24 Cr 51.996
过渡金属 d-block Period 4 Group 6

Cr · Element 24 · Chromium group

The element that puts the shine in chrome and the "stainless" in stainless steel.

20°C时的状态 固态
原子量 51.996 u
ELECTRON CONFIGURATION [Ar] 3d⁵ 4s¹

结构

铬 原子

这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示铬在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 7.15 g/cm³ 44%
熔点 2180 K 86%
沸点 2944 K 58%
比热容 0.449 J/g·K
热导率 93.9 W/m·K 80%

原子

原子半径 128 pm 20%
共价半径 139 pm
范德华半径 189 pm

电子

电负性 1.66 55%
电离能 653.2 kJ/mol 44%
电子亲和能 65.2 kJ/mol 55%

存在

地壳中的丰度 102 mg/kg 83%

身份

符号Cr
原子序数24
原子量51.9961 u
类别过渡金属
d
晶体结构体心立方
氧化态-2, -1, 0, +2, +3, +4, +5, +6
发现时间1797
发现者Louis-Nicolas Vauquelin

来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 铬 atom?

Radius 128 pm — that is 0.128 nm, so about 3906 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

铬 is liquid over a 764 K window, from 2180 K to 2944 K.

所在位置

在表中的位置

sits in period 4, group 6. Everything in group 6 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

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故事

铬 是什么,以及我们如何发现它

铬是一种让所有闪亮物品拥有“chrome”光泽,并使不锈钢真正耐锈的元素!这种坚硬、有光泽的过渡金属,是现代生活中兼具美观与强度的重要材料。“铬”这个名称来自希腊语“chroma”,意为颜色,因为铬的化合物能够呈现令人惊叹的鲜艳色谱——从祖母绿般的绿色,到红宝石般的红色,再到灿烂的黄色。 1797年,法国化学家 Louis-Nicolas Vauquelin 在分析一种来自西伯利亚、名为铬铅矿的神秘红色矿物时发现了铬,这一发现推动了冶金和艺术领域的变革。Vauquelin 注意到,这种矿物会产生一种此前从未见过的美丽绿色氧化物,最终促成了一种全新元素的发现。 铬最非凡的特性,是能够形成超薄且不可见的氧化物层,保护下方的金属免受腐蚀。当铬加入铁中制成不锈钢时,这层保护膜使合金几乎能够抵御锈蚀、酸和风化的侵蚀。因此,不锈钢手术器械可以经受数千次灭菌,而 Chrysler Building 的装饰艺术风格冠顶在90年后仍然熠熠生辉! 铬还是世界上一些最珍贵宝石背后的秘密。红宝石的深红色,来自微量铬取代刚玉晶体中的铝。同样,祖母绿令人惊艳的绿色,也来自绿柱石晶体中的铬(以及钒)杂质。没有铬,这些宝石将会是无色的! 还有一个 fascinating 的事实:六价铬(Cr⁶⁺)具有高度毒性并且致癌,而三价铬(Cr³⁺)实际上是一种必需营养素,能够帮助人体处理葡萄糖和脂肪。这说明,同一种元素可能因其化学形态不同而既有益又有害。

The discovery of 铬

多彩的发现

Louis-Nicolas Vauquelin于1797年在分析来自西伯利亚金矿的铬铅矿(PbCrO₄)时发现了铬。矿物鲜艳的橙红色引起了 Vauquelin 的兴趣,促使他分离出一种新的金属元素,并从希腊语“chroma”(意为颜色)中取名为“chromium”,以反映铬化合物鲜艳的色彩。

工业发展

商业化铬生产始于19世纪90年代的铬铁冶炼,推动了不锈钢的发展。Harry Brearley于1913年在英国 Sheffield 发现不锈钢,彻底改变了对铬的需求,并奠定了现代铬冶金学的基础。

应用

铬的用途

铬:制造镜面的元素

铬将普通钢材转变为完美的不锈钢,同时制造出定义现代美学的明亮镜面和装饰性表面。这种过渡金属的独特性质,使其应用范围从手术器械延伸到航天器隔热罩。

不锈钢革命

含有16-26%铬的奥氏体不锈钢能够形成划伤后自我修复的保护性氧化物层,从而提供永久的耐腐蚀性。316型不锈钢凭借铬的钝化性质,可以耐受海洋环境、化学加工和医疗应用。全球不锈钢生产消耗了铬供应量的85%,使从厨房电器到化工厂的基础设施具备耐腐蚀能力。

