Chrome(lat.Cromium), Cr, élément chimique du groupe VI système périodique Mendeleev, numéro atomique 24, masse atomique 51,996 ; acier métal bleuté.
Isotopes stables naturels : 50 Cr (4,31 %), 52 Cr (87,76 %), 53 Cr (9,55 %) et 54 Cr (2,38 %). Parmi les isotopes radioactifs artificiels, le 51 Cr est le plus important (demi-vie T ½ = 27,8 jours), qui est utilisé comme indicateur isotopique.
Référence historique. Le chrome a été découvert en 1797 par L. N. Vauquelin dans le minéral crocoïte - chromate de plomb naturel PbCrO 4. Le chrome tire son nom du mot grec chroma - couleur, peinture (en raison de la variété de couleurs de ses composés). Indépendamment de Vauquelin, le chrome a été découvert dans la crocoïte en 1798 par le scientifique allemand M.G. Klaproth.
Distribution du chrome dans la nature. La teneur moyenne en chrome de la croûte terrestre (clarke) est de 8,3 · 10 -3%. Cet élément est probablement plus caractéristique du manteau terrestre, puisque les roches ultrabasiques, que l'on pense être les plus proches en composition du manteau terrestre, sont enrichies en chrome (2 · 10 -4 %). Le chrome forme des minerais massifs et disséminés dans les roches ultrabasiques ; la formation des plus gros gisements de Chrome leur est associée. Dans les roches basiques, la teneur en chrome n'atteint que 2 · 10 -2%, dans les roches acides - 2,5 · 10 -3%, dans les roches sédimentaires (grès) - 3,5 · 10 -3%, schistes argileux - 9 · 10 -3 % . Le chrome est un migrateur aquatique relativement faible; Teneur en chrome dans l'eau de mer 0,00005 mg/l.
En général, le Chrome est un métal des zones profondes de la Terre ; les météorites de pierre (analogues du manteau) sont également enrichies en chrome (2,7 · 10 -1 %). Plus de 20 minéraux de chrome sont connus. Seuls les spinelles de chrome (jusqu'à 54 % de Cr) ont une importance industrielle ; en outre, le chrome est contenu dans un certain nombre d'autres minéraux qui accompagnent souvent les minerais de chrome, mais eux-mêmes n'ont pas de valeur pratique (uvarovite, volkonskoite, kémérite, fuchsite).
Propriétés physiques du chrome. Le chrome est un métal dur, lourd et réfractaire. Le chrome pur est ductile. Il cristallise dans un réseau centré sur le corps, a = 2,885 Å (20°C) ; à 1830°C, la transformation en une modification avec un réseau à faces centrées est possible, a = 3,69 Å.
Rayon atomique 1,27 ; rayons ioniques Cr 2+ 0,83 , Cr 3+ 0,64 , Cr 6+ 0,52 . Densité 7,19 g/cm 3 ; t pl 1890 ° C; point d'ébullition 2480°C. Chaleur spécifique 0,461 kJ / (kg K) (25 ° C); coefficient thermique expansion linéaire 8,24 · 10 -6 (à 20 ° C); coefficient de conductivité thermique 67 W / (m K) (20 ° C); résistance électrique spécifique 0,414 mkom · m (20 ° ); coefficient thermique de résistance électrique dans la plage de 20-600 ° C est de 3,01 · 10 -3. Le chrome est antiferromagnétique, la susceptibilité magnétique spécifique est de 3,6 · 10 -6. La dureté Brinell du chrome de haute pureté est de 7-9 MN / m 2 (70-90 kgf / cm 2).
Propriétés chimiques du chrome. La configuration électronique externe de l'atome de chrome est 3d 5 4s 1. Dans les composés, il présente généralement des états d'oxydation +2, +3, +6, parmi lesquels les plus stables sont Cr 3+ ; certains composés sont connus dans lesquels le chrome a des états d'oxydation +1, +4, +5. Le chrome est chimiquement inactif. Dans des conditions normales, il résiste à l'oxygène et à l'humidité, mais se combine avec le fluor pour former CrF 3. Au dessus de 600°C interagit avec la vapeur d'eau, donnant Cr 2 O 3 ; azote - Cr 2 N, CrN; carbone - Cr 23 C 6, Cr 7 C 3, Cr 3 C 2; gris - Cr 2 S 3. Lorsque la fusion avec le bore forme le borure CrB, avec le silicium - siliciures Cr 3 Si, Cr 2 Si 3, CrSi 2. Le chrome donne des alliages avec de nombreux métaux. L'interaction avec l'oxygène se déroule d'abord assez activement, puis ralentit fortement en raison de la formation d'un film d'oxyde à la surface du métal. A 1200°C, le film se décompose et l'oxydation reprend rapidement. Le Chrome s'enflamme dans l'oxygène à 2000°C avec formation d'un oxyde vert foncé Chrome (III) Cr 2 O 3. En plus de l'oxyde (III), d'autres composés avec de l'oxygène sont connus, par exemple CrO, CrO 3 , obtenus indirectement. Le chrome réagit facilement avec les solutions diluées d'acides chlorhydrique et sulfurique avec formation de chlorure et de sulfate de chrome et dégagement d'hydrogène ; L'eau régale et l'acide nitrique passivent le chrome.
