Jak vypadá chrom?

Chrom je žáruvzdorný, velmi tvrdý kov s mimořádnou odolností vůči korozi. Tyto jedinečné vlastnosti zajistily, že je v průmyslu a stavebnictví velmi žádaný.

Spotřebitel je nejčastěji obeznámen s výrobky z chromu, ale s předměty potaženými tenkou vrstvou kovu. Oslnivý zrcadlový lesk takového povlaku je atraktivní sám o sobě, ale má také ryze praktický význam. Chrom je odolný vůči korozi a může chránit slitiny a kovy před korozí.

A dnes si odpovíme na otázky, zda je chrom kov nebo nekov, a pokud kov, tak jaký: černý nebo neželezný, těžký nebo lehký. Prozradíme vám také, v jaké formě se chrom v přírodě nachází a jaké jsou rozdíly mezi chromem a niklem a dalšími podobnými kovy.

Co je chrom

Nejprve si povíme, jak chrom vypadá, jaké kovy obsahuje a co je na takové látce zvláštní. Chrom je typický kov stříbřitě namodralé barvy, těžký, hustotou převyšující železo a také patří do kategorie žáruvzdorných – jeho body tání a varu jsou velmi vysoké.

Prvek chrom se nachází v sekundární podskupině 6. skupiny ve 4. periodě. Ve vlastnostech se blíží molybdenu a wolframu, i když má znatelné rozdíly. Posledně jmenované nejčastěji vykazují pouze nejvyšší oxidační stav, zatímco chrom vykazuje valenci dvě, tři a šest. To znamená, že prvek tvoří mnoho různých sloučenin.

Byly to sloučeniny, které daly název samotnému prvku – z řeckého nátěru barva. Faktem je, že jeho soli a oxidy jsou natřeny širokou škálou jasných barev.

Toto video vám řekne, co je to Chrome:

Vlastnosti a rozdíly oproti jiným kovům

Při studiu kovu vzbudily největší zájem dvě vlastnosti látky: tvrdost a žáruvzdornost. Chrom je jedním z nejtvrdších kovů – řadí se na páté místo a je horší než uran, iridium, wolfram a berylium. Tato kvalita se však ukázala jako nevyžádaná, protože kov měl vlastnosti, které byly pro průmysl důležitější.

Chrom taje při 1907 C. V tomto ukazateli je horší než wolfram nebo molybden, ale stále je klasifikován jako žáruvzdorná látka. Je pravda, že jeho bod tání je značně ovlivněn nečistotami.

• Stejně jako mnoho korozivzdorných kovů tvoří chrom na vzduchu tenký a velmi hustý oxidový film. Ten pokrývá přístup kyslíku, dusíku a vlhkosti k látce, což ji činí nezranitelnou. Zvláštností je, že tuto kvalitu přenáší do své slitiny se železem: v přítomnosti prvku se zvyšuje potenciál a-fáze železa a v důsledku toho je ocel na vzduchu také pokryta hustým oxidovým filmem. To je tajemství odolnosti nerezové oceli.
• Jako žáruvzdorná látka kov také zvyšuje bod tání slitiny. Žáruvzdorné a žáruvzdorné oceli nutně zahrnují podíl chrómu, někdy velmi velký – až 60%. Přídavek niklu i chrómu má ještě silnější účinek.
• Chrom také tvoří slitiny se svými skupinovými kolegy – molybdenem a wolframem. Používají se k potahování dílů, kde je vyžadována zvláště vysoká odolnost proti opotřebení za vysokých teplot.

Výhody a nevýhody chrómu jsou popsány níže.

Chrom jako kov (foto)

Hodnota

Jako každá jiná látka má i kov své výhody a nevýhody a jejich kombinace určuje jeho použití.

