24 Cr Хром 51,996
Переходный металл d-блок Период 4 Группа 6

Хром

Cr · Элемент 24 · Переходный металл

Элемент, придающий блеск хрому и «нержавейку» нержавеющей стали.

Состояние при 20°C твёрдое
Атомная масса 51,996 u
Электронная конфигурация[Ar] 3d⁵ 4s¹
23V Все 118 25Mn

Строение

Атом хром

Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.

Облако орбитали

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждый столбец показывает положение хром среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 7,15 g/cm³ 44%
Температура плавления 2180 K 86%
Температура кипения 2944 K 58%
Удельная теплоёмкость 0,449 J/g·K
Теплопроводность 93,9 W/m·K 80%

Атомные

Атомный радиус 128 pm 20%
Ковалентный радиус 139 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 189 pm

Электронные

Электроотрицательность 1,66 55%
Энергия ионизации 653,2 kJ/mol 44%
Сродство к электрону 65,2 kJ/mol 55%

Распространённость

Распространённость в земной коре 102 mg/kg 83%

Идентификационные

СимволCr
Атомный номер24
Атомная масса51,9961 u
КатегорияПереходный металл
Блокd
Кристаллическая структураобъёмно-центрированная кубическая
Степени окисления-2, -1, 0, +2, +3, +4, +5, +6
Открытие1797
Кем открытLouis-Nicolas Vauquelin

Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

Каков размер атома хром?

Радиус 128 pm — это 0,128 нм, поэтому около 3,91 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.

Тепловой диапазон

Твёрдое, жидкое, газ — и когда

Хром находится в жидком состоянии в диапазоне 764 K — от 2180 K до 2944 K.

Положение

Положение в таблице

Хром находится в периоде 4, группе 6. Все элементы группы 6 имеют одинаковое число внешних электронов, поэтому ведут себя очень похожим образом.

Другие Переходные металлы

21Sc 22Ti 23V 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh
Все переходные металлы

История

Что такое хром и как его обнаружили

Хром — это элемент, который придаёт всему блестящему тот самый «хромированный» вид и делает нержавеющую сталь действительно нержавеющей. Этот твёрдый, блестящий переходный металл необходим для сочетания красоты и прочности в современной жизни. Название происходит от греческого слова «chroma», означающего цвет, поскольку соединения хрома создают невероятный спектр ярких цветов — от изумрудно-зелёного до рубиново-красного и ярко-жёлтого. Открытый в 1797 году французским химиком Louis-Nicolas Vauquelin при анализе загадочного красного минерала из Сибири под названием крокоит, хром произвёл революцию в металлургии и искусстве. Vauquelin заметил, что этот минерал образует красивый зелёный оксид, не похожий ни на одно из известных ранее веществ, что привело к открытию совершенно нового элемента. Что делает хром абсолютно необычным, так это его способность образовывать ультратонкий невидимый слой оксида, защищающий расположенный под ним металл от коррозии. Когда хром добавляют к железу для получения нержавеющей стали, этот защитный слой делает сплав практически неуязвимым для ржавчины, кислот и атмосферных воздействий. Именно поэтому хирургические инструменты из нержавеющей стали можно стерилизовать тысячи раз, а корона в стиле ар-деко Chrysler Building всё ещё сияет спустя 90 лет. Хром также является секретом некоторых самых драгоценных камней в мире. Глубокий красный цвет рубинов обусловлен следовыми количествами хрома, замещающего алюминий в кристаллах корунда. Точно так же изумруды получают свой потрясающий зелёный цвет благодаря примесям хрома (и ванадия) в кристаллах берилла. Без хрома эти драгоценные камни были бы бесцветными. Вот что особенно интересно: шестивалентный хром (Cr⁶⁺) чрезвычайно токсичен и канцерогенен, тогда как трёхвалентный хром (Cr³⁺) на самом деле является необходимым питательным веществом, помогающим организму перерабатывать глюкозу и жир. Это показывает, как один и тот же элемент может быть одновременно полезным и вредным в зависимости от его химической формы.

Открытие хром

Красочное открытие

Louis-Nicolas Vauquelin открыл хром в 1797 году, анализируя минерал крокоит (PbCrO₄) из сибирских золотых рудников. Яркий оранжево-красный цвет минерала заинтересовал Vauquelin и привёл его к выделению нового металлического элемента, которому он дал название «chromium» от греческого слова «chroma», означающего цвет и отражающего яркие оттенки соединений хрома.

Промышленное развитие

Промышленное производство хрома началось с выплавки феррохрома в 1890-х годах, что сделало возможным развитие нержавеющей стали. Открытие Harry Brearley нержавеющей стали в 1913 году в Sheffield, England, произвело революцию в спросе на хром и заложило основу современной металлургии хрома.

Применение

Для чего используется хром

Хром: создатель зеркального блеска

Хром превращает обычную сталь в идеально нержавеющую, одновременно создавая яркие зеркальные и декоративные покрытия, определяющие современную эстетику. Уникальные свойства этого переходного металла позволяют использовать его во всём — от хирургических инструментов до теплозащитных экранов космических аппаратов.

Революция нержавеющей стали

Аустенитные нержавеющие стали, содержащие 16–26% хрома, образуют защитные оксидные слои, которые самостоятельно восстанавливаются после царапин, обеспечивая постоянную устойчивость к коррозии. Нержавеющая сталь типа 316 выдерживает воздействие морской среды, химическую обработку и использование в медицине благодаря пассивирующим свойствам хрома. На мировое производство нержавеющей стали приходится 85% потребления хрома, что позволяет создавать устойчивую к коррозии инфраструктуру — от кухонной техники до химических заводов.

Декоративное хромирование

Процессы гальванического покрытия наносят ультратонкие слои хрома (0.25–2.5 μm), создающие зеркально-яркую поверхность на автомобильной отделке, сантехнической арматуре и декоративной фурнитуре. Твёрдое хромирование наносит более толстые покрытия (25–250 μm) для промышленных применений, требующих чрезвычайной износостойкости, включая гидравлические цилиндры, направляющие станков и печатные валы.

Огнеупорные применения

Хромитовые кирпичи используются для футеровки сталеплавильных печей и стекловаренных ёмкостей: они выдерживают температуры выше 1800°C и одновременно противостоят коррозии шлаком. Хромомагнезитовые огнеупоры обеспечивают работу цементных печей и выплавку цветных металлов благодаря исключительной термической стабильности и химической инертности оксида хрома.

Пигментные технологии

Зелёный оксид хрома (Cr₂O₃) обеспечивает стойкий цвет керамике, краскам и пластмассам, отличаясь исключительной устойчивостью к ультрафиолету и химическим воздействиям. Пигменты на основе хромата свинца создают яркие жёлтые и оранжевые оттенки для промышленных покрытий, хотя экологические нормы ограничивают их применение специализированными областями.

Хром: куда ни посмотри

  • Кухня и главная
    • Приборы из нержавеющей стали (холодильники, посудомоечные машины, духовки)
    • Кухонные мойки, смесители и посуда
    • Столовые приборы и кухонные принадлежности
    • Сантехника и фурнитура для ванной комнаты
  • Автомобильная промышленность
    • Хромированные бамперы и элементы отделки
    • Выхлопные системы из нержавеющей стали
    • Детали двигателей и крепёжные элементы
    • Декоративные колёса и аксессуары
  • Медицинское оборудование
    • Хирургические инструменты и имплантаты
    • Больничное оборудование и фурнитура
    • Стоматологические инструменты и ортодонтические устройства
    • Лабораторное оборудование и поверхности
  • Строительные материалы
    • Архитектурные панели и облицовка
    • Поручни и конструктивные элементы
    • Кровельные и водосточные системы
    • Компоненты морских сооружений
  • Промышленное применение
    • Оборудование для химической обработки
    • Компоненты электростанций
    • Оборудование нефтеперерабатывающих заводов
    • Оборудование для пищевой промышленности

Откуда он происходит

Нахождение в природе

102 мг/кг земной коры · более распространён, чем 83% элементов

Хром: от звёздного синтеза

Хром образуется в результате процессов горения кремния в массивных звёздах, где температура превышает 3 миллиарда K, благодаря ядерным реакциям синтеза, формирующим элементы тяжелее железа. Сверхновые типа Ia вносят значительный вклад в распространённость хрома посредством взрывного нуклеосинтеза, рассеивая этот элемент по галактикам, когда остатки звёзд становятся источниками вещества для формирования будущих планет.

Глобальное распределение

Земная кора содержит 185 частей на миллион хрома, сосредоточенного главным образом в месторождениях хромита (FeCr₂O₄), сформировавшихся в результате магматических процессов. Бушвельдский комплекс в Южной Африке содержит 70% мировых запасов хрома в слоистых магматических интрузиях, а Казахстан и Индия располагают значительными дополнительными ресурсами.

Образование хромита

Подиформные месторождения хромита формируются в офиолитовых комплексах, где океаническая кора и мантийные породы обнажаются в результате тектонических процессов. Стратиформные месторождения возникают вследствие магматической дифференциации в крупных слоистых интрузиях, образуя непрерывные хромитовые слои, разрабатываемые подземным способом.

Добыча и переработка

Добыча хромита требует тщательной сортировки руды из-за различий в соотношении хрома и железа, влияющих на металлургическое применение. Гравитационное обогащение и магнитная сепарация концентрируют хромитовые минералы, а выплавка феррохрома в электродуговых печах при 1700°C даёт хроможелезные сплавы, необходимые для производства нержавеющей стали.

Обращение

Безопасность

Безопасность при работе с хромом: необходима критическая осведомлённость

Соединения хрома демонстрируют резко различающиеся уровни токсичности в зависимости от степени окисления. Шестивалентный хром (Cr⁶⁺) представляет серьёзную канцерогенную опасность, тогда как трёхвалентный хром (Cr³⁺) обладает минимальной токсичностью и служит необходимым микроэлементом.

Опасность для здоровья

Шестивалентный хром вызывает рак лёгких, перфорацию носовой перегородки и тяжёлые изъязвления кожи благодаря сильным окислительным свойствам и повреждению клеточной ДНК. Операции по хромированию сопровождаются образованием тумана хромовой кислоты, что требует сложной вентиляции и защиты органов дыхания. Сварка нержавеющих сталей приводит к образованию паров шестивалентного хрома, поэтому необходимы специальные системы удаления сварочных аэрозолей.

Пределы воздействия

  • OSHA PEL: 0.005 mg/m³ для шестивалентного хрома (средневзвешенное значение за 8 часов)
  • NIOSH REL: 0.001 mg/m³ для канцерогенных соединений хрома
  • Трёхвалентный хром: 0.5 mg/m³ (металл и нерастворимые соли)

Меры безопасности

Комплексное медицинское наблюдение, защита органов дыхания и инженерные средства контроля обязательны при работе с шестивалентным хромом. Местная вытяжная вентиляция, респираторы с подачей воздуха и защитная одежда предотвращают воздействие различными путями.

Краткие ответы

Хром: часто задаваемые вопросы

Что такое Хром?

Хром (символ Cr) — элемент 24 в периодической таблице, представитель семейства Переходный металл в 4 периоде, 6 группе. Элемент, придающий блеск хрому и «нержавейку» нержавеющей стали. При комнатной температуре это твёрдое вещество.

Какова электронная конфигурация Хром?

Электронная конфигурация Хром в основном состоянии — [Ar] 3d⁵ 4s¹; она включает 4 занятые электронные оболочки с распределением 2, 8, 13, 1.

Каковы температуры плавления и кипения Хром?

Хром плавится при 2180 K (1906.9 °C) и кипит при 2944 K (2670.9 °C). Это относит его к самым тугоплавким элементам — он остаётся твёрдым при температурах, при которых большинство металлов испаряется.

Какова атомная масса Хром?

Стандартная атомная масса Хром составляет 51.996 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.

Какова плотность Хром?

Плотность Хром составляет 7.15 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Хром примерно в 7.2× тяжелее.

Какова электроотрицательность Хром?

Электроотрицательность Хром по шкале Полинга составляет 1.66. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.

Кто и когда открыл Хром?

Хром был открыт в 1797 году Louis-Nicolas Vauquelin. Назван в честь греческое chroma, «цвет».

Насколько распространён Хром на Земле?

На долю Хром приходится около 102 мг/кг земной коры — его достаточно много, чтобы добывать его в промышленных масштабах.

← Предыдущий V Ванадий Элемент 23 · Переходный металл Далее → Mn Марганец Элемент 25 · Переходный металл