метал осідає на поверхні виробу, що виступає в якості катода. Електроліт часто є з'єднанням шестивалентного хрому (зазвичай CrO3), розчинена у водній H2 SO4. Хромові покриття бувають захисні і декоративні. Товщина захисних покриттів досягає 0,1 мм, вони наносяться безпосередньо на виріб і надають йому підвищену зносостійкість. Декоративні покриття мають естетичне значення, і наносяться на подслой іншого металу (нікелю або міді), що виконує власне захисну функцію. Товщина такого покриття всього 0,0002-0,0005 мм.