• Nepochybnou výhodou látky je její odolnost proti korozi a schopnost přenést tuto vlastnost na své slitiny. Chromované nerezové oceli mají velký význam, protože řešily řadu problémů při stavbě lodí, ponorek, stavebních rámů a tak dále.
• Odolnost proti korozi je zajištěna jiným způsobem – pokrytím předmětu tenkou vrstvou kovu. Popularita této metody je velmi velká, dnes existuje nejméně tucet metod chromování za různých podmínek a pro získání různých výsledků.
• Vrstva chromu vytváří jasný zrcadlový lesk, proto se chromování používá nejen k ochraně slitiny před korozí, ale také k získání estetického vzhledu. Moderní metody chromování navíc umožňují vytvořit povlak na jakémkoli materiálu – nejen na kovu, ale také na plastu a keramice.
• Získání žáruvzdorné oceli přidáním chrómu by mělo být také považováno za výhodu látky. Existuje mnoho oblastí, kde kovové části musí pracovat při vysokých teplotách a samotné železo nemá takovou odolnost vůči namáhání při teplotách.
• Ze všech žáruvzdorných látek je nejodolnější vůči kyselinám a zásadám.
• Výhodou látky je její výskyt – 0,02 % v zemské kůře a relativně jednoduchý způsob těžby a výroby. Vyžaduje to samozřejmě energii, ale nelze to srovnávat se složitou technologií výroby například titanu.

Omezení

Mezi nevýhody patří vlastnosti, které neumožňují plné využití všech vlastností chrómu.

• V prvé řadě jde o silnou závislost fyzikálních, a nejen chemických vlastností, na nečistotách. Dokonce i bod tání kovu bylo obtížné stanovit, protože v přítomnosti nevýznamného podílu dusíku nebo uhlíku se indikátor znatelně změnil.
• Navzdory vyšší elektrické vodivosti ve srovnání s hliníkem se chrom v elektrotechnice používá mnohem méně a jeho cena je poměrně vysoká. Je mnohem obtížnější z něj něco vyrobit: vysoký bod tání a tvrdost výrazně omezují jeho použití.
• Čistý chrom je kujný kov, ale když obsahuje nečistoty, stává se velmi tvrdým. Aby se získal alespoň relativně tažný kov, musí být podroben dodatečnému zpracování, což samozřejmě zvyšuje výrobní náklady.

Kovová konstrukce

Krystal chrómu má kubickou mřížku centrovanou na tělo, a = 0,28845 nm. Nad teplotou 1830 C lze získat modifikaci s plošně centrovanou kubickou mřížkou.

Při teplotě +38 C je zaznamenán fázový přechod druhého řádu s nárůstem objemu. V tomto případě se krystalová mřížka látky nemění, ale její magnetické vlastnosti se stávají zcela odlišnými. Do této teploty – Néelova bodu – vykazuje chrom vlastnosti antiferomagnetika, tedy jde o látku, kterou téměř nelze zmagnetizovat. Nad bodem Néel se kov stává typickým paramagnetickým, to znamená, že v přítomnosti magnetického pole vykazuje magnetické vlastnosti.

Vlastnosti a vlastnosti

Za normálních podmínek je kov docela inertní – jak díky oxidickému filmu, tak jednoduše ze své podstaty. S rostoucí teplotou však reaguje s jednoduchými látkami, kyselinami a zásadami. Jeho sloučeniny jsou velmi rozmanité a používají se velmi široce. Fyzikální vlastnosti kovu, jak bylo zmíněno, silně závisí na množství nečistot. V praxi si poradí s chromem o čistotě až 99,5 %. Jeho vlastnosti jsou:

• teplota tání – 1907 C. Tato hodnota slouží jako hranice mezi žáruvzdornými a běžnými látkami;
• teplota varu – 2671 °C;
• Mohsova tvrdost – 5;
• elektrická vodivost – 9 · 106 1/(Ohm•m). V tomto ukazateli je chrom na druhém místě za stříbrem, mědí a zlatem;
• odpor –127 (Ohm•mm2)/m;
• tepelná vodivost látka je 93,7 W/(m•K);
• měrné teplo –45 J/(g•K).