Avec une augmentation de l'état d'oxydation, les propriétés acides et oxydantes du Chrome augmentent.Les dérivés du Cr 2+ sont des agents réducteurs très puissants. L'ion Cr 2+ se forme lors de la première étape de dissolution du Chrome dans les acides ou lors de la réduction du Cr 3+ en solution acide avec le zinc. L'hydrate d'oxyde nitreux Cr (OH) 2 est converti en Cr 2 O 3 lors de la déshydratation. Les composés Cr 3+ sont stables dans l'air. Ils peuvent être à la fois des agents réducteurs et des agents oxydants. Le Cr 3+ peut être réduit dans une solution acide avec du zinc en Cr 2+ ou oxydé dans une solution alcaline en CrO 4 avec du bromo-2 et d'autres agents oxydants. L'hydroxyde Cr (OH) 3 (ou plutôt Cr 2 O 3 · nH 2 O) est un composé amphotère qui forme des sels avec le cation Cr 3+ ou des sels d'acide chromique HCrO 2 - chromites (par exemple, KCrO 2, NaCrO 2) . Composés Cr 6+ : anhydride chromique CrO 3, acides chromiques et leurs sels, parmi lesquels les plus importants sont les chromates et les dichromates - oxydants forts. Le chrome forme un grand nombre de sels avec les acides contenant de l'oxygène. Les composés complexes du chrome sont connus ; particulièrement nombreux sont les composés complexes Cr 3+, dans lesquels le chrome a un nombre de coordination de 6. Il existe un nombre important de composés peroxydes de chrome
Obtenir du chrome. Selon le but d'utilisation, du chrome de degrés de pureté variables est obtenu. La matière première est généralement constituée de spinelles de Cr, qui sont enrichis puis fusionnés avec de la potasse (ou de la soude) en présence d'oxygène atmosphérique. En ce qui concerne le composant principal des minerais contenant du Cr 3 +, la réaction est la suivante :
2FeCr 2 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5О 2 = 4K 2 rО 4 + Fe 2 3 + 4СО 2.
Le chromate de potassium résultant К 2 СrО 4 est lessivé eau chaude et l'action de H 2 SO 4 le transforme en dichromate K 2 Cr 2 O 7. De plus, l'action d'une solution concentrée de H 2 SO 4 sur K 2 Cr 2 O 7 produit de l'anhydride chromique C 2 O 3 ou le chauffage de K 2 Cr 2 O 7 avec du soufre - oxyde de chrome (III) C 2 O 3.
Le chrome le plus pur de conditions industrielles sont obtenus soit par électrolyse de solutions aqueuses concentrées de CrO 3 ou Cr 2 O 3 contenant H 2 SO 4 , soit par électrolyse de sulfate de chrome Cr 2 (SO 4 ) 3. Dans ce cas, du chrome est libéré sur la cathode d'aluminium ou d'acier inoxydable. La purification complète des impuretés est obtenue en traitant le chrome avec de l'hydrogène ultrapur à haute température(1500-1700°C).
Il est également possible d'obtenir du Chrome pur par électrolyse de CrF 3 ou CrCl 3 fondu en mélange avec des fluorures de sodium, potassium et calcium à une température d'environ 900°C sous atmosphère d'argon.
Le chrome est obtenu en petites quantités par réduction de Cr 2 O 3 avec de l'aluminium ou du silicium. Dans la méthode aluminothermique, une charge préchauffée de Cr 2 O 3 et de poudre ou de copeaux d'Al avec addition d'un agent oxydant est chargée dans un creuset, où la réaction est initiée en enflammant un mélange de Na 2 O 2 et d'Al jusqu'à ce que le creuset soit rempli de chrome et de laitier. Par silicothermie, le chrome est fondu dans des fours à arc. La pureté du Chrome obtenu est déterminée par la teneur en impuretés du Cr 2 O 3 et de l'Al ou du Si utilisé pour la réduction.
Les alliages de chrome - ferrochrome et silicochrome - sont produits à grande échelle dans l'industrie.
Application de chrome. L'utilisation du chrome est basée sur sa résistance à la chaleur, sa dureté et sa résistance à la corrosion. Le chrome est surtout utilisé pour la fusion des aciers au chrome. L'aluminium et le chrome silicothermique sont utilisés pour fondre le nichrome, le nimonic, d'autres alliages de nickel et la stellite.
Une quantité importante de chrome est utilisée pour les revêtements décoratifs résistants à la corrosion. Large application reçu du chrome en poudre dans la production de produits en cermet et de matériaux pour électrodes de soudage. Le chrome sous forme d'ion Cr 3+ est une impureté dans le rubis, qui est utilisé comme pierre précieuse et matériau laser. Les composés de chrome sont utilisés pour graver les tissus pendant la teinture. Certains sels de chrome sont utilisés comme composant solutions de tannage dans l'industrie du cuir; PbCrO 4, ZnCrO 4, SrCrO 4 - comme peintures artistiques. Les produits réfractaires chromite-magnésite sont fabriqués à partir d'un mélange de chromite et de magnésite.
Les composés du chrome (en particulier les dérivés du Cr 6 +) sont toxiques.
Chrome dans le corps. Le chrome est l'un des éléments biogéniques qui est constamment inclus dans les tissus des plantes et des animaux. La teneur moyenne en chrome dans les plantes est de 0,0005% (92-95% du chrome s'accumule dans les racines), chez les animaux - de dix millièmes à dix millionièmes de pour cent. Dans les organismes planctoniques, le coefficient d'accumulation de chrome est énorme - 10 000 à 26 000. Plantes supérieures ne tolère pas les concentrations de chrome supérieures à 3-10 -4 mol / l. Dans les feuilles, il est présent sous la forme d'un complexe de faible poids moléculaire non associé à des structures subcellulaires. Chez les animaux, le chrome est impliqué dans le métabolisme des lipides, des protéines (une partie de l'enzyme trypsine), des glucides (un composant structurel du facteur de résistance au glucose). La principale source de chrome entrant dans le corps des animaux et des humains est la nourriture. Une diminution de la teneur en chrome dans les aliments et le sang entraîne une diminution du taux de croissance, une augmentation du cholestérol sanguin et une diminution de la sensibilité des tissus périphériques à l'insuline.
L'empoisonnement avec le chrome et ses composés se produit pendant leur production; en génie mécanique ( galvanoplastie); métallurgie (additifs d'alliage, alliages, réfractaires); dans la fabrication du cuir, des peintures, etc. La toxicité des composés du chrome dépend de leur structure chimique : les bichromates sont plus toxiques que les chromates, les composés Cr (VI) sont plus toxiques que Cr (II), Cr (III). Les formes initiales de la maladie se manifestent par une sensation de sécheresse et de douleur au nez, un mal de gorge, des difficultés respiratoires, une toux, etc. ; ils peuvent disparaître lorsque le contact avec le chrome est supprimé. Avec un contact prolongé avec des composés du chrome, des signes d'empoisonnement chronique se développent: maux de tête, faiblesse, dyspepsie, perte de poids et autres. Les fonctions de l'estomac, du foie et du pancréas sont altérées. Bronchite possible, asthme bronchique, pneumosclérose diffuse. Lorsque le chrome est exposé à la peau, une dermatite et un eczéma peuvent se développer. Selon certains rapports, les composés du chrome, principalement Cr (III), ont un effet cancérigène.
Le chrome est un élément d'un sous-groupe secondaire du 6e groupe de la 4e période du système périodique des éléments chimiques de D. I. Mendeleev, de numéro atomique 24. Il est désigné par le symbole Cr (chrome latin). Chrome de substance simple métal dur de couleur blanc bleuté.
Propriétés chimiques du chrome
Dans des conditions normales, le chrome ne réagit qu'avec le fluor. A haute température (supérieure à 600°C), il interagit avec l'oxygène, les halogènes, l'azote, le silicium, le bore, le soufre, le phosphore.
4Cr + 3O 2 - t° → 2Cr 2 O 3
2Cr + 3Cl 2 - t° → 2CrCl 3
2Cr + N 2 - t° → 2CrN
2Cr + 3S - t° → Cr 2 S 3
A l'état chauffé au rouge, il réagit avec la vapeur d'eau :
2Cr + 3H 2 O → Cr 2 O 3 + 3H 2
Le chrome se dissout dans les acides forts dilués (HCl, H 2 SO 4)
En l'absence d'air, des sels de Cr 2+ se forment, et dans l'air, des sels de Cr 3+.
Cr + 2HCl → CrCl 2 + H 2
2Cr + 6HCl + O 2 → 2CrCl 3 + 2H 2 O + H 2
La présence d'un film d'oxyde protecteur à la surface du métal explique sa passivité vis-à-vis des solutions concentrées d'acides - agents oxydants.
Composés de chrome
Oxyde de chrome (II) et l'hydroxyde de chrome (II) sont basiques.
Cr (OH) 2 + 2HCl → CrCl 2 + 2H 2 O
Les composés du chrome (II) sont des agents réducteurs puissants; sont transformés en composés du chrome (III) sous l'action de l'oxygène atmosphérique.
2CrCl 2 + 2HCl → 2CrCl 3 + H 2
4Cr (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O → 4Cr (OH) 3
Oxyde de chrome (III) Cr 2 O 3 est une poudre verte insoluble dans l'eau. Il peut être obtenu par calcination d'hydroxyde de chrome (III) ou de dichromates de potassium et d'ammonium :
2Cr (OH) 3 - t° → Cr 2 O 3 + 3H 2 O
4K 2 Cr 2 O 7 - t° → 2Cr 2 O 3 + 4K 2 CrO 4 + 3O 2
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 - t° → Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (réaction "volcan")
Oxyde amphotère. Lorsque Cr 2 O 3 est fusionné avec des alcalis, de la soude et des sels acides, on obtient des composés du chrome à l'état d'oxydation (+3) :
Cr 2 O 3 + 2NaOH → 2NaCrO 2 + H 2 O
Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaCrO 2 + CO 2
Lors de la fusion avec un mélange d'alcali et d'un agent oxydant, les composés du chrome sont obtenus à l'état d'oxydation (+6) :
Cr 2 O 3 + 4KOH + KClO 3 → 2K 2 CrO 4 + KCl + 2H 2 O
Hydroxyde de chrome (III) C r (Ah) 3. Hydroxyde amphotère. Gris-vert, se décompose lorsqu'il est chauffé, perdant de l'eau et formant du vert métahydroxyde CrO (OH). Ne se dissout pas dans l'eau. Il précipite de la solution sous forme d'hydrate bleu-gris et bleu-vert. Réagit avec les acides et les alcalis, n'interagit pas avec l'hydrate d'ammoniac.
Il a des propriétés amphotères - il se dissout à la fois dans les acides et les alcalis :
2Cr (OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O r (ОН) 3 + ЗН + = Сr 3+ + 3H 2 O
Cr (OH) 3 + KOH → K, Cr (OH) 3 + ZOH - (conc.) = [Cr (OH) 6] 3-
Cr (OH) 3 + KOH → KCrO 2 + 2H 2 O Cr (OH) 3 + MOH = MCrO 2 (vert) + 2H 2 O (300-400°C, M = Li, Na)
Cr (OH) 3 →(120 o C – H 2 O) CrO (OH) → (430-1000 0 -H 2 O) Cr 2 O 3
2Сr (ОН) 3 + 4NаОН (conc.) + ЗН 2 O 2 (conc.) = 2Na 2 СrO 4 + 8Н 2 0
Réception: précipitation avec de l'hydrate d'ammoniac à partir d'une solution de sels de chrome (III) :
Cr 3+ + 3 (NH 3 H 2 O) = AVECr(OH) 3+ NН 4+
Cr 2 (SO 4) 3 + 6NaOH → 2Cr (OH) 3 + 3Na 2 SO 4 (en excès d'alcali - le précipité se dissout)
Les sels de chrome (III) sont de couleur violette ou vert foncé. En termes de propriétés chimiques, ils ressemblent à des sels d'aluminium incolores.
Les composés Cr (III) peuvent présenter à la fois des propriétés oxydantes et réductrices :
Zn + 2Cr +3 Cl 3 → 2Cr +2 Cl 2 + ZnCl 2
2Cr +3 Cl 3 + 16NaOH + 3Br 2 → 6NaBr + 6NaCl + 8H 2 O + 2Na 2 Cr +6 O 4
Composés de chrome hexavalent
Oxyde de chrome (VI) Les CrO 3 sont des cristaux rouge vif, solubles dans l'eau.
Préparé à partir de chromate de potassium (ou dichromate) et de H 2 SO 4 (conc.).
K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → 2CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
CrO 3 - oxyde acide, avec des alcalis forme des chromates jaunes CrO 4 2- :
CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O
En milieu acide, les chromates se transforment en bichromates orangés Cr 2 O 7 2- :
2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
En milieu alcalin, cette réaction se déroule en sens inverse :
K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH → 2K 2 CrO 4 + H 2 O
Le bichromate de potassium est un agent oxydant en milieu acide :
К 2 Сr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3Na 2 SO 3 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3NaNO 2 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3NaNO 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6 KI = Cr 2 (SO 4) 3 + 3I 2 + 4K 2 SO 4 + 7H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6FeSO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O
Chromate de potassium K 2 Cr Environ 4 . Oxosol. Jaune, non absorbant. Il fond sans décomposition, thermiquement stable. Dissoudre bien dans l'eau ( Jaune la couleur de la solution correspond à l'ion CrO 4 2-), légèrement hydrolysé par l'anion. En milieu acide, il se transforme en K 2 Cr 2 O 7. Agent oxydant (plus faible que K 2 Cr 2 O 7). Il entre dans les réactions d'échange d'ions.
Réaction qualitative sur l'ion CrO 4 2- - précipitation d'un précipité jaune de chromate de baryum, qui se décompose en milieu fortement acide. Il est utilisé comme mordant pour la teinture des tissus, agent de tannage du cuir, agent oxydant sélectif et réactif en chimie analytique.
Équations des réactions les plus importantes :
2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 (30 %) = K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
2K 2 CrO 4 (t) + 16HCl (fin, chaud) = 2CrCl 3 + 3Cl 2 + 8H 2 O + 4KCl
2K 2 CrO 4 + 2H 2 O + 3H 2 S = 2Cr (OH) 3 + 3S + 4KOH
2K 2 CrO 4 + 8H 2 O + 3K 2 S = 2K [Cr (OH) 6] + 3S + 4KOH
2K 2 CrO 4 + 2AgNO 3 = KNO 3 + Ag 2 CrO 4 (rouge) ↓
Réponse qualitative :
К 2 СгO 4 + аl 2 = 2КСl + аCrO 4 ↓
2ВаrO 4 (t) + 2HCl (dil.) = Ваr 2 O 7 (p) + аС1 2 + 2 O
Réception: frittage de chromite avec de la potasse sous air :
4 (Сr 2 Fe ‖‖) O 4 + 8К 2 CO 3 + 7O 2 = 8К 2 СrO 4 + 2Fе 2 O 3 + 8СO 2 (1000 ° С)
Dichromate de potassium K 2 Cr 2 O 7 ... Oxosol. Nom technique pic de chrome... Rouge orangé, non absorbant. Il fond sans décomposition, se décompose lors d'un chauffage supplémentaire. Dissoudre bien dans l'eau ( Orange la couleur de la solution correspond à l'ion Cr 2 O 7 2-). Dans un environnement alcalin se forme K 2 CrO 4. Agent oxydant typique en solution et en fusion. Il entre dans les réactions d'échange d'ions.
Réactions qualitatives- coloration bleue d'une solution éthérée en présence d'H 2 O 2, coloration bleue d'une solution aqueuse sous l'action de l'hydrogène atomique.
Il est utilisé comme agent tannant pour le cuir, mordant pour la teinture des tissus, composant de compositions pyrotechniques, réactif en chimie analytique, inhibiteur de corrosion des métaux, en mélange avec H 2 SO 4 (conc.) - pour le lavage chimique de la vaisselle.
Équations des réactions les plus importantes :
4K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3O 2 (500-600 o C)
K 2 Cr 2 O 7 (t) + 14HCl (fin) = 2CrCl 3 + 3Cl 2 + 7H 2 O + 2KCl (ébullition)
K 2 Cr 2 O 7 (t) + 2H 2 SO 4 (96 %) ⇌2KHSO 4 + 2CrO 3 + H 2 O (« mélange de chrome »)
K 2 Cr 2 O 7 + KOH (conc) = H 2 O + 2K 2 CrO 4
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6I - = 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O
Cr 2 O 7 2- + 2H + + 3SO 2 (g) = 2Cr 3+ + 3SO 4 2- + H 2 O
Cr 2 O 7 2- + H 2 O + 3H 2 S (g) = 3S + 2OH - + 2Cr 2 (OH) 3 ↓
Cr 2 O 7 2- (conc.) + 2Ag + (dil.) = Ag 2 Cr 2 O 7 (t. Rouge) ↓
Cr 2 O 7 2- (dil.) + H 2 O + Pb 2+ = 2H + + 2PbCrO 4 (rouge) ↓
K 2 Cr 2 O 7 (s) + 6HCl + 8H 0 (Zn) = 2CrCl 2 (syn) + 7H 2 O + 2KCl
Réception : traitement de К 2 СrO 4 avec de l'acide sulfurique :
2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 (30 %) = K 2Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
Possède les propriétés nécessaires pour une utilisation réussie dans l'industrie métallurgique. Ce métal se distingue par son abat-jour en acier et sa haute densité. Dans des conditions naturelles, il est extrait du minerai de fer au chrome fossile.
Les matières premières sont soumises à une récupération (méthode aluminothermique ou thermique au silicium) dans les entreprises métallurgiques à l'aide de coke.
Pour la production de ce métal, on peut également utiliser le procédé de fusion métallothermique, dans lequel il est possible d'obtenir une diminution de la consommation d'aluminium. L'extraction du chrome passe à 92%.
La température de fusion du chrome a une valeur de 2300 degrés Celsius, la composition de ce métal peut être distinguée : 98,9-99,2% de chrome (Cr), 0,01-0,2% de carbone (C), 0,07-0,12 % de silicium (Si), 0,25 -0,4% Fer et Aluminium (Al, Fe), 0,005% Phosphore (P).
Ce métal est indispensable quand il faut ajouter produits en acier haute résistance à la chaleur et à la corrosion. Avec son aide, l'alliage des alliages est effectué, la résistance de l'acier est augmentée. remplace le ferrochrome, et avec son aide, il est possible d'obtenir de l'acier de nuances spéciales dans lesquelles le pourcentage de fer est strictement limité.
Pour la fabrication de l'acier, le chrome est prélevé sans impuretés et inclusions étrangères, seules les traces d'un film oxydant sont autorisées. Des pièces de métal pesant moins de 10 kg sont utilisées; le chrome est amené sur le lieu d'application dans des conteneurs spéciaux - fûts en métal et caisses en bois.
La production de chrome métallique est effectuée conformément aux exigences de GOST 5905-79, il peut contenir une petite quantité d'impuretés de plomb, de carbone, de soufre, de cobalt, de phosphore, de silicium, etc.
En ajoutant du chrome, ils permettent d'obtenir une réduction de la taille des grains de l'acier, une augmentation de la résistance, de la ductilité et une augmentation de sa trempabilité. À des températures élevées, le chrome n'affecte pas l'oxydabilité.
Champ d'utilisation de ce matériel- c'est la construction aéronautique, la création vaisseau spatial, production chimique et production de moteurs à réaction, turbines à gaz, etc.
Le nichrome, les roulements à billes, les alliages résistants à la chaleur et inoxydables sont tous créés grâce à l'utilisation habile des propriétés remarquables du chrome métallique. Les produits en acier chromé ont une durée de vie beaucoup plus longue et Haute durabilité aux influences chimiques et autres.
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Il est caractéristique que les voisins du chrome, ainsi que lui-même, soient largement utilisés pour les aciers d'alliage.
Le point de fusion du chrome dépend de sa pureté. De nombreux chercheurs ont tenté de le déterminer et ont obtenu des valeurs de 1513 à 1920 ° C. Un "spread" aussi important s'explique principalement par la quantité et la composition des impuretés contenues dans le chrome. On pense maintenant qu'il fond à une température d'environ 1875°C. Le point d'ébullition est de 2199°C. La densité du chrome est inférieure à celle du fer ; il est 7,19.
En termes de propriétés chimiques, il est proche du molybdène et du tungstène. Son oxyde le plus élevé, СrО3, est acide, c'est l'anhydride chromique Н2СrO4. Le minéral avec lequel nous avons commencé notre connaissance de l'élément numéro 24 est le sel de cet acide. Outre l'acide chromique, l'acide dichromique Н2Сr2O7 est connu ; ses sels, les bichromates, sont largement utilisés en chimie.
L'oxyde de chrome Cr2O3 le plus courant est l'amphotérine. En général, dans conditions différentes peuvent présenter des valences de 2 à 6. Seuls les composés de chrome trivalent et hexavalent sont largement utilisés.
Le chrome a toutes les propriétés d'un métal - il conduit bien la chaleur et électricité, a un éclat métallique caractéristique. La principale caractéristique du chrome est sa résistance aux acides et à l'oxygène.
Pour ceux qui ont constamment affaire au chrome, une autre caractéristique fait parler de lui : à une température d'environ 37°C, certains propriétés physiques de ce métal changent brusquement, brusquement. A cette température, il existe un maximum de frottement interne prononcé et un minimum de module d'élasticité. La résistance électrique, le coefficient de dilatation linéaire et la force thermoélectromotrice changent presque aussi fortement.
Les scientifiques ne peuvent pas encore expliquer cette anomalie.
Il existe quatre isotopes naturels connus du chrome. Leurs nombres de masse sont de 50, 52, 53 et 54. La part de l'isotope le plus répandu 52Cr est d'environ 84 %.
Chrome dans les alliages
Il ne serait probablement pas naturel que l'histoire de l'utilisation du chrome et de ses composés ne commence pas avec de l'acier, mais avec autre chose. Le chrome est l'un des éléments d'alliage les plus importants utilisés dans la métallurgie ferreuse. L'ajout de chrome aux aciers courants (jusqu'à 5 % de Cr) améliore leurs propriétés physiques et rend le métal plus sensible aux traitements thermiques. Les aciers pour ressorts, ressorts, outils, matrices et roulements à billes sont alliés au chrome. Dans eux (à l'exception des aciers à roulement à billes) le chrome est présent avec le manganèse, le molybdène, le nickel, le vanadium. Et les aciers à roulement à billes ne contiennent que du chrome (environ 1,5%) et (environ 1%). Ce dernier se forme avec des carbures de chrome d'une dureté exceptionnelle : Cr3C, Cr7C3 et Cr23C6. Ils confèrent une haute résistance à l'usure à l'acier à roulement à billes.
Si la teneur en chrome de l'acier est augmentée à 10 % ou plus, l'acier devient plus résistant à l'oxydation et à la corrosion, mais ici entre en vigueur un facteur que l'on peut appeler limitation du carbone. La capacité du carbone à se lier grandes quantités le chrome conduit à l'épuisement de cet élément dans l'acier. Par conséquent, les métallurgistes sont confrontés à un dilemme : si vous voulez obtenir une résistance à la corrosion, réduire la teneur en carbone et perdre en résistance à l'usure et en dureté.
La nuance d'acier inoxydable la plus courante contient 18 % de chrome et 8 % de nickel. La teneur en carbone est très faible - jusqu'à 0,1%. Les aciers inoxydables résistent bien à la corrosion et à l'oxydation et conservent leur résistance à haute température. Le groupe sculptural de V. I. Mukhina "Ouvrière et femme de ferme collective" a été fabriqué à partir de tôles de cet acier, qui a été installée à Moscou à l'entrée nord de l'Exposition des réalisations de l'économie nationale. Les aciers inoxydables sont largement utilisés dans les industries chimiques et pétrolières.
Les aciers à haute teneur en chrome (contenant 25 à 30 % de Cr) sont particulièrement résistants à l'oxydation à haute température. Ils sont utilisés pour la fabrication de pièces pour fours de chauffage.
Quelques mots maintenant sur les alliages à base de chrome. Il contient plus de 50% de chrome. Ils ont une très haute résistance à la chaleur. Cependant, ils présentent un très gros inconvénient qui annule tous les avantages : ils sont très sensibles aux défauts de surface : une rayure, une microfissure suffit à apparaître, et le produit s'effondrera rapidement sous charge. Dans la majorité des alliages, de tels inconvénients sont éliminés par traitement thermomécanique, mais à base de chrome, un tel traitement ne se prête pas. De plus, ils sont trop fragiles lorsque température ambiante, ce qui limite également les possibilités de leur application.
Les alliages de chrome et de nickel sont plus précieux (ils sont souvent introduits comme additifs d'alliage et autres éléments). Les alliages les plus courants de ce groupe - le nichrome contiennent jusqu'à 20% de chrome (le reste) et sont utilisés pour la fabrication éléments chauffants... Le nichrome a une résistance électrique élevée pour les métaux ; lors du passage du courant, ils chauffent fortement.
L'ajout de molybdène et de cobalt aux alliages chrome-nickel permet d'obtenir des matériaux à haute résistance thermique, capables de supporter de fortes charges à 650-900°C. Ces alliages sont utilisés, par exemple, pour les aubes de turbines à gaz. Les alliages chromo-cobalt contenant 25 à 30 % de chrome ont également une résistance à la chaleur. L'industrie utilise le chrome comme matériau pour les revêtements anticorrosion et décoratifs.
Le chrome est un élément chimique de numéro atomique 24. C'est un métal gris acier dur et brillant qui se polit bien et ne ternit pas. Utilisé dans les alliages tels que l'acier inoxydable et comme revêtement. Le corps humain a besoin de petites quantités de chrome trivalent pour métaboliser le sucre, mais le Cr (VI) est hautement toxique.
Divers composés du chrome tels que l'oxyde de chrome (III) et le chromate de plomb sont de couleurs vives et utilisés dans les peintures et les pigments. La couleur rouge du rubis est due à la présence de ce élément chimique... Certaines substances, en particulier le sodium, sont des agents oxydants utilisés pour oxyder les composés organiques et (avec l'acide sulfurique) pour le nettoyage verrerie de laboratoire... De plus, l'oxyde de chrome (VI) est utilisé dans la production de bandes magnétiques.
Découverte et étymologie
L'histoire de la découverte de l'élément chimique chrome est la suivante. En 1761, Johann Gottlob Lehmann a trouvé un minéral rouge orangé dans les montagnes de l'Oural et l'a appelé "plomb rouge de Sibérie". Bien qu'il ait été identifié à tort comme un composé de plomb avec du sélénium et du fer, le matériau était en fait du chromate de plomb avec formule chimique PbCrO 4. Aujourd'hui, il est connu sous le nom de croconte minéral.
En 1770, Peter Simon Pallas visita l'endroit où Lehmann trouva un minerai de plomb rouge, qui avait une très caractéristiques bénéfiques pigment dans les peintures. L'utilisation du plomb rouge de Sibérie comme peinture s'est développée rapidement. De plus, la couleur jaune vif du croconte est devenue à la mode.
En 1797, Nicolas-Louis Vauquelin reçoit des échantillons de rouge.En mélangeant du croconte à de l'acide chlorhydrique, il obtient l'oxyde CrO 3. Le chrome a été isolé en tant qu'élément chimique en 1798. Vauquelin l'a obtenu en chauffant de l'oxyde avec du charbon de bois. Il a également pu détecter des traces de chrome dans pierres précieuses comme le rubis et l'émeraude.
Dans les années 1800, le Cr était principalement utilisé dans les peintures et les sels de cuir. Aujourd'hui, 85 % du métal est utilisé dans les alliages. Le reste est utilisé dans l'industrie chimique, l'industrie des réfractaires et l'industrie de la fonderie.
La prononciation de l'élément chimique chrome correspond au grec χρῶμα, qui signifie "couleur", en raison des nombreux composés colorés qui peuvent en être obtenus.
Extraction et fabrication
L'élément est réalisé à partir de chromite (FeCr 2 O 4 ). Environ la moitié de ce minerai dans le monde est extrait en Afrique du Sud. En outre, le Kazakhstan, l'Inde et la Turquie sont les principaux producteurs. Il existe suffisamment de gisements de chromite explorés, mais géographiquement, ils sont concentrés au Kazakhstan et en Afrique australe.
Les gisements de chrome métallique natif sont rares, mais ils existent. Par exemple, il est extrait à la mine d'Udachnaya en Russie. Il est riche en diamants et l'environnement réducteur a contribué à former du chrome pur et des diamants.
Pour la production industrielle de métaux, les minerais de chromite sont traités avec un alcali fondu (hydroxyde de sodium, NaOH). Dans ce cas, il se forme du chromate de sodium (Na 2 CrO 4) qui est réduit avec du carbone en oxyde Cr 2 O 3. Le métal est obtenu en chauffant l'oxyde en présence d'aluminium ou de silicium.
En 2000, environ 15 millions de tonnes de minerai de chromite ont été extraites, qui ont été transformées en 4 millions de tonnes de ferrochrome, un alliage chrome-fer à 70 %, d'une valeur marchande approximative de 2,5 milliards de dollars US.
Caractéristiques principales
La caractéristique de l'élément chimique chrome est due au fait qu'il s'agit d'un métal de transition de la quatrième période du tableau périodique et se situe entre le vanadium et le manganèse. Il fait partie du groupe VI. Fond à 1907°C. En présence d'oxygène, le chrome forme rapidement une fine couche d'oxyde qui protège le métal d'une interaction ultérieure avec l'oxygène.
En tant qu'élément de transition, il réagit avec des substances dans diverses proportions. Ainsi, il forme des composés dans lesquels il a divers états d'oxydation. Le chrome est un élément chimique aux états basiques +2, +3 et +6, dont +3 est le plus stable. De plus, en de rares occasions, les états +1, +4 et +5 sont observés. Les composés du chrome à l'état d'oxydation +6 sont des agents oxydants puissants.
De quelle couleur est le chrome ? L'élément chimique confère une teinte rubis. Le Cr 2 O 3 utilisé pour est également appliqué comme pigment appelé "vert de chrome". Ses sels donnent au verre une couleur vert émeraude. Le chrome est un élément chimique dont la présence rend le rubis rouge. Par conséquent, il est utilisé dans la production de rubis synthétiques.
Isotopes
Les isotopes du chrome ont un poids atomique de 43 à 67. Habituellement, cet élément chimique se compose de trois formes stables : 52 Cr, 53 Cr et 54 Cr. Parmi ceux-ci, le plus courant est le 52 Cr (83,8% de tout le chrome naturel). De plus, 19 radio-isotopes ont été décrits, dont le plus stable est le 50 Cr avec une demi-vie dépassant 1,8x10 17 ans. Pour le 51 Cr, la demi-vie est de 27,7 jours, alors que pour tous les autres isotopes radioactifs, elle ne dépasse pas 24 heures, et pour la plupart d'entre eux, elle dure moins d'une minute. L'élément a également deux méta-états.
Les isotopes du chrome dans la croûte terrestre accompagnent généralement les isotopes du manganèse, qui trouvent une application en géologie. Le 53 Cr est formé lors de la décroissance radioactive de 53 Mn. Le rapport isotopique Mn / Cr prend en charge d'autres données historiques précoces Système solaire... Les changements dans les rapports 53 Cr / 52 Cr et Mn / Cr de différentes météorites prouvent que de nouveaux noyaux atomiques ont été créés juste avant la formation du système solaire.
Chrome élément chimique: propriétés, formule des composés
L'oxyde de chrome (III) Cr 2 O 3, également appelé sesquioxyde, est l'un des quatre oxydes de cet élément chimique. Il est obtenu à partir de chromite. Le composé vert est communément appelé "vert de chrome" lorsqu'il est utilisé comme pigment pour la peinture sur émail et sur verre. L'oxyde peut se dissoudre dans les acides, formant des sels, et dans les alcalis fondus - les chromites.
Dichromate de potassium
K 2 Cr 2 O 7 est un agent oxydant puissant et est préféré comme détergent pour nettoyer la verrerie de laboratoire des matières organiques. Pour cela, sa solution saturée est utilisée, mais parfois elle est remplacée par du dichromate de sodium, en raison de la solubilité plus élevée de ce dernier. De plus, il peut réguler le processus d'oxydation des composés organiques en convertissant l'alcool primaire en aldéhyde puis en dioxyde de carbone.
Le bichromate de potassium peut provoquer une dermatite au chrome. Le chrome est probablement à l'origine d'une sensibilisation conduisant au développement de dermatites, notamment des mains et des avant-bras, qui sont chroniques et difficiles à traiter. Comme d'autres composés de Cr (VI), le dichromate de potassium est cancérigène. Il doit être manipulé avec des gants et un équipement de protection approprié.
Acide chromique
Le composé a une structure hypothétique H 2 CrO 4. Ni les acides chromiques ni les acides dichromiques ne se produisent naturellement, mais leurs anions se trouvent dans diverses substances. L'"acide chromique" que l'on peut trouver sur le marché est en fait son anhydride acide - le trioxyde CrO 3.
Chromate de plomb (II)
Le PbCrO 4 a une couleur jaune vif et est pratiquement insoluble dans l'eau. Pour cette raison, il a été utilisé comme pigment colorant appelé couronne jaune.
Cr et liaison pentavalente
Le chrome se distingue par sa capacité à former des liaisons pentavalentes. Le composé est créé par Cr (I) et un radical hydrocarboné. Une liaison pentavalente se forme entre deux atomes de chrome. Sa formule peut être écrite comme Ar-Cr-Cr-Ar, où Ar est un groupe aromatique spécifique.
Application
Le chrome est un élément chimique dont les propriétés lui ont conféré de nombreux différentes options applications, dont certaines sont énumérées ci-dessous.
Il confère une résistance à la corrosion et une surface brillante aux métaux. Par conséquent, le chrome est inclus dans des alliages tels que l'acier inoxydable, utilisé par exemple en coutellerie. Il est également utilisé pour le chromage.
Le chrome est un catalyseur pour diverses réactions. Des moules pour la cuisson des briques en sont fabriqués. Son cuir est tanné aux sels. Le bichromate de potassium est utilisé pour oxyder les composés organiques tels que les alcools et les aldéhydes, et pour nettoyer la verrerie de laboratoire. Il sert d'agent de fixation pour la teinture des tissus et est également utilisé dans la photographie et l'impression photo.
Le CrO 3 est utilisé pour la fabrication de bandes magnétiques (par exemple, pour l'enregistrement audio), qui ont les meilleures caractéristiques que les films contenant de l'oxyde de fer.
Rôle en biologie
Le chrome trivalent est un élément chimique nécessaire au métabolisme du sucre dans le corps humain. En revanche, le Cr hexavalent est hautement toxique.
Des mesures de précaution
Les composés de chrome métallique et de Cr (III) ne sont généralement pas considérés comme dangereux pour la santé, mais les substances contenant du Cr (VI) peuvent être toxiques si elles sont ingérées ou inhalées. La plupart de ces substances sont irritantes pour les yeux, la peau et les muqueuses. Les composés de chrome (VI) peuvent causer des lésions oculaires s'ils ne sont pas correctement traités avec une exposition chronique. C'est aussi un cancérigène reconnu. La dose mortelle de cet élément chimique est d'environ une demi-cuillère à café. Selon les recommandations de l'Organisation mondiale de la santé, la concentration maximale admissible de Cr (VI) dans boire de l'eau est de 0,05 mg par litre.
Étant donné que les composés du chrome sont utilisés dans les teintures et pour le tannage du cuir, ils se trouvent souvent dans le sol et les eaux souterraines des sites industriels abandonnés nécessitant un nettoyage et une assainissement de l'environnement. Un primaire contenant du Cr (VI) est encore largement utilisé dans les industries aérospatiale et automobile.
Propriétés des éléments
Les principales propriétés physiques du chrome sont les suivantes :
- Numéro atomique : 24.
- Poids atomