What is Хром?
Хром (symbol Cr) is element 24 on the periodic table, a переходный металл in period 4, group 6. The element that puts the shine in chrome and the "stainless" in stainless steel. At room temperature it is a solid.
Строение
Это не схема 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 связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место хром занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 128 pm — that is 0.128 nm, so about 3906 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Хром is liquid over a 764 K window, from 2180 K to 2944 K.
История
Хром — это элемент, который придаёт всему блестящему «хромированный» вид и делает нержавеющую сталь по-настоящему 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 насыщенно-жёлтого. Хром был открыт в 1797 году французским химиком Louis-Nicolas Vauquelin при анализе загадочного красного минерала из Сибири под названием крокоит. Это открытие произвело 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 по-настоящему необычным — это его способность образовывать сверхтонкий невидимый слой оксида, защищающий основной металл от коррозии. Когда хром добавляют к железу для производства нержавеющей стали, этот защитный слой делает сплав практически неуязвимым для ржавчины, кислот и атмосферных воздействий. Поэтому хирургические инструменты из нержавеющей стали можно стерилизовать тысячи раз, а корона в стиле ар-деко здания Chrysler Building по-прежнему сияет спустя 90 лет. Хром также является секретом некоторых самых ценных драгоценных камней в мире. Глубокий красный цвет рубинов обусловлен следовыми количествами хрома, замещающего алюминий в кристаллах корунда. Аналогично, изумруды приобретают свой потрясающий зелёный цвет благодаря примесям хрома (и ванадия) в кристаллах берилла. Без хрома эти драгоценные камни были бы бесцветными. Вот ещё один удивительный факт: шестивалентный хром (Cr⁶⁺) чрезвычайно токсичен и канцерогенен, тогда как трёхвалентный хром (Cr³⁺) фактически является необходимым питательным веществом, помогающим организму перерабатывать глюкозу и жиры. Это показывает, как один и тот же элемент может быть одновременно полезным и вредным в зависимости от его химической формы.
Louis-Nicolas Vauquelin открыл хром в 1797 году при анализе минерала крокоита (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 производство хрома началось с выплавки феррохрома в 1890-х годах, что сделало возможным развитие нержавеющей стали. Открытие Harry Brearley в 1913 году — нержавеющей стали в Шеффилде, Англия — произвело революцию в спросе на хром и заложило основу современной металлургии хрома.
Применение
Хром превращает обычную сталь в идеальную нержавеющую сталь, одновременно создавая блестящие зеркала и декоративные покрытия, определяющие современную эстетику. Уникальные свойства этого переходного металла позволяют использовать его во всём — от хирургических инструментов до теплозащитных экранов космических аппаратов.
Аустенитные нержавеющие стали, содержащие 16-26% хрома, образуют защитные оксидные слои, которые самовосстанавливаются при появлении царапин, обеспечивая постоянную коррозионную стойкость. Нержавеющая сталь типа 316 выдерживает морскую среду, химическое производство и медицинское применение благодаря пассивации хромом. На мировое производство нержавеющей стали расходуется 85% запасов хрома, что обеспечивает создание устойчивой к коррозии инфраструктуры — от кухонной техники до химических заводов.
Процессы гальванического покрытия наносят сверхтонкие слои хрома (0.25-2.5 μm), создающие зеркально-блестящую поверхность на автомобильных деталях, 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 валки.
Хромитовые кирпичи футеруют сталеплавильные печи и стекловаренные резервуары, выдерживая температуры свыше 1800°C и сопротивляясь коррозии шлаком. Хромомагнезитовые огнеупоры обеспечивают работу цементных печей и плавку цветных металлов благодаря исключительной термической стабильности и химической инертности оксида хрома.
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.
Откуда он берётся
102 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 83% of elements
Хром образуется в результате процессов горения кремния в массивных звёздах, где температура превышает 3 миллиарда K, что обеспечивает реакции ядерного синтеза, в которых формируются элементы тяжелее железа. Сверхновые типа Ia вносят значительный вклад в распространённость хрома благодаря взрывному нуклеосинтезу, рассеивая этот элемент по галактикам, когда остатки звёзд становятся источником вещества для будущего формирования планет.
Земная кора содержит 185 частей на миллион хрома, сконцентрированного главным образом в месторождениях хромита (FeCr₂O₄), образовавшихся 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.
Подообразные месторождения хромита формируются в офиолитовых комплексах, где океаническая кора и мантийные породы обнажаются в результате тектонических процессов. Пластовые месторождения возникают вследствие магматической дифференциации в крупных слоистых интрузиях, создавая непрерывные хромитовые пласты, разрабатываемые подземным способом.
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 температуре 1700°C производит железохромовые сплавы, необходимые для производства нержавеющей стали.
Обращение
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.
Шестивалентный хром вызывает рак лёгких, перфорацию носовой перегородки и тяжёлые изъязвления кожи благодаря сильным окислительным свойствам и повреждению клеточной ДНК. Операции по хромированию образуют туманы хромовой кислоты, требующие сложной вентиляции и защиты органов дыхания. Сварка нержавеющих сталей выделяет пары шестивалентного хрома, что требует специальных систем удаления сварочных дымов.
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 (symbol Cr) is element 24 on the periodic table, a переходный металл in period 4, group 6. The element that puts the shine in chrome and the "stainless" in stainless steel. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d⁵ 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 13, 1 electrons respectively.Хром melts at 2180 K (1906.9 °C) and boils at 2944 K (2670.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of Хром is 51.996 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Хром has a density of 7.15 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of хром is about 7.2× heavier.
Хром has a Pauling electronegativity of 1.66. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Хром was discovered in 1797 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after greek chroma, "colour".
Хром makes up about 102 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.