تطبيق الكروم. كبريتات الكروم (III): التركيب والكتلة المولية

محتوى المقال

الكروم– (الكروم) الكروم، العنصر الكيميائي 6(VIb) من مجموعة الجدول الدوري. العدد الذري 24، الكتلة الذرية 51.996. هناك 24 نظيرًا معروفًا للكروم يتراوح من 42 Cr إلى 66 Cr. النظائر 52Cr، 53Cr، 54Cr مستقرة. التركيب النظائري للكروم الطبيعي: 50 كروم (نصف عمر 1.8 · 10 · 17 سنة) – 4.345%، 52 كروم – 83.489%، 53 كروم – 9.501%، 54 كروم – 2.365%. حالات الأكسدة الرئيسية هي +3 و +6.

في عام 1761، اكتشف أستاذ الكيمياء بجامعة سانت بطرسبرغ، يوهان جوتلوب ليمان، عند السفح الشرقي لجبال الأورال في منجم بيريزوفسكي، معدنًا أحمر رائعًا، والذي عند سحقه إلى مسحوق، أعطى لونًا أصفر ساطعًا. في عام 1766، أحضر ليمان عينات من المعدن إلى سانت بطرسبرغ. وبعد معالجة البلورات بحمض الهيدروكلوريك، حصل على راسب أبيض اكتشف فيه الرصاص. أطلق ليمان على المعدن الرصاص الأحمر السيبيري (plomb rouge de Sibérie)؛ ومن المعروف الآن أنه كان كروكويت (من الكلمة اليونانية "krokos" - الزعفران) - كرومات الرصاص الطبيعية PbCrO 4.

قاد الرحالة وعالم الطبيعة الألماني بيتر سيمون بالاس (1741–1811) رحلة استكشافية تابعة لأكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم إلى المناطق الوسطى من روسيا، وفي عام 1770 زار جبال الأورال الجنوبية والوسطى، بما في ذلك منجم بيريزوفسكي، وأصبح مثل ليمان. مهتم بالكروكويت. كتب بالاس: «لم يتم العثور على معدن الرصاص الأحمر المذهل هذا في أي رواسب أخرى. وعندما يتم طحنه إلى مسحوق يتحول إلى اللون الأصفر ويمكن استخدامه في المنمنمات الفنية. على الرغم من ندرة وصعوبة تسليم الكروكيت من منجم بيريزوفسكي إلى أوروبا (استغرق الأمر ما يقرب من عامين)، إلا أن استخدام المعدن كعامل تلوين كان موضع تقدير. في لندن وباريس في نهاية القرن السابع عشر. ركب جميع الأشخاص النبلاء عربات مطلية بالكروكويت المطحون جيدًا، بالإضافة إلى ذلك، فإن أفضل الأمثلة على الرصاص الأحمر السيبيري تجدد مجموعات العديد من الخزانات المعدنية في أوروبا.

وفي عام 1796، وصلت عينة من الكروكيت إلى أستاذ الكيمياء في مدرسة المعادن بباريس نيكولا لويس فاوكيلان (1763-1829)، الذي قام بتحليل المعدن، لكنه لم يجد فيه شيئًا سوى أكاسيد الرصاص والحديد والألومنيوم. واصل فوكيلين بحثه عن الرصاص الأحمر السيبيري، وقام بغلي المعدن بمحلول البوتاس، وبعد فصل الراسب الأبيض من كربونات الرصاص، حصل على محلول أصفر من ملح غير معروف. وعند معالجته بملح الرصاص يتكون راسب أصفر، ومع ملح الزئبق راسب أحمر، وعند إضافة كلوريد القصدير يصبح المحلول أخضر. من خلال تحلل الكروكيت بالأحماض المعدنية، حصل على محلول "حمض الرصاص الأحمر"، الذي أدى تبخره إلى ظهور بلورات حمراء ياقوتية (أصبح من الواضح الآن أنه كان أنهيدريد الكروم). بعد أن قمت بتكليسها بالفحم في بوتقة من الجرافيت، اكتشفت بعد التفاعل العديد من بلورات رمادية اللون على شكل إبرة من معدن غير معروف في ذلك الوقت. وأشار فوكيلين إلى الحراريات العالية للمعدن ومقاومته للأحماض.

أطلق فوكيلين على العنصر الجديد اسم الكروم (من الكلمة اليونانية crwma - اللون، اللون) نظرًا للمركبات المتعددة الألوان التي يشكلها. وبناءً على أبحاثه، كان فاوكيلين أول من ذكر أن لون الزمرد في بعض الأحجار الكريمة يرجع إلى اختلاط مركبات الكروم فيها. على سبيل المثال، الزمرد الطبيعي هو بيريل ذو لون أخضر داكن يتم فيه استبدال الألومنيوم جزئيًا بالكروم.

على الأرجح، لم يحصل فاوكيلين على معدن نقي، بل على كربيداته، كما يتضح من شكل البلورات الناتجة على شكل إبرة، لكن أكاديمية باريس للعلوم مع ذلك سجلت اكتشاف عنصر جديد، والآن يعتبر فاوكيلين بحق مكتشف العنصر رقم 24.

يوري كروتياكوف

الكروم(lat. Cromium)، Cr، العنصر الكيميائي للمجموعة السادسة من النظام الدوري لمندليف، العدد الذري 24، الكتلة الذرية 51.996؛ معدن مزرق اللون الصلب.

النظائر المستقرة الطبيعية: 50 كروم (4.31%)، 52 كروم (87.76%)، 53 كروم (9.55%)، 54 كروم (2.38%). ومن بين النظائر المشعة الاصطناعية، أهمها 51 Cr (نصف عمر T ½ = 27.8 يومًا)، والذي يستخدم كمؤشر للنظائر.

مرجع تاريخي.تم اكتشاف الكروم في عام 1797 بواسطة L. N. Vauquelin في معدن الكروكيت - كرومات الرصاص الطبيعي PbCrO 4 . حصل Chrome على اسمه من الكلمة اليونانية chroma - اللون والطلاء (بسبب تنوع ألوان مركباته). بغض النظر عن فاوكيلين، تم اكتشاف الكروم في الكروكيت في عام 1798 من قبل العالم الألماني إم جي كلابروث.

توزيع الكروم في الطبيعة.متوسط ​​محتوى الكروم في القشرة الأرضية (كلارك) هو 8.3·10 -3%. من المحتمل أن يكون هذا العنصر أكثر سمة من سمات وشاح الأرض، حيث أن الصخور فوق المافية، والتي يعتقد أنها الأقرب في تكوينها إلى وشاح الأرض، غنية بالكروم (2 · 10 -4٪). يشكل الكروم خامات ضخمة ومنتشرة في الصخور فوق المافية؛ يرتبط تكوين أكبر رواسب الكروم بها. في الصخور الأساسية، يصل محتوى الكروم فقط إلى 2·10 -2%، في الصخور الحمضية - 2.5·10 -3%، في الصخور الرسوبية (الحجر الرملي) - 3.5·10 -3%، في الصخور الطينية - 9·10 -3 %. يعد الكروم مهاجرًا مائيًا ضعيفًا نسبيًا؛ محتوى الكروم في مياه البحر هو 0.00005 ملغم / لتر.

بشكل عام، يعد الكروم معدنًا موجودًا في المناطق العميقة من الأرض؛ النيازك الحجرية (نظائرها من الوشاح) غنية أيضًا بالكروم (2.7·10 -1%). ومن المعروف أكثر من 20 معدن الكروم. فقط الإسبنيل الكرومي (حتى 54% كروم) له أهمية صناعية؛ بالإضافة إلى ذلك، يوجد الكروم في عدد من المعادن الأخرى، والتي غالبًا ما تصاحب خامات الكروم، ولكنها ليست ذات قيمة عملية في حد ذاتها (أوفاروفيت، فولكونسكويت، كيميريت، فوشسيت).

الخصائص الفيزيائية للكروم.الكروم معدن صلب وثقيل ومقاوم للحرارة. الكروم النقي مطاوع. يتبلور في شبكة مركزية الجسم، أ = 2.885 أنجستروم (20 درجة مئوية)؛ عند 1830 درجة مئوية، من الممكن التحول إلى تعديل بشبكة مركزية على الوجه، = 3.69 Å.