装饰性镀铬

电镀工艺沉积超薄的铬层(0.25-2.5 μm),在汽车饰件、管道装置和装饰五金上形成镜面般明亮的表面。硬铬电镀会形成更厚的镀层(25-250 μm),用于需要极高耐磨性的工业应用,包括液压缸、机床导轨和印刷辊。

耐火材料应用

铬铁矿砖用于衬砌炼钢炉和玻璃熔化槽,可承受超过1800°C的高温,同时抵抗炉渣腐蚀。铬镁质耐火材料凭借氧化铬出色的热稳定性和化学惰性,支持水泥窑运行和有色金属冶炼。

颜料技术

氧化铬绿(Cr₂O₃)具有出色的紫外线稳定性和耐化学性,可为陶瓷、涂料和塑料提供持久色彩。铬酸铅颜料可产生鲜艳的黄色和橙色,用于工业涂层,但环境法规将其使用限制在专门用途内。

铬:随处可见

  • 厨房与首页
    • 不锈钢电器(冰箱、洗碗机、烤箱)
    • 厨房水槽、水龙头和炊具
    • 餐具和用具
    • 浴室装置和五金件
  • 汽车工业
    • 镀铬保险杠和装饰件
    • 不锈钢排气系统
    • 发动机部件和紧固件
    • 装饰性车轮和配件
  • 医疗设备
    • 手术器械和植入物
    • 医院设备和装置
    • 牙科工具和正畸器械
    • 实验室设备和表面
  • 建筑材料
    • 建筑面板和覆层
    • 扶手和结构部件
    • 屋顶和排水槽系统
    • 海洋建筑部件
  • 工业应用
    • 化学加工设备
    • 发电厂部件
    • 炼油厂设备
    • 食品加工机械

来源

自然存在

102 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 83% of elements

铬:源自恒星合成

铬通过大质量恒星中的硅燃烧过程形成,此时温度超过30亿K,能够发生构建比铁更重元素的核聚变反应。Ia型超新星通过爆炸性核合成显著贡献了铬的丰度,并将这种元素散布到整个星系中,恒星遗迹由此为未来行星的形成播下种子。

全球分布

地壳中含有185 ppm的铬,主要集中在通过岩浆作用形成的铬铁矿(FeCr₂O₄)矿床中。南非的Bushveld Complex位于层状火成侵入体中,拥有全球铬储量的70%;KazakhstanIndia也拥有大量额外资源。

铬铁矿的形成

豆荚状铬铁矿矿床形成于蛇绿岩杂岩体中,海洋地壳和地幔岩石通过构造作用暴露出来。层状矿床则由大型层状侵入体中的岩浆分异形成,产生连续的铬铁矿层,可通过地下采矿作业开采。

采矿与加工

由于铬铁比例不同会影响冶金应用,铬铁矿开采需要进行细致的矿石分选。重力分选磁选用于富集铬铁矿物,而在1700°C电弧炉中进行的铬铁冶炼,则会生产不锈钢制造所必需的铬铁合金。

处理

安全

铬安全:必须保持高度警惕

铬化合物的毒性水平会因氧化态不同而有显著差异。六价铬(Cr⁶⁺)具有严重的致癌危害,而三价铬(Cr³⁺)毒性极低,并且是人体必需的微量营养素。

健康危害

六价铬凭借其强氧化性和对细胞DNA的损伤,会导致肺癌、鼻中隔穿孔和严重的皮肤溃疡。镀铬作业会产生铬酸雾,因此需要先进的通风系统和呼吸防护。焊接不锈钢会产生六价铬烟雾,因此必须配备专用烟雾抽排系统。

接触限值

  • OSHA PEL:六价铬为0.005 mg/m³(8小时TWA)
  • NIOSH REL:致癌性铬化合物为0.001 mg/m³
  • 三价铬:0.5 mg/m³(金属及不溶性盐)

安全措施

对于六价铬作业,必须实施全面的医学监测、呼吸防护和工程控制。局部排风供气式呼吸器防护服能够防止通过多种途径接触。

快速回答

铬:常见问题

What is 铬?

铬 (symbol Cr) is element 24 on the periodic table, a 过渡金属 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.

What is the electron configuration of 铬?

铬's ground-state electron configuration is [Ar] 3d⁵ 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 13, 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 铬?

铬 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.

What is the atomic mass of 铬?

The standard atomic weight of 铬 is 51.996 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is 铬?

铬 has a density of 7.15 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 铬 is about 7.2× heavier.

What is the electronegativity of 铬?

铬 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.

Who discovered 铬, and when?

铬 was discovered in 1797 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after greek chroma, "colour".

How common is 铬 on Earth?

铬 makes up about 102 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.