Termofyzikální vlastnosti látky jsou poněkud anomální. V bodě Néel, kde se mění objem kovu, se koeficient jeho tepelné roztažnosti prudce zvyšuje a s rostoucí teplotou dále roste. Anomálně se chová i tepelná vodivost – v bodě Néel klesá a při zahřívání klesá.

Prvek je jedním z nezbytných: v lidském těle se ionty chrómu účastní metabolismu sacharidů a procesu regulace sekrece inzulínu. Denní dávka je 50–200 mcg.

Chrom je netoxický, i když ve formě kovového prášku může způsobit podráždění sliznic. Jeho trojmocné sloučeniny jsou také relativně bezpečné a dokonce se používají v potravinářském a sportovním průmyslu. Ale šestimocné jsou pro člověka jedovaté a způsobují vážné poškození dýchacích cest a gastrointestinálního traktu.

O výrobě a ceně kovového chromu za kg si dnes povíme později.

Toto video vám ukáže, zda je povlak chromový:

Výroba

Chrom se nachází ve velkém množství různých minerálů – často ho doprovází železo a olovo. Jeho obsah však nestačí na to, aby měl průmyslový význam. Perspektivní jsou pouze horniny, které obsahují alespoň 40 % prvku, takže minerálů vhodných k těžbě je málo, hlavně chromová železná ruda nebo chromit.

Minerál se těží důlními a lomovými metodami v závislosti na hloubce výskytu. A protože ruda zpočátku obsahuje velký podíl kovu, není téměř nikdy obohacována, což v důsledku toho zjednodušuje a zlevňuje výrobní proces.

Asi 70 % vytěženého kovu se používá na legování oceli. Navíc se často nepoužívá ve své čisté formě, ale ve formě ferochromu. Ten lze získat přímo v šachtové elektrické peci nebo vysoké peci – tak se získává uhlíkový ferochrom. Pokud je požadována sloučenina s nízkým obsahem uhlíku, použije se aluminotermická metoda.

• Tato metoda produkuje jak čistý chrom, tak ferochrom. K tomu se do tavicí šachty vloží vsázka obsahující chrom-železnou rudu, oxid chromitý, dusičnan sodný a hliníkový prášek. První část, zápalná směs, se zapálí a zbytek vsázky se vloží do taveniny. Na závěr se přidává tavidlo – vápno pro usnadnění extrakce chrómu. Roztavení trvá asi 20 minut. Po určitém ochlazení se hřídel nakloní, struska se uvolní, vrátí do původní polohy a znovu nakloní, nyní se do formy odebírá chrom i struska. Po ochlazení se výsledný blok oddělí.
• Používá se také další metoda – metalotermické tavení. Provádí se v elektrické peci na rotující hřídeli. Náboj je zde rozdělen na 3 části, každá s jiným složením. Tato metoda umožňuje extrahovat více chromu, ale hlavně snižuje spotřebu hliníku.
• Pokud je nutné získat chemicky čistý kov, uchýlí se k laboratorní metodě: krystaly se vysázejí elektrolýzou roztoků chromanů.

Cena chromového kovu na 1 kg výrazně kolísá, protože závisí na objemu vyrobeného válcovaného kovu – hlavního spotřebitele prvku. V lednu 2017 byla 1 tuna kovu oceněna na 7655 XNUMX $.

přihláška

kategorie

Tedy použití chrómu. Hlavním spotřebitelem chromu je metalurgie železa. To je způsobeno schopností kovu přenášet na své slitiny takové vlastnosti, jako je odolnost proti korozi a tvrdost. Navíc má účinek, když se přidává ve velmi malých množstvích.

Všechny slitiny chrómu a železa jsou rozděleny do 2 kategorií:

• nízká slitina – s podílem chrómu až 1,6 %. V tomto případě chrom dodává oceli pevnost a tvrdost. Pokud má běžná ocel pevnost v tahu 400–580 MPa, pak stejná jakost oceli s přídavkem 1 % látky vykáže pevnost v tahu 1000 MPa;
• vysoce legované – obsahují více než 12 % chromu. Zde kov poskytuje slitině stejnou odolnost proti korozi, jakou má on sám. Všechny nerezové oceli se nazývají chrom, protože právě tento prvek poskytuje tuto kvalitu.

Nízkolegované oceli jsou klasifikovány jako konstrukční: jsou z nich vyrobeny četné strojní součásti – hřídele, ozubená kola, tlačná zařízení a tak dále. Rozsah použití nerezové oceli je obrovský: kovové části turbín, lodní a ponorkové trupy, spalovací komory, spojovací prvky všeho druhu, trubky, kanály, úhelníky, ocelové plechy a tak dále.

Kromě toho chrom zvyšuje odolnost slitiny vůči teplotě: s obsahem látky 30 až 66 % mohou výrobky ze žáruvzdorné oceli plnit své funkce při zahřátí na 1200 C. Jedná se o materiál pro ventily pístových motorů, pro spojovací prvky, pro díly turbín a další věci.

Pokud se 70 % chromu použije pro potřeby metalurgie, pak zbylých téměř 30 % se použije na chromování. Podstatou procesu je nanesení tenké vrstvy chrómu na povrch kovového předmětu. K tomu se používají různé metody, mnohé jsou k dispozici domácím řemeslníkům.

Chromování

Chromování lze rozdělit do 2 kategorií:

• funkční – jeho účelem je zabránit korozi výrobku. Tloušťka vrstvy je zde větší, takže proces chromování trvá déle – někdy až 24 hodin. Kromě toho, že chromová vrstva zabraňuje korozi, výrazně zvyšuje odolnost součásti proti opotřebení;
• ornamentální – chrom vytváří zrcadlově lesklý povrch. Automobiloví nadšenci a motocykloví závodníci málokdy odmítají možnost ozdobit svůj vůz chromovými díly. Dekorativní vrstva povlaku je mnohem tenčí – až 0,0005 mm.

Chromování se aktivně používá v moderní konstrukci a při výrobě nábytku. Mimořádně oblíbené jsou armatury se zrcadlovou úpravou, koupelnové a kuchyňské doplňky, kuchyňské náčiní, nábytkové díly – výrobky s chromovou úpravou. A protože díky moderním metodám chromování lze povlak vytvořit doslova na jakémkoli předmětu, objevily se poněkud atypické způsoby aplikace. Například pochromované vodovodní potrubí nelze klasifikovat jako triviální řešení.

Chrom je kov s velmi neobvyklými vlastnostmi a jeho kvality jsou v průmyslu žádané. Z velké části jsou zajímavé jeho slitiny a sloučeniny, což jen zvyšuje význam kovu pro národní hospodářství.

Oblasti odbornosti: Obecná chemie Symbol: Cr Atomové číslo: 24 Skupina prvků: Přechodné kovy Relativní atomová hmotnost: 51,9961a. e.m. Atomový poloměr: 124,9 pm Elektronegativita: 1,66 jednotek. podle Paulingovy stupnice Fyzikální stav: Hustota pevné látky při n. r.: 7,19 g/cm³ Bod tání: 1900 °C Bod varu: 2690 °C

Chrome (lat. Chrom), Cr, chemický prvek skupiny VI krátké formy (6. skupina dlouhé formy) periodického systému; atomové číslo 24; atomová hmotnost 51,9961; odkazuje na přechodové prvky. V přírodě existují 4 stabilní izotopy: 50 Cr (4,35 %), 52 Cr (83,79 %), 53 Cr (9,50 %) a 54 Cr (2,36 %); Uměle bylo získáno více než 20 radioizotopů.

Historické informace

Otevřen v roce 1797 L.-N. Voclain v minerálu krokoit – přírodní chroman olovnatý PbCrO₄. Prvek dostal své jméno z řečtiny. slova χρῶμα – barva, barva (kvůli rozmanitosti barev jejích sloučenin).