نصف القطر الذري 1.27 Å؛ نصف القطر الأيوني Cr 2+ 0.83 Å، Cr 3+ 0.64 Å، Cr 6+ 0.52 Å. الكثافة 7.19 جم/سم3؛ ر 1890 درجة مئوية؛ نقطة الغليان 2480 درجة مئوية. السعة الحرارية النوعية 0.461 كيلوجول/(كجم كلفن) (25 درجة مئوية)؛ المعامل الحراري للتمدد الخطي 8.24·10 -6 (عند 20 درجة مئوية)؛ معامل التوصيل الحراري 67 واط/(م ك) (20 درجة مئوية)؛ المقاومة الكهربائية 0.414 ميكرومتر (20 درجة مئوية)؛ المعامل الحراري للمقاومة الكهربائية في حدود 20-600 درجة مئوية هو 3.01·10 -3. الكروم مضاد للمغناطيسية الحديدية، وحساسية مغناطيسية محددة 3.6·10 -6. تبلغ صلابة برينل للكروم عالي النقاء 7-9 مليون/م2 (70-90 كجم/سم2).

الخواص الكيميائية للكروم.التكوين الإلكتروني الخارجي لذرة الكروم هو 3d 5 4s 1. في المركبات عادة ما تظهر حالات الأكسدة +2، +3، +6، من بينها Cr 3+ هو الأكثر استقرارا؛ من المعروف أن المركبات الفردية التي يكون فيها الكروم حالات الأكسدة +1، +4، +5. الكروم غير نشط كيميائيا. في الظروف العادية، يكون مقاومًا للأكسجين والرطوبة، ولكنه يتحد مع الفلور لتكوين CrF 3 . فوق 600 درجة مئوية يتفاعل مع بخار الماء، مما يعطي Cr 2 O 3؛ النيتروجين - الكروم 2 ن، كرن؛ الكربون - Cr 23 C 6، Cr 7 C 3، Cr 3 C 2؛ الكبريت - الكروم 2 ق 3. عند اندماجه مع البورون، فإنه يشكل بوريد CrB، ومع السيليكون يشكل مبيدات السيليكات Cr 3 Si، Cr 2 Si 3، Cr Si 2. يشكل الكروم سبائك تحتوي على العديد من المعادن. يكون التفاعل مع الأكسجين نشطًا جدًا في البداية، ثم يتباطأ بشكل حاد بسبب تكوين طبقة أكسيد على سطح المعدن. عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية، يتم تدمير الفيلم وتبدأ عملية الأكسدة بسرعة مرة أخرى. يشتعل الكروم في الأكسجين عند 2000 درجة مئوية ليشكل أكسيد الكروم الأخضر الداكن (III) Cr 2 O 3. بالإضافة إلى الأكسيد (III)، هناك مركبات أخرى تحتوي على الأكسجين معروفة، على سبيل المثال CrO، CrO 3، والتي يتم الحصول عليها بشكل غير مباشر. يتفاعل الكروم بسهولة مع المحاليل المخففة لأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك لتكوين كلوريد الكروم وكبريتات وإطلاق الهيدروجين؛ فودكا ريجيا وحمض النيتريك يخمل الكروم.

مع زيادة درجة الأكسدة، تزداد الخواص الحمضية والمؤكسدة للكروم، ومشتقات الكروم 2+ هي عوامل اختزال قوية جدًا. يتكون أيون Cr 2+ في المرحلة الأولى من ذوبان الكروم في الأحماض أو أثناء اختزال Cr 3+ في محلول حمضي مع الزنك. تتحول هيدرات الأكسيد Cr(OH)2 عند الجفاف إلى Cr2O3. مركبات Cr 3+ مستقرة في الهواء. يمكن أن تكون عوامل مختزلة ومؤكسدة. يمكن اختزال Cr 3+ في محلول حمضي مع الزنك إلى Cr 2+ أو أكسدته في محلول قلوي إلى CrO 4 2- مع البروم وعوامل مؤكسدة أخرى. هيدروكسيد الكروم (OH) 3 (أو بالأحرى Cr 2 O 3 nH 2 O) هو مركب مذبذب يشكل أملاح مع كاتيون Cr 3+ أو أملاح حمض الكروموز HC-O 2 - الكروميت (على سبيل المثال، KS-O 2، ناكرو 2). مركبات Cr 6+: أنهيدريد الكروم CrO 3 وأحماض الكروم وأملاحها وأهمها الكرومات وثنائي كرومات - عوامل مؤكسدة قوية. يشكل الكروم عددًا كبيرًا من الأملاح مع الأحماض المحتوية على الأكسجين. ومن المعروف أن مركبات الكروم المعقدة؛ المركبات المعقدة Cr 3+، التي يحتوي الكروم فيها على رقم تنسيقي 6، كثيرة بشكل خاص، ويوجد عدد كبير من مركبات بيروكسيد الكروم.

الحصول على كروم.اعتمادًا على الغرض من الاستخدام، يتم الحصول على الكروم بدرجات متفاوتة من النقاء. تكون المادة الخام عادةً عبارة عن إسبينيل الكروم، الذي يتم إثراؤه ثم دمجه مع البوتاس (أو الصودا) في وجود الأكسجين الجوي. بالنسبة للمكون الرئيسي للخامات المحتوية على Cr3+، يكون التفاعل كما يلي:

2FeCr2O4 + 4K2CO3 + 3.5O2 = 4K2CrO4 + Fe2O3 + 4CO2.

يتم ترشيح كرومات البوتاسيوم الناتجة K 2 CrO 4 بالماء الساخن ويحولها عمل H 2 SO 4 إلى ثنائي كرومات K 2 Cr 2 O 7 . بعد ذلك، من خلال عمل محلول مركز من H 2 SO 4 على K 2 Cr 2 O 7، يتم الحصول على أنهيدريد الكروم C 2 O 3 أو عن طريق تسخين K 2 Cr 2 O 7 مع الكبريت - أكسيد الكروم (III) C 2 O 3.

يتم الحصول على أنقى الكروم في الظروف الصناعية إما عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية المركزة لـ CrO 3 أو Cr 2 O 3 التي تحتوي على H 2 SO 4، أو عن طريق التحليل الكهربائي لكبريتات الكروم Cr 2 (SO 4) 3. في هذه الحالة، يتم إطلاق الكروم على كاثود مصنوع من الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ. يتم تحقيق التنقية الكاملة من الشوائب عن طريق معالجة الكروم بالهيدروجين النقي بشكل خاص عند درجات حرارة عالية (1500-1700 درجة مئوية).

من الممكن أيضًا الحصول على الكروم النقي عن طريق التحليل الكهربائي لـ CrF 3 أو CrCl 3 المنصهر في خليط مع فلوريد الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم عند درجة حرارة حوالي 900 درجة مئوية في جو الأرجون.

يتم الحصول على الكروم بكميات صغيرة عن طريق اختزال Cr 2 O 3 بالألومنيوم أو السيليكون. في طريقة الألمنيوم الحراري، يتم تحميل خليط مسخن مسبقًا من مسحوق Cr 2 O 3 وAl أو نشارة مع إضافات عامل مؤكسد في بوتقة، حيث يتم تحفيز التفاعل عن طريق إشعال خليط Na 2 O 2 وAl حتى تمتلئ البوتقة بـ الكروم والخبث. يتم صهر الكروم السيليكاتوري في أفران القوس. يتم تحديد نقاء الكروم الناتج من خلال محتوى الشوائب في Cr 2 O 3 وفي Al أو Si المستخدمة في الاختزال.

يتم إنتاج سبائك الكروم - الكروم الحديدي والكروم السيليكون - على نطاق واسع في الصناعة.

تطبيق الكروم.يعتمد استخدام الكروم على مقاومته للحرارة وصلابته ومقاومته للتآكل. الأهم من ذلك كله، يتم استخدام الكروم لصهر فولاذ الكروم. يستخدم الألومنيوم والكروم السيليكاتوري في صهر النيتشروم والنيمونيك وسبائك النيكل الأخرى والسواتليت.

يتم استخدام كمية كبيرة من الكروم في الطلاءات الزخرفية المقاومة للتآكل. يستخدم مسحوق الكروم على نطاق واسع في إنتاج منتجات السيراميك المعدنية والمواد اللازمة لأقطاب اللحام. الكروم على شكل أيون Cr 3+ هو شوائب موجودة في الياقوت، والذي يستخدم كأحجار كريمة ومواد ليزر. تستخدم مركبات الكروم لحفر الأقمشة أثناء الصباغة. تُستخدم بعض أملاح الكروم كمكون في محاليل الدباغة في صناعة الجلود؛ PbCrO 4، ZnCrO 4، SrCrO 4 - تشبه الدهانات الفنية. تُصنع المنتجات الحرارية من الكروم والمغنسيت من خليط من الكروميت والمغنسيت.

مركبات الكروم (وخاصة مشتقات الكروم 6+) سامة.

الكروم في الجسم.يعد الكروم أحد العناصر الحيوية ويدخل باستمرار في أنسجة النباتات والحيوانات. متوسط ​​محتوى الكروم في النباتات هو 0.0005٪ (92-95٪ من الكروم يتراكم في الجذور)، في الحيوانات - من عشرة آلاف إلى عشرة ملايين من المئة. في الكائنات العوالق، يكون معامل تراكم الكروم هائلاً - 10000-26000. النباتات الأعلى لا تتحمل تركيزات الكروم الأعلى من 3-10-4 مول/لتر. يوجد في الأوراق على شكل مركب جزيئي منخفض غير مرتبط بالهياكل التحت خلوية. في الحيوانات، يشارك الكروم في استقلاب الدهون والبروتينات (جزء من إنزيم التربسين) والكربوهيدرات (مكون هيكلي للعامل المقاوم للجلوكوز). المصدر الرئيسي للكروم في الحيوانات والبشر هو الغذاء. يؤدي انخفاض محتوى الكروم في الغذاء والدم إلى انخفاض معدل النمو وزيادة نسبة الكوليسترول في الدم وانخفاض حساسية الأنسجة المحيطية للأنسولين.

يحدث التسمم بالكروم ومركباته أثناء إنتاجها؛ في الهندسة الميكانيكية (الطلاءات الكلفانية)؛ علم المعادن (المضافات والسبائك والحراريات) ؛ في صناعة الجلود والدهانات وما إلى ذلك. تعتمد سمية مركبات الكروم على تركيبها الكيميائي: ثنائي الكرومات أكثر سمية من الكرومات، ومركبات الكروم (VI) أكثر سمية من مركبات الكروم (II)، الكروم (III). تتجلى الأشكال الأولية للمرض في الشعور بالجفاف والألم في الأنف والتهاب الحلق وصعوبة التنفس والسعال وما إلى ذلك؛ يمكن أن تختفي عند توقف الاتصال بـ Chromium. مع الاتصال المطول بمركبات الكروم، تظهر علامات التسمم المزمن: الصداع والضعف وعسر الهضم وفقدان الوزن وغيرها. تضعف وظائف المعدة والكبد والبنكرياس. ممكن التهاب الشعب الهوائية والربو القصبي وتصلب الرئة المنتشر. عند تعرض الجلد للكروم، يمكن أن يتطور التهاب الجلد والأكزيما. وفقا لبعض البيانات، فإن مركبات الكروم، وخاصة الكروم (III)، لها تأثير مسرطن.

معدن صلب ذو لون أبيض مزرق. يتم تصنيف الكروم أحيانًا على أنه معدن حديدي. وهذا المعدن قادر على طلاء المركبات بألوان مختلفة، ولهذا سمي "الكروم" الذي يعني "الطلاء". يعد الكروم عنصرًا نادرًا ضروريًا للتطور الطبيعي وعمل الجسم البشري. أهم دور بيولوجي لها هو تنظيم استقلاب الكربوهيدرات ومستويات الجلوكوز في الدم.

أنظر أيضا:

بناء

اعتمادًا على أنواع الروابط الكيميائية - مثل جميع المعادن، يحتوي الكروم على نوع معدني من الشبكة البلورية، أي أن العقد الشبكية تحتوي على ذرات معدنية.
اعتمادا على التماثل المكاني - مكعب، محورها الجسم = 0.28839 نانومتر. من سمات الكروم التغير الحاد في خواصه الفيزيائية عند درجة حرارة حوالي 37 درجة مئوية. تتكون الشبكة البلورية للمعادن من أيوناتها وإلكتروناتها المتحركة. وبالمثل، فإن ذرة الكروم في حالتها الأرضية لها تكوين إلكتروني. عند 1830 درجة مئوية، من الممكن التحول إلى تعديل بشبكة مركزية للوجه، a = 3.69 Å.

ملكيات

يتمتع الكروم بصلابة موس تبلغ 9، وهو أحد أصلب المعادن النقية (في المرتبة الثانية بعد الإيريديوم والبريليوم والتنغستن واليورانيوم). يمكن تشكيل الكروم النقي جدًا بشكل جيد. مستقرة في الهواء بسبب التخميل. لنفس السبب، فإنه لا يتفاعل مع أحماض الكبريتيك والنيتريك. عند 2000 درجة مئوية يحترق ليشكل أكسيد الكروم (III) الأخضر Cr 2 O 3، الذي له خصائص مذبذبة. عند تسخينه، يتفاعل مع العديد من اللافلزات، وغالبًا ما يشكل مركبات ذات تركيبة غير متكافئة: كربيدات، بوريدات، مبيدات حشرية، نيتريدات، إلخ. يشكل الكروم مركبات عديدة في حالات أكسدة مختلفة، بشكل رئيسي +2، +3، +6. يتمتع الكروم بجميع الخصائص المميزة للمعادن - فهو موصل جيد للحرارة والكهرباء، وله خاصية اللمعان التي تتميز بها معظم المعادن. وهو مضاد للمغناطيسية الحديدية ومغناطيسي مساطر، أي أنه عند درجة حرارة 39 درجة مئوية يتغير من الحالة المغناطيسية المسايرة إلى الحالة المغناطيسية المضادة (نقطة نيل).

الاحتياطيات والإنتاج

توجد أكبر رواسب الكروم في جنوب إفريقيا (المركز الأول في العالم) وكازاخستان وروسيا وزيمبابوي ومدغشقر. هناك أيضًا رواسب في تركيا والهند وأرمينيا والبرازيل والفلبين. الرواسب الرئيسية لخامات الكروم في الاتحاد الروسي معروفة في جبال الأورال (دون وسارانوفسكي). تبلغ الاحتياطيات المستكشفة في كازاخستان أكثر من 350 مليون طن (المركز الثاني في العالم)، ويوجد الكروم في الطبيعة بشكل رئيسي على شكل خام حديد الكروم Fe(CrO 2) 2 (كروميت الحديد). يتم الحصول على الفيروكروم منه عن طريق الاختزال في الأفران الكهربائية باستخدام فحم الكوك (الكربون). للحصول على الكروم النقي يتم التفاعل كما يلي:
1) يتم دمج كروميت الحديد مع كربونات الصوديوم (رماد الصودا) في الهواء؛
2) إذابة كرومات الصوديوم وفصله عن أكسيد الحديد.
3) تحويل الكرومات إلى ثنائي كرومات، وتحميض المحلول وبلورة ثاني كرومات؛
4) يتم الحصول على أكسيد الكروم النقي عن طريق تقليل ثنائي كرومات الصوديوم بالفحم؛
5) يتم الحصول على الكروم المعدني باستخدام الألومنيوم الحراري؛
6) باستخدام التحليل الكهربائي، يتم الحصول على الكروم الكهربائي من محلول أنهيدريد الكروميك في الماء الذي يحتوي على إضافة حمض الكبريتيك.

أصل

متوسط ​​محتوى الكروم في القشرة الأرضية (كلارك) هو 8.3·10 -3%. من المحتمل أن يكون هذا العنصر أكثر سمة من سمات وشاح الأرض، حيث أن الصخور فوق المافية، والتي يعتقد أنها الأقرب في تكوينها إلى وشاح الأرض، غنية بالكروم (2 · 10 -4٪). يشكل الكروم خامات ضخمة ومنتشرة في الصخور فوق المافية؛ يرتبط تكوين أكبر رواسب الكروم بها. في الصخور الأساسية، يصل محتوى الكروم فقط إلى 2·10 -2%، في الصخور الحمضية - 2.5·10 -3%، في الصخور الرسوبية (الحجر الرملي) - 3.5·10 -3%، في الصخور الطينية - 9·10 -3 %. يعد الكروم مهاجرًا مائيًا ضعيفًا نسبيًا؛ محتوى الكروم في مياه البحر هو 0.00005 ملغم / لتر.
بشكل عام، يعد الكروم معدنًا موجودًا في المناطق العميقة من الأرض؛ النيازك الحجرية (نظائرها من الوشاح) غنية أيضًا بالكروم (2.7·10 -1%). ومن المعروف أكثر من 20 معدن الكروم. فقط الإسبنيل الكرومي (حتى 54% كروم) له أهمية صناعية؛ بالإضافة إلى ذلك، يوجد الكروم في عدد من المعادن الأخرى، والتي غالبًا ما تصاحب خامات الكروم، ولكنها ليست ذات قيمة عملية في حد ذاتها (أوفاروفيت، فولكونسكويت، كيميريت، فوشسيت).
هناك ثلاثة معادن الكروم الرئيسية: ماجنكروميت (Mg, Fe)Cr 2 O 4 , كرومبيكوتيت (Mg, Fe) (Cr, Al) 2 O 4 و ألومينكروميت (Fe, Mg) (Cr, Al) 2 O 4 . لا يمكن تمييزها في المظهر وتسمى بشكل غير دقيق "الكروميت".

طلب

يعد الكروم عنصرًا مهمًا في العديد من سبائك الفولاذ (خاصة الفولاذ المقاوم للصدأ)، وكذلك في عدد من السبائك الأخرى. تؤدي إضافة الكروم إلى زيادة كبيرة في صلابة السبائك ومقاومتها للتآكل. يعتمد استخدام الكروم على مقاومته للحرارة وصلابته ومقاومته للتآكل. الأهم من ذلك كله، يتم استخدام الكروم لصهر فولاذ الكروم. يستخدم الألومنيوم والكروم السيليكاتوري في صهر النيتشروم والنيمونيك وسبائك النيكل الأخرى والسواتليت.
يتم استخدام كمية كبيرة من الكروم في الطلاءات الزخرفية المقاومة للتآكل. يستخدم مسحوق الكروم على نطاق واسع في إنتاج منتجات السيراميك المعدنية والمواد اللازمة لأقطاب اللحام. الكروم، على شكل أيون Cr 3+، هو شوائب موجودة في الياقوت، والذي يستخدم كأحجار كريمة ومواد ليزر. تستخدم مركبات الكروم لحفر الأقمشة أثناء الصباغة. تُستخدم بعض أملاح الكروم كمكون في محاليل الدباغة في صناعة الجلود؛ PbCrO 4، ZnCrO 4، SrCrO 4 - تشبه الدهانات الفنية. تُصنع المنتجات الحرارية من الكروم والمغنسيت من خليط من الكروميت والمغنسيت.
تستخدم كطلاءات كلفانية مقاومة للاهتراء وجميلة (طلاء الكروم).
يستخدم الكروم لإنتاج السبائك: الكروم 30 والكروم 90، والتي لا غنى عنها لإنتاج فوهات لمشاعل البلازما القوية وفي صناعة الطيران.

كروم (م.كروميوم) - كر

الكروم

العنصر رقم 24. من أصعب المعادن. يتمتع بمقاومة كيميائية عالية. من أهم المعادن المستخدمة في إنتاج سبائك الفولاذ. معظم مركبات الكروم ذات ألوان زاهية وتأتي في مجموعة متنوعة من الألوان. لهذه الميزة، تم تسمية العنصر بالكروم، وهو ما يعني "الطلاء" باللغة اليونانية.

كيف تم العثور عليه؟

تم اكتشاف معدن يحتوي على الكروم بالقرب من يكاترينبورغ في عام 1766 على يد آي جي. أطلق عليه ليمان اسم "الرصاص الأحمر السيبيري". الآن يسمى هذا المعدن كروكويت. تركيبته معروفة أيضًا - PbCrO 4. وفي وقت من الأوقات، أثار "الرصاص الأحمر السيبيري" الكثير من الخلاف بين العلماء. لمدة ثلاثين عامًا، تجادلوا حول تركيبته، حتى أخيرًا في عام 1797، قام الكيميائي الفرنسي لويس نيكولا فوكيلان بعزل معدن منه، والذي (بالمناسبة، بعد بعض الجدل) كان يسمى الكروم.

يعالج الفاوكلين الكروكيت بالبوتاس K2CO3: كرومات الرصاص المتحولة إلى كرومات البوتاسيوم. تم بعد ذلك تحويل كرومات البوتاسيوم إلى أكسيد الكروم والماء باستخدام حمض الهيدروكلوريك (حمض الكروميك موجود فقط في المحاليل المخففة). ومن خلال تسخين مسحوق أكسيد الكروم الأخضر في بوتقة الجرافيت مع الفحم، حصل فاوكيلين على معدن جديد مقاوم للحرارة.

وشهدت أكاديمية باريس للعلوم الاكتشاف بأكمله. ولكن، على الأرجح، لم يعزل فاوكيلين الكروم العنصري، بل كربيداته. ويتجلى ذلك من خلال الشكل الإبري للبلورات ذات اللون الرمادي الفاتح التي حصل عليها فاوكيلين.

تم اقتراح اسم "الكروم" من قبل أصدقاء Vauquelin، لكنه لم يعجبه - لم يكن للمعدن لون خاص. ومع ذلك، تمكن الأصدقاء من إقناع الكيميائي، في إشارة إلى حقيقة أنه يمكن استخدام مركبات الكروم ذات الألوان الزاهية للحصول على دهانات جيدة. (بالمناسبة، في أعمال فاوكيلين تم شرح اللون الزمردي لبعض سيليكات البريليوم والألومنيوم الطبيعية لأول مرة؛ كما اكتشف فاوكيلين، تم تلوينها بشوائب مركبات الكروم.) وهكذا تم اعتماد هذا الاسم لـ العنصر الجديد.

بالمناسبة، يتم تضمين مقطع لفظي "الكروم"، بمعنى "الملون"، في العديد من المصطلحات العلمية والتقنية وحتى الموسيقية. الأفلام الفوتوغرافية ذات الأيزوبانكروم والبانكروم والأرثوكروم معروفة على نطاق واسع. كلمة "كروموسوم" المترجمة من اليونانية تعني "الجسم الملون". هناك سلم "لوني" (في الموسيقى) وهناك سلم توافقي "لوني".

أين يقع؟

يوجد الكثير من الكروم في القشرة الأرضية - 0.02٪. المعدن الرئيسي الذي تحصل منه الصناعة على الكروم هو إسبينل الكروم ذو التركيبة المتغيرة مع الصيغة العامة (Mg, Fe) O · (Cr, Al, Fe) 2 O 3. يُطلق على خام الكروم اسم الكروميت أو خام الحديد الكروم (لأنه يحتوي دائمًا على الحديد). توجد رواسب لخامات الكروم في العديد من الأماكن. بلادنا لديها احتياطيات ضخمة من الكروميت. تقع إحدى أكبر الودائع في كازاخستان بمنطقة أكتوبي. تم اكتشافه عام 1936. توجد احتياطيات كبيرة من خامات الكروم في جبال الأورال.

يستخدم الكروميت في الغالب لصهر الفيروكروم. إنها واحدة من أهم السبائك الحديدية، وهي ضرورية للغاية لإنتاج كميات كبيرة من سبائك الفولاذ.

السبائك الحديدية هي سبائك من الحديد مع عناصر أخرى تستخدم بشكل رئيسي في صناعة السبائك وإزالة الأكسدة من الفولاذ. يحتوي الفيروكروم على ما لا يقل عن 60% كروم.

لم تنتج روسيا القيصرية أي سبائك حديدية تقريبًا. قامت العديد من الأفران العالية في المصانع الجنوبية بصهر نسبة منخفضة من الفيروسيليكون (سبائك المعدن) والحديد والمنغنيز. علاوة على ذلك، على نهر ساتكا، الذي يتدفق في جبال الأورال الجنوبية، تم في عام 1910 بناء مصنع صغير لصهر كميات ضئيلة من الحديد والمنغنيز والفيروكروم.

في السنوات الأولى من التطور، كان على الدولة السوفيتية الفتية أن تستورد السبائك الحديدية من الخارج. مثل هذا الاعتماد على الدول الرأسمالية كان غير مقبول. بالفعل في عام 1927...1928. بدأ بناء مصانع السبائك الحديدية السوفيتية. في نهاية عام 1930، تم بناء أول فرن كبير للسبائك الحديدية في تشيليابينسك، وفي عام 1931، بدأ تشغيل مصنع تشيليابينسك، وهو المولود الأول لصناعة السبائك الحديدية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. في عام 1933، تم إطلاق مصنعين آخرين - في زابوروجي وزيستافوني. هذا جعل من الممكن وقف استيراد السبائك الحديدية. في غضون سنوات قليلة فقط، نظم الاتحاد السوفيتي إنتاج العديد من أنواع الفولاذ الخاص - محمل الكرات، والمقاوم للحرارة، والفولاذ المقاوم للصدأ، والسيارات، والفولاذ عالي السرعة... كل هذه الفولاذ تحتوي على الكروم.

وفي المؤتمر السابع عشر للحزب، قال مفوض الشعب للصناعات الثقيلة سيرجو أوردجونيكيدزه: "...إذا لم يكن لدينا فولاذ عالي الجودة، فلن يكون لدينا صناعة السيارات والجرارات. تقدر تكلفة الفولاذ عالي الجودة الذي نستخدمه حاليًا بأكثر من 400 مليون روبل. إذا كان من الضروري الاستيراد، فسيكون 400 مليون روبل. في كل عام، اللعنة، سينتهي بك الأمر في عبودية الرأسماليين…”

تم بناء المصنع على أساس حقل أكتوبي في وقت لاحق خلال الحرب الوطنية العظمى. أنتج أول صهر للفيروكروم في 20 يناير 1943. شارك عمال مدينة أكتيوبينسك في بناء المصنع. تم الإعلان عن البناء للعامة. تم استخدام الفيروكروم الخاص بالمصنع الجديد لإنتاج المعدن للدبابات والمدافع لاحتياجات الجبهة.

لقد مرت سنوات. يعد مصنع Aktobe Ferroalloy الآن أكبر مؤسسة تنتج الفيروكروم بجميع درجاته. أنتج المصنع موظفين وطنيين مؤهلين تأهيلاً عالياً في مجال المعادن. من سنة إلى أخرى، تعمل المصانع ومناجم الكروميت على زيادة طاقتها، مما يوفر للمعادن الحديدية لدينا مادة فيروكروم عالية الجودة.

تمتلك بلادنا مخزونًا فريدًا من خامات الحديد ذات السبائك الطبيعية الغنية بالكروم والنيكل. وهي تقع في سهوب أورينبورغ. تم بناء مصنع أورسكو-خليلوفسكي للمعادن ويعمل على أساس هذا الرواسب. يتم صهر الحديد الزهر المخلوط بشكل طبيعي، والذي يتمتع بمقاومة عالية للحرارة، في أفران المصنع. يتم استخدام جزء منه في شكل صب، ولكن يتم إرسال معظمه للمعالجة إلى فولاذ النيكل؛ يحترق الكروم عند صهر الفولاذ من الحديد الزهر.

تمتلك كوبا ويوغوسلافيا والعديد من البلدان في آسيا وأفريقيا احتياطيات كبيرة من الكروميت.

كيف حصلت على هذا الشيء؟

يستخدم الكروميت في المقام الأول في ثلاث صناعات: المعادن، والكيمياء، والحراريات، حيث تستهلك المعادن ما يقرب من ثلثي إجمالي الكروميت.

لقد زاد الفولاذ المخلوط بالكروم من القوة والمقاومة للتآكل في البيئات العدوانية والمؤكسدة.

يعد الحصول على الكروم النقي عملية مكلفة وتتطلب عمالة مكثفة. لذلك، بالنسبة لسبائك الفولاذ، يتم استخدام الفيروكروم بشكل أساسي، والذي يتم الحصول عليه في أفران القوس الكهربائي مباشرة من الكروميت. عامل الاختزال هو فحم الكوك. يجب أن يكون محتوى أكسيد الكروم في الكروميت 48% على الأقل، ويجب أن تكون نسبة Cr:Fe 3:1 على الأقل.

عادة ما يحتوي الفيروكروم الذي يتم إنتاجه في فرن كهربائي على ما يصل إلى 80% كروم و4...7% كربون (والباقي حديد).

ولكن بالنسبة لسبائك العديد من الفولاذ عالي الجودة، هناك حاجة إلى الفيروكروم الذي يحتوي على القليل من الكربون (تتم مناقشة أسباب ذلك أدناه، في فصل "الكروم في السبائك"). لذلك، يخضع جزء من الفيروكروم عالي الكربون إلى معالجة خاصة لتقليل محتوى الكربون فيه إلى أعشار وأجزاء من المائة من المائة.

يتم الحصول على الكروم المعدني الأولي أيضًا من الكروميت. يعتمد إنتاج الكروم النقي تقنيًا (97...99٪) على طريقة الألومنيوم الحرارية، التي اكتشفها الكيميائي الروسي الشهير ن.ن. بيكيتوف. جوهر الطريقة هو اختزال الأكاسيد بالألمنيوم، ويصاحب التفاعل إطلاق كبير للحرارة.

لكن عليك أولاً الحصول على أكسيد الكروم النقي Cr 2 O 3. للقيام بذلك، يتم خلط الكروميت المطحون جيدًا مع الصودا ويضاف إلى هذا الخليط الحجر الجيري أو أكسيد الحديد. يتم حرق الكتلة بأكملها ويتكون كرومات الصوديوم:

2Cr 2 O 3 + 4Na 2 CO 3 + 3O 2 > 4Na 2 CrO 4 + 4CO 2.

يتم بعد ذلك ترشيح كرومات الصوديوم من الكتلة المكلسة بالماء؛ يتم ترشيح السائل وتبخيره ومعالجته بالحمض. والنتيجة هي ثنائي كرومات الصوديوم Na 2 Cr 2 O 7 . ومن خلال اختزاله بالكبريت أو الكربون عند تسخينه، يتم الحصول على أكسيد الكروم الأخضر.

يمكن الحصول على الكروم المعدني عن طريق خلط أكسيد الكروم النقي مع مسحوق الألومنيوم، وتسخين هذا الخليط في بوتقة إلى 500...600 درجة مئوية وإشعاله مع بيروكسيد الباريوم، حيث يقوم الألومنيوم بسحب الأكسجين من أكسيد الكروم. هذا التفاعل Cr 2 O 3 + 2Al > Al 2 O 3 + 2Сr هو أساس الطريقة الصناعية (الألومينوثرمية) لإنتاج الكروم، على الرغم من أن تكنولوجيا المصنع أكثر تعقيدًا بالطبع. يحتوي الكروم الذي يتم الحصول عليه بالألمنيوم الحراري على أعشار بالمائة من الألومنيوم والحديد، ومئات من بالمائة من السيليكون والكربون والكبريت.

يتم أيضًا استخدام طريقة silicothermic للحصول على الكروم النقي تقنيًا. وفي هذه الحالة يتم اختزال الكروم من الأكسيد بالسيليكون حسب التفاعل

2Сr 2 О 3 + 3Si > 3SiO 2 + 4Сr.

يحدث هذا التفاعل في أفران القوس. لربط السيليكا، يضاف الحجر الجيري إلى الشحنة. نقاء الكروم السيليكاتوري هو تقريبًا نفس نقاء الكروم الألومينوثرمي ، على الرغم من أن محتوى السيليكون فيه أعلى قليلاً ومحتوى الألومنيوم أقل قليلاً. للحصول على الكروم، حاولوا أيضًا استخدام عوامل اختزال أخرى - الكربون والهيدروجين والمغنيسيوم. ومع ذلك، لا يتم استخدام هذه الأساليب على نطاق واسع.

يتم الحصول على الكروم عالي النقاء (حوالي 99.8٪) كهربائيا.

يستخدم الكروم النقي تقنيًا والمحلل كهربائيًا بشكل أساسي لإنتاج سبائك الكروم المعقدة.

ثوابت وخصائص الكروم

الكتلة الذرية للكروم هي 51.996. في الجدول الدوري يحتل مكانا في المجموعة السادسة. أقرب جيرانها ونظائرها هم الموليبدينوم والتنغستن. ومن المميزات أن جيران الكروم، مثل الكروم نفسه، يستخدمون على نطاق واسع في صناعة سبائك الفولاذ.

تعتمد درجة انصهار الكروم على نقائه. وقد حاول العديد من الباحثين تحديدها وحصلوا على قيم من 1513 إلى 1920 درجة مئوية. يتم تفسير هذا "التشتت" الكبير في المقام الأول من خلال كمية وتكوين الشوائب الموجودة في الكروم. ويعتقد الآن أن الكروم ينصهر عند درجة حرارة حوالي 1875 درجة مئوية. نقطة الغليان 2199 درجة مئوية. كثافة الكروم أقل من كثافة الحديد؛ فهو يساوي 7.19.

من حيث الخصائص الكيميائية، والكروم قريب من الموليبدينوم والتنغستن. أعلى أكسيده CrO 3 هو حمضي، وهو أنهيدريد حمض الكروميك H 2 CrO 4. معدن الكروكويت الذي بدأنا به التعرف على العنصر رقم 24 هو ملح هذا الحمض. بالإضافة إلى حمض الكروميك، حمض ثنائي الكروميك H 2 Cr 2 O 7 معروف، وتستخدم أملاحه - البيكرومات - على نطاق واسع في الكيمياء. أكسيد الكروم الأكثر شيوعاً، Cr 2 O 3، هو مذبذب. بشكل عام، في ظل ظروف مختلفة، يمكن أن يظهر الكروم تكافؤًا من 2 إلى 6. يتم استخدام مركبات الكروم ثلاثي وسداسي التكافؤ فقط على نطاق واسع.

يتمتع الكروم بجميع خصائص المعدن - فهو موصل جيد للحرارة والكهرباء، وله بريق معدني مميز. السمة الرئيسية للكروم هي مقاومته للأحماض والأكسجين.

بالنسبة لأولئك الذين يتعاملون باستمرار مع الكروم، أصبحت إحدى ميزاته الأخرى حديث المدينة: عند درجة حرارة حوالي 37 درجة مئوية، تتغير بعض الخصائص الفيزيائية لهذا المعدن بشكل حاد ومفاجئ. عند درجة الحرارة هذه، يوجد حد أقصى واضح للاحتكاك الداخلي والحد الأدنى من معامل المرونة. تتغير المقاومة الكهربائية ومعامل التمدد الخطي والقوة الدافعة الكهربائية الحرارية بشكل حاد تقريبًا.

ولا يستطيع العلماء حتى الآن تفسير هذا الشذوذ.

هناك أربعة نظائر طبيعية معروفة للكروم. أعدادها الكتلية هي 50 و52 و53 و54. وتبلغ حصة النظير الأكثر شيوعًا 52Cr حوالي 84%

الكروم في السبائك

ربما سيكون من غير الطبيعي أن تبدأ قصة استخدام الكروم ومركباته ليس بالفولاذ، بل بشيء آخر. يعد الكروم أحد أهم عناصر صناعة السبائك المستخدمة في صناعة المعادن الحديدية. تؤدي إضافة الكروم إلى الفولاذ التقليدي (ما يصل إلى 5% كروم) إلى تحسين خصائصه الفيزيائية ويجعل المعدن أكثر عرضة للمعالجة الحرارية. يتم خلط الفولاذ الزنبركي والربيعي والأداة والطوابع والمحامل الكروية مع الكروم. يوجد فيها (باستثناء الفولاذ الحامل للكرة) الكروم جنبًا إلى جنب مع المنغنيز والموليبدينوم والنيكل والفاناديوم. ويحتوي الفولاذ الذي يحمل الكرات على الكروم فقط (حوالي 1.5%) والكربون (حوالي 1%). يشكل الأخير كربيدات ذات صلابة استثنائية مع الكروم: Cr 3 C. Cr 7 C 3 و Cr 23 C 6. أنها تعطي الصلب تحمل الكرة مقاومة عالية للتآكل.

إذا تمت زيادة محتوى الكروم في الفولاذ إلى 10% أو أكثر، يصبح الفولاذ أكثر مقاومة للأكسدة والتآكل، ولكن هنا يأتي دور العامل الذي يمكن أن يسمى الحد من الكربون. تؤدي قدرة الكربون على ربط كميات كبيرة من الكروم إلى استنفاد الفولاذ في هذا العنصر. لذلك، يواجه علماء المعادن معضلة: إذا كنت ترغب في الحصول على مقاومة للتآكل، فقم بتقليل محتوى الكربون وفقد مقاومة التآكل والصلابة.

تحتوي الدرجة الأكثر شيوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ على 18% كروم و8% نيكل. محتوى الكربون فيه منخفض جدًا - يصل إلى 0.1٪. يقاوم الفولاذ المقاوم للصدأ التآكل والأكسدة جيدًا ويحتفظ بالقوة عند درجات الحرارة المرتفعة. المجموعة النحتية لـ V. I. كانت مصنوعة من صفائح من هذا الفولاذ. موخينا "العاملة والمزرعة الجماعية"، التي تم تركيبها في موسكو عند المدخل الشمالي لمعرض إنجازات الاقتصاد الوطني. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية والبترولية.

الفولاذ عالي الكروم (الذي يحتوي على 25...30% كروم) مقاوم بشكل خاص للأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة. يتم استخدامها لتصنيع أجزاء لأفران التدفئة.

الآن بضع كلمات عن السبائك القائمة على الكروم. هذه هي السبائك التي تحتوي على أكثر من 50٪ من الكروم. لديهم مقاومة عالية للحرارة. ومع ذلك، لديهم عيب كبير جدا، ينفي كل المزايا: هذه السبائك حساسة للغاية للعيوب السطحية: يكفي أن يظهر خدش أو ميكروكراك، وسوف ينهار المنتج بسرعة تحت الحمل. بالنسبة لمعظم السبائك، يتم التخلص من أوجه القصور هذه عن طريق المعالجة الميكانيكية الحرارية، ولكن لا يمكن معالجة السبائك القائمة على الكروم بهذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك، فهي هشة للغاية في درجة حرارة الغرفة، مما يحد أيضًا من استخدامها.

تعتبر سبائك الكروم والنيكل أكثر قيمة (فهي غالبًا ما تحتوي على إضافات صناعة السبائك وعناصر أخرى). السبائك الأكثر شيوعًا في هذه المجموعة - تحتوي النيتشروم على ما يصل إلى 20٪ من الكروم (الباقي نيكل) وتستخدم لتصنيع عناصر التسخين. تتمتع النيتشرومات بمقاومة كهربائية عالية للمعادن، فعند مرور التيار فيها تصبح ساخنة جدًا.

إن إضافة الموليبدينوم والكوبالت إلى سبائك النيكل والكروم يجعل من الممكن الحصول على مواد ذات مقاومة عالية للحرارة والقدرة على تحمل الأحمال الثقيلة عند 650...900 درجة مئوية. على سبيل المثال، تُصنع شفرات توربينات الغاز من هذه السبائك.

تتمتع سبائك الكوبالت والكروم التي تحتوي على 25...30% كروم أيضًا بمقاومة للحرارة. تستخدم الصناعة أيضًا الكروم كمادة للطلاء المضاد للتآكل والديكور.

كما يستخدم خام الكروم الرئيسي، الكروميت، في إنتاج الحراريات. يعتبر طوب المغنسيت والكروميت سلبيًا كيميائيًا ومقاومًا للحرارة، ويمكنه تحمل التغيرات المفاجئة المتكررة في درجات الحرارة. ولذلك، يتم استخدامها في تصاميم أسطح الفرن المفتوح. متانة أقبية المغنسيت والكروميت أكبر بـ 2...3 مرات من أقبية الديناس.

ديناس عبارة عن طوب حمضي حراري يحتوي على 93٪ على الأقل من السيليكا. مقاومة الحريق للديناس هي 1680...1730 درجة مئوية. في المجلد الرابع عشر من الموسوعة السوفيتية العظمى (الطبعة الثانية)، التي نُشرت عام 1952، يُطلق على الديناس اسم مادة لا غنى عنها لأقواس أفران الموقد المفتوح. يجب اعتبار هذا البيان قديمًا، على الرغم من أن الديناس لا يزال يستخدم على نطاق واسع كمادة حرارية.

يحصل الكيميائيون أساسًا على ثنائي كرومات البوتاسيوم والصوديوم K2Cr2O7 وNa2Cr2O7 من الكروميت.

كرومات الكروم وشب الكروم KCr(SO 4)؛ تستخدم لدباغة الجلود. ومن هنا يأتي اسم الأحذية "الكروم". جلد. مدبوغ بمركبات الكروم، وله لمعان جميل، ومتين وسهل الاستخدام.

من كرومات الرصاص PbCrO4. إنتاج الأصباغ المختلفة. يتم استخدام محلول ثاني كرومات الصوديوم لتنظيف وحفر سطح الأسلاك الفولاذية قبل الجلفنة، وكذلك لتلميع النحاس. يُستخدم الكروميت ومركبات الكروم الأخرى على نطاق واسع كملونات لطلاء السيراميك والزجاج.

وأخيرًا، يتم الحصول على حمض الكروميك من ثاني كرومات الصوديوم، والذي يستخدم ككهارل في طلاء الأجزاء المعدنية بالكروم.

سوف يستمر الكروم في الحفاظ على أهميته في المستقبل باعتباره مادة مضافة لصناعة السبائك للصلب وكمادة لطلاء المعادن؛ لن تفقد مركبات الكروم المستخدمة في الصناعات الكيميائية والحرارية قيمتها.

الوضع أكثر تعقيدًا مع السبائك القائمة على الكروم. إن الهشاشة الكبيرة والتعقيد الاستثنائي للتصنيع لا يسمحان بعد باستخدام هذه السبائك على نطاق واسع، على الرغم من أنها يمكن أن تتنافس مع أي مواد من حيث مقاومة الحرارة ومقاومة التآكل. في السنوات الأخيرة، ظهر اتجاه جديد في إنتاج السبائك المحتوية على الكروم - حيث يتم خلطها بالنيتروجين. هذا الغاز، عادة ما يكون ضارا في علم المعادن، يشكل مركبات قوية مع الكروم - نيتريدات. تعمل نيترة فولاذ الكروم على زيادة مقاومة التآكل وتجعل من الممكن تقليل محتوى النيكل النادر في "الفولاذ المقاوم للصدأ". ربما ستتغلب هذه الطريقة أيضًا على "عدم قابلية المعالجة" للسبائك القائمة على الكروم؟ أم أن طرقًا أخرى غير معروفة حتى الآن ستأتي للإنقاذ؟ بطريقة أو بأخرى، يجب أن نعتقد أنه في المستقبل ستأخذ هذه السبائك مكانها الصحيح بين المواد التي تحتاجها التكنولوجيا.

ثلاثة أو ستة؟

ولأن الكروم يقاوم الأكسدة في الهواء والأحماض، فإنه غالبا ما يتم تطبيقه على سطح المواد الأخرى لحمايتها من التآكل. طريقة التطبيق معروفة منذ زمن طويل - وهي الترسيب الإلكتروليتي. ومع ذلك، في البداية، نشأت صعوبات غير متوقعة أثناء تطوير عملية الطلاء بالكروم كهربائيا.

من المعروف أن الطلاء الكهربائي التقليدي يتم تطبيقه باستخدام إلكتروليتات يكون فيها أيون العنصر الذي يتم ترسبه له شحنة موجبة. لم ينجح هذا مع الكروم: فقد تبين أن الطلاءات مسامية ويمكن تقشيرها بسهولة.

منذ ما يقرب من ثلاثة أرباع قرن من الزمان، عمل العلماء على مشكلة الطلاء بالكروم وفقط في العشرينات من قرننا وجدوا أن المنحل بالكهرباء في حمام الكروم يجب ألا يحتوي على كروم ثلاثي التكافؤ، ولكن حمض الكروميك، أي. الكروم سداسي التكافؤ. أثناء الطلاء بالكروم الصناعي، تتم إضافة أملاح أحماض الكبريتيك والهيدروفلوريك إلى الحمام؛ تحفز الجذور الحمضية الحرة عملية الترسيب الجلفاني للكروم.

لم يتوصل العلماء بعد إلى توافق في الآراء بشأن آلية ترسيب الكروم سداسي التكافؤ على كاثود الحمام الجلفاني. هناك افتراض بأن الكروم سداسي التكافؤ يتحول أولاً إلى كروم ثلاثي التكافؤ، ثم يتم اختزاله إلى معدن. ومع ذلك، يتفق معظم الخبراء على أن الكروم عند الكاثود يتم اختزاله على الفور من الحالة السداسية التكافؤ. يعتقد بعض العلماء أن الهيدروجين الذري يشارك في هذه العملية، بينما يعتقد البعض الآخر أن الكروم سداسي التكافؤ يكتسب ببساطة ستة إلكترونات.

الزخرفية والصلبة

هناك نوعان من طلاءات الكروم: الزخرفية والصلبة. في كثير من الأحيان تصادف أشياء زخرفية: على الساعات ومقابض الأبواب والأشياء الأخرى. هنا، يتم وضع طبقة من الكروم على طبقة سفلية من معدن آخر، غالبًا ما يكون النيكل أو النحاس. تتم حماية الفولاذ من التآكل بواسطة هذه الطبقة الفرعية، كما أن طبقة رقيقة من الكروم (0.0002...0.0005 مم) تعطي المنتج مظهرًا رسميًا.

يتم بناء الأسطح الصلبة بشكل مختلف. يتم تطبيق الكروم على الفولاذ بطبقة أكثر سمكًا (تصل إلى 0.1 مم)، ولكن بدون طبقات فرعية. تزيد هذه الطلاءات من صلابة الفولاذ ومقاومته للتآكل، كما تقلل أيضًا من معامل الاحتكاك.

طلاء الكروم بدون المنحل بالكهرباء

هناك طريقة أخرى لتطبيق طلاء الكروم - الانتشار. ولا تتم هذه العملية في الحمامات الكلفانية، بل في الأفران.

يتم وضع القطعة الفولاذية في مسحوق الكروم ويتم تسخينها في جو مخفض. في 4 ساعات عند درجة حرارة 1300 درجة مئوية، يتم تشكيل طبقة غنية بالكروم بسمك 0.08 ملم على سطح الجزء. إن صلابة هذه الطبقة ومقاومتها للتآكل أكبر بكثير من صلابة الفولاذ في كتلة الجزء. ولكن هذه الطريقة التي تبدو بسيطة كان لا بد من تحسينها عدة مرات. تتكون كربيدات الكروم على سطح الفولاذ، مما يمنع انتشار الكروم في الفولاذ. بالإضافة إلى ذلك، يتكبد مسحوق الكروم عند درجات حرارة تصل إلى حوالي ألف درجة. لمنع حدوث ذلك، تتم إضافة مسحوق حراري محايد إليه. ولم تسفر محاولات استبدال مسحوق الكروم بمزيج من أكسيد الكروم والفحم عن نتائج إيجابية.

كان الاقتراح الأكثر قابلية للتطبيق هو استخدام أملاح الهاليد المتطايرة، على سبيل المثال CrCl 2، كحامل للكروم. يغسل الغاز الساخن المنتج المطلي بالكروم، ويحدث التفاعل:

CrCl 2 + Fe - FeCl 2 + Cr.

أتاح استخدام أملاح الهاليد المتطايرة تقليل درجة حرارة الطلاء بالكروم.

يتم عادة الحصول على كلوريد الكروم (أو يوديد) في مصنع طلاء الكروم نفسه، عن طريق تمرير أبخرة حمض الهيدروهاليك المقابل من خلال مسحوق الكروم أو الفيروكروم. يغسل الكلوريد الغازي الناتج المنتج المطلي بالكروم.

تستغرق العملية وقتًا طويلاً - عدة ساعات. تكون الطبقة المطبقة بهذه الطريقة أقوى بكثير عند اتصالها بالمادة الأساسية من الطبقة المطبقة جلفانيًا.

بدأ كل شيء بغسل الأطباق.

يوجد في أي مختبر تحليلي زجاجة كبيرة تحتوي على سائل داكن اللون. هذا "خليط كرومي" - خليط من محلول مشبع من ثاني كرومات البوتاسيوم مع حامض الكبريتيك المركز. لماذا هو مطلوب؟

يوجد دائمًا شحم على أصابع الشخص، والذي ينتقل بسهولة إلى الزجاج. هذه هي الرواسب التي تم تصميم خليط الكروم لغسلها. يعمل على أكسدة الدهون وإزالة بقاياها. ولكن يجب التعامل مع هذه المادة بحذر. بضع قطرات من خليط الكروم المتساقط على البدلة يمكن أن تحولها إلى ما يشبه الغربال: هناك مادتان في الخليط، وكلاهما "لصوص" - حمض قوي وعامل مؤكسد قوي.

الكروم والخشب

حتى في عصر الزجاج والألمنيوم والخرسانة والبلاستيك الذي نعيشه، من المستحيل عدم التعرف على الخشب كمواد بناء ممتازة. ميزته الرئيسية هي سهولة المعالجة، وعيوبه الرئيسية هي خطر الحريق، وقابلية التدمير بواسطة الفطريات والبكتيريا والحشرات. يمكن جعل الخشب أكثر مقاومة عن طريق تشريبه بمحاليل خاصة، والتي تشمل بالضرورة الكرومات وثنائي كرومات، بالإضافة إلى كلوريد الزنك وكبريتات النحاس وزرنيخات الصوديوم وبعض المواد الأخرى. يزيد التشريب بشكل كبير من مقاومة الخشب للفطريات والحشرات واللهب.

النظر إلى الرسم

الرسوم التوضيحية في المنشورات المطبوعة مصنوعة من الكليشيهات - لوحات معدنية يُنقش عليها هذا التصميم (أو بالأحرى صورته المعكوسة) كيميائيًا أو يدويًا. قبل اختراع التصوير الفوتوغرافي، كان يتم نقش الكليشيهات باليد فقط؛ هذا عمل كثيف العمالة ويتطلب مهارة كبيرة.

ولكن في عام 1839، حدث اكتشاف يبدو أنه لا علاقة له بالطباعة. لقد وجد أن الورق المشرب بثنائي كرومات الصوديوم أو البوتاسيوم يتحول فجأة إلى اللون البني بعد إضاءته بالضوء الساطع. ثم اتضح أن طلاءات البيكرومات على الورق، بعد التعرض لها، لا تذوب في الماء، ولكن عند البلل، تكتسب لونًا مزرقًا. استفادت الطابعات من هذه الخاصية. تم تصوير النموذج المطلوب على طبق بطبقة غروانية تحتوي على ثنائي كرومات. لم تتحلل المناطق المضيئة أثناء الغسيل، لكن المناطق غير المكشوفة تلاشت، وبقي نمط على اللوحة يمكن الطباعة منه.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام مواد أخرى حساسة للضوء في الطباعة، ويتم تقليل استخدام المواد الهلامية ثنائية الكرومات. لكن لا ينبغي لنا أن ننسى أن الكروم ساعد "رواد" الطريقة الميكانيكية الضوئية في الطباعة.

وثائق مماثلة

الصيغة الإلكترونية وحالة الأكسدة للكروم ومحتواه الإجمالي في القشرة الأرضية والفضاء. طرق إنتاج الكروم وخصائصه الفيزيائية والكيميائية. تفاعل الكروم مع المواد البسيطة والمعقدة. ميزات التطبيق والاتصالات الرئيسية.

تمت إضافة العرض بتاريخ 16/02/2013


دراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية للكروم والتنغستن والموليبدينوم. أكسيد الكروم هو مركب الكروم الأكثر استقرارا. هيدروكسيدات وأملاح الأحماض المحتوية على الأكسجين لعناصر المجموعة السادسة ب. بيروكسيدات، كربيدات، نيتريدات، بوريدات عناصر المجموعة السادسة ب.

محاضرة، أضيفت في 29/06/2011


توزيع الكروم في الطبيعة. مميزات الحصول على الكروم ومركباته. الخواص الفيزيائية والكيميائية للكروم وتطبيقه العملي في الحياة اليومية والصناعة. أصباغ غير عضوية تعتمد على الكروم وتقنيات وطرق إنتاجها.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 06/04/2015


تحضير معدن الكروم النقي عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لكلوريد الكروم. الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأساسية للكروم. خصائص ثنائي كرومات الأمونيوم وثنائي كروميد البوتاسيوم وسميتهم وميزات التطبيق. تحضير أنهيدريد الكروم

تمت إضافة الدورة التدريبية في 01/07/2015


ملامح الخواص الكيميائية للفاناديوم: الاكتشاف والاستخدام في الصناعة الكيميائية. وصف الفاناديوم في شكله النقي (معدن قابل للطرق ذو لون رمادي فاتح) ومركباته. خصائص نتائج تكرير الفاناديوم للصلب والمعادن الأخرى.

الملخص، تمت إضافته في 23/01/2010


الكروم معدن صلب ولامع. الكروم هو أحد مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ والمقاوم للأحماض والحرارة. مركبات الكروم. الأكسجين هو العنصر الأكثر شيوعا في القشرة الأرضية. إنتاج وخصائص الأكسجين. استخدام الأكسجين.

تمت إضافة التقرير في 11/03/2006


الخواص الكيميائية للمنجنيز ومركباته. الإنتاج الصناعي للمنغنيز. تاريخ اكتشاف الكروم معلومات عامة. معدلات استهلاك المنغنيز والكروم ودورهما البيولوجي. تأثير نقص أو زيادة العناصر الدقيقة على جسم الإنسان.

الملخص، تمت إضافته في 20/01/2015


حالات الأكسدة والتكوينات الإلكترونية وأرقام التنسيق وهندسة مركبات الكروم. خصائص المركبات المعقدة. مجمعات الكروم متعددة النوى ومركباتها الإلكترونية. مجمعات فسفورية، حالات أكسدة أعلى للكروم.

تمت إضافة الدورة التدريبية في 06/06/2010


الخصائص العامة للمنجنيز، خواصه الفيزيائية والكيميائية الأساسية، تاريخ اكتشافه والإنجازات الحديثة في مجال البحث. انتشار هذا العنصر الكيميائي في الطبيعة واتجاهات تطبيقه في الصناعة والإنتاج.

تمت إضافة الاختبار في 26/06/2013


النظر في هيكل وخصائص الكروم المودع بالكهرباء. دراسة الخصائص التكنولوجية للطلاء بالكروم وإجراء حساباته الكهربائية والحرارية والإنشائية. دراسة طرق تنقية مياه الصرف الصحي المحتوية على الكروم من الإنتاج الجلفاني.

تعريف

الكروم- العنصر الرابع والعشرون من الجدول الدوري . التعيين - Cr من الكلمة اللاتينية "الكروم". يقع في الفترة الرابعة مجموعة VIB. يشير إلى المعادن. الشحنة النووية 24.

يوجد الكروم في القشرة الأرضية بنسبة 0.02٪ (كتلة). يوجد في الطبيعة بشكل رئيسي على شكل خام حديد الكروم FeO×Cr 2 O 3.

الكروم معدن صلب ولامع (الشكل 1)، ينصهر عند درجة حرارة 1890 درجة مئوية؛ كثافته 7.19 جم/سم3 . في درجة حرارة الغرفة، الكروم مقاوم لكل من الماء والهواء. تعمل أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المخففة على إذابة الكروم، وإطلاق الهيدروجين. الكروم غير قابل للذوبان في حامض النيتريك المركز البارد وبعد العلاج به يصبح سلبيًا.

أرز. 1. كروم. مظهر.

الكتلة الذرية والجزيئية للكروم

تعريف

الوزن الجزيئي النسبي للمادة(M r) هو رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 كتلة ذرة الكربون، و الكتلة الذرية النسبية للعنصر(أ ص) - كم مرة يكون متوسط ​​كتلة ذرات العنصر الكيميائي أكبر من 1/12 من كتلة ذرة الكربون.

نظرًا لوجود الكروم في الحالة الحرة على شكل جزيئات Cr أحادية الذرة، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية تتطابق. وهي تساوي 51.9962.

نظائر الكروم

ومن المعروف أنه يمكن العثور على الكروم في الطبيعة على شكل أربعة نظائر مستقرة هي 50 Cr، 52 Cr، 53 Cr و54 Cr. الأعداد الكتلية لها هي 50 و52 و53 و54 على التوالي. تحتوي نواة ذرة نظير الكروم 50Cr على أربعة وعشرين بروتونًا وستة وعشرين نيوترونًا، ولا تختلف عنها النظائر المتبقية إلا في عدد النيوترونات.

هناك نظائر اصطناعية للكروم ذات أعداد كتلية من 42 إلى 67، وأكثرها استقرارًا هو 59 Cr مع عمر نصف يبلغ 42.3 دقيقة، بالإضافة إلى نظير نووي واحد.

أيونات الكروم

يوجد عند مستوى الطاقة الخارجي لذرة الكروم ستة إلكترونات وهي:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 .

نتيجة للتفاعل الكيميائي، يتخلى الكروم عن إلكترونات التكافؤ، أي. هو المتبرع بها، ويتحول إلى أيون موجب الشحنة:

الكروم 0 -2e → الكروم 2+؛

الكروم 0 -3e → الكروم 3+؛

الكروم 0 -6e → الكروم 6+ .

جزيء الكروم والذرة

في الحالة الحرة، يوجد الكروم على شكل جزيئات أحادية الذرة من الكروم. فيما يلي بعض الخصائص التي تميز ذرة وجزيء الكروم:

سبائك الكروم

يستخدم معدن الكروم في طلاء الكروم وكأحد أهم مكونات سبائك الفولاذ. يؤدي إدخال الكروم إلى الفولاذ إلى زيادة مقاومته للتآكل في البيئات المائية عند درجات الحرارة العادية وفي الغازات عند درجات الحرارة المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، زادت صلابة فولاذ الكروم. يعد الكروم جزءًا من الفولاذ المقاوم للأحماض والمقاوم للحرارة.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

مثال 2

يمارس	أذيب أكسيد الكروم (VI) وزنه 2 جم في ماء وزنه 500 جم، واحسب الجزء الكتلي لحمض الكروميك H2CrO4 في المحلول الناتج.
حل	دعونا نكتب معادلة التفاعل لإنتاج حمض الكروميك من أكسيد الكروم (VI): CrO 3 + H 2 O = H 2 CrO 4. لنجد كتلة الحل: محلول م = م (CrO 3) + م (H 2 O) = 2 + 500 = 502 جم. ن (الكروم 3) = م (الكروم 3) / م (الكروم 3)؛ n (CrO 3) = 2 / 100 = 0.02 مول. وفقا لمعادلة التفاعل n(CrO 3) : n(H 2 CrO 4) = 1:1، مما يعني n(CrO 3) = n(H 2 CrO 4) = 0.02 مول. عندها ستكون كتلة حمض الكروميك متساوية (الكتلة المولية - 118 جم/مول): م (H 2 CrO 4) = n (H 2 CrO 4) × M (H 2 CrO 4)؛ م (H2CrO4) = 0.02 × 118 = 2.36 جم. الجزء الكتلي لحمض الكروميك في المحلول هو: ω = م المذاب / م المحلول × 100%؛ ω (H 2 CrO 4)= م مذاب (H 2 CrO 4)/ م محلول × 100%؛ ω (H 2 CrO 4) = 2.36 / 502 × 100% = 0.47%.
إجابة	الجزء الكتلي لحمض الكروميك هو 0.47%.