Prevalence v přírodě

Obsah chromu v zemské kůře je 0,0122 % hm., ve vodě moří a oceánů 2·10 –5 mg/l. Je známo více než 40 chromových minerálů, z nichž pouze FeCr chromit se používá k extrakci chromu₂O₄, přesněji chromové spinely (Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)₂O₄. Chrom je součástí řady dalších minerálů – chromová slída (fuchsit) – odrůda muskovitu obsahující chrom, chrom-vesuvianit Ca₁₀Al₄(Mg,Fe,Cr)₃(SiO₄)₅(Ano₂O₇)₂(OH,F), chromdiopsid Ca(Mg,Cr,Al)[(Si,Al)₂O₆], chromový granát Ca₃Сr₂(SiO₄)₃ (uvarovit), volkonskoit Cr₂Si₄O₁₀(ACH)₂· NH₂O a další, které často doprovázejí rudy, ale nemají průmyslový význam; viz také Chromové rudy. Za exogenních podmínek migruje chrom, stejně jako železo, ve formě suspenzí a může se hromadit v jílech. Nejpohyblivější formou jsou chromany – minerály krokoit, vokelenit Pb₂Cu (CrO₄) (PO₄). Minerály sulfidu chromitého byly nalezeny v meteoritech. Ukázka čistého chromu. Ukázka čistého chromu.

Vlastnosti

Konfigurace vnějšího elektronového obalu atomu chrómu je 3d 5 4s 1; ve sloučeninách vykazuje oxidační stavy +2, +3, +6, méně často +4, +5 a +1; ionizační energie při přechodu Cr 0 5 →Cr + →Сr 2+ →Сr 3+ →Сr 4+ →Сr 5+ →Cr 6+ 652,7; 1592; 2987; 4740; 6690 a 8738 kJ/mol; elektronová afinita 64,3 kJ/mol; Paulingova elektronegativita 1,66; atomový poloměr 124,9 pm, iontové poloměry (pm, koordinační čísla jsou uvedena v závorkách): pro Cr 2+ 73 (stav s nízkým spinem) nebo 80 (stav s vysokým spinem), Cr 3+ 61,5 (6), Cr 4+ 55 ( 6), Cr 5+ 34,5 (4) a 49 (6), pro Cr 6+ 26 (4) a 44 (6).

Chrom je modrobílý kov; krychlová krystalová mřížka centrovaná na tělo; t_pl 1900 °C, t.t_žok 2690 °C; hustota 7190 kg/m3; paramagnetický, přechází do antiferomagnetického stavu při 312 K. Křehký, získává plasticitu při teplotách nad 200–250 °C. Standardní elektrodový potenciál pro pár Cr 3+ / Cr 0 je –0,74 V.

Při pokojové teplotě je chrom stabilní na vzduchu a ve vodě, při 300 °C hoří v kyslíku za vzniku Cr₂О₃. Reaguje s kyselinou chlorovodíkovou a zředěnou kyselinou sírovou a uvolňuje H₂. V koncentrovaném HNO₃HCXNUMXO₄, H₃RO₄ a snadno se pasivuje vlivem oxidačních činidel. Pasivovaný chrom je velmi odolný. Nereaguje s alkáliemi ve vodném roztoku, v tavenině reaguje velmi pomalu za uvolňování H₂. Fluor působí na Cr při teplotách nad 350 °C. Suchý chlor reaguje s Cr nad 300 °C, mokrý chlor reaguje při 80 °C. Chrom reaguje s bromem a jódem při červeném žáru. Neinteraguje přímo s vodíkem, ale s hydridy CrH a CrH podobnými kovům₂ lze získat elektrolýzou; při zahřátí snadno ztrácejí H₂.

CrN a Cr nitridy₂N se získává přímou interakcí Cr a N₂ nebo reakcí Cr s NH₃ (asi 850 °C). Nitridy, zejména CrN, mají vysokou chemickou odolnost; používají se jako součásti tvrdých slitin, katalyzátory, CrN – jako polovodičový materiál pro termoelektrické generátory. Chrom je legován s B, C, Si za vzniku boridů, karbidů a silicidů; používá se jako součásti tvrdých, žáruvzdorných slitin, povlaků odolných proti opotřebení a chemikáliím. Chrom reaguje se sírou za vzniku sulfidů různého složení; Když je chrom legován selenem (tellurium), získávají se selenidy (teluridy).

Nestabilní oxid CrO se získává nepřímými metodami. CrO a jeho odpovídající špatně rozpustný hydroxid Cr(OH)₂ jsou základní povahy. Nejstabilnější oxid Cr₂O₃ získává se tepelným rozkladem solí a jiných oxidů chrómu. Odpovídá špatně rozpustným amfoterním hydroxidům o složení Cr(OH)₃ a CrO(OH) (metahydroxid), které reagují s kyselinami za vzniku akvakomplexů [Cr(H₂O)₆] 3+ a koncentrovanými alkáliemi k získání rozpustných hydroxokomplexů [Cr(OH)₆] 3– . Těkavý a hygroskopický vyšší oxid CrO₃ při reakci s vodou poskytuje silnou kyselinu chromovou H₂Cro₄, který v kyselém prostředí tvoří kyselinu dichromovou H₂Cr₂O₇.

Sloučeniny Cr(II) jsou nestabilní a snadno oxidují na vzduchu. Jejich vodné roztoky se uchovávají pouze v inertní atmosféře. Nejstabilnější jsou sloučeniny Cr(III). Ve vodných roztocích a krystalech solí existuje kationt Cr(III) ve formě fialového akvakomplexu [Cr(H₂O)₆] 3+. Při koordinaci se místo části molekul vody solných aniontů tvoří zelené izomerní komplexy. Je známo mnoho stabilních Cr(III) komplexů s koordinačním číslem 6 a oktaedrickou konfigurací (halogenid, kyanid, sulfát, oxalát atd.). Charakteristické jsou polynukleární formy komplexů. Sloučenin Cr(IV) není mnoho, jsou to jednoduché a komplexní halogenidy; Cr(VI) tvoří četné chromany. Sloučeniny Cr(VI) jsou silná oxidační činidla.

Příjem

Kovový chrom z Cr₂О₃ vyrobené aluminotermickou nebo křemíkovou tepelnou metodou. Pyrometalurgická redukce Cr₂О₃ produkuje produkt kontaminovaný uhlíkem. Čistý chrom se získává elektrolýzou roztoků CrO v kyselině sírové₃ nebo roztoky chromoamonného kamence (NH₄)Cr(SO₄)₂. Hluboké čištění chrómu se provádí působením vodíku během zahřívání, vakuové destilace, zónového tavení a rafinace jodidu.

Přímým zpracováním chromových rud redukčním tavením v elektrických pecích vzniká ferochrom s obsahem 60–70 % Cr – velkotonážní produkt hutnictví železa. US Geological Survey odhaduje, že v roce 2012 bylo celosvětově vytěženo 24,0 milionů tun chromové rudy (chromitů). Asi 94 % světové produkce chromitu je určeno pro použití v metalurgii, na výrobu ferochromu. Výrobě ferochromu dominuje Jižní Afrika, Kazachstán, Indie a Čína. Celková spotřeba ferochromu ve světě je 10,35 mil. tun (2012).

přihláška

Chrom se používá v metalurgii (především jako složka ocelí, zejména nerezových) a k výrobě korozivzdorných a mechanicky pevných chromových povlaků. Sloučeniny chrómu se používají jako žáruvzdorné materiály, pigmenty, kožedělky, barvicí mořidla, činidla, magnetické materiály atd. Poměr oblastí použití: hutnictví 75 %, žáruvzdorné 10 %, ostatní 15 %.

Kovový chrom je málo toxický. Sloučeniny Cr(VI) mají lokální a celkové toxické účinky, způsobují poškození dýchacího systému, kůže, sliznic a gastrointestinálního traktu.

Alikberová Ljudmila Jurjevna. První publikace: Velká ruská encyklopedie, 2017.

Publikováno 1. srpna 2022 v 11:58 (GMT+3). Poslední aktualizace 20. října 2022 v 17:09 (GMT+3). Zpětná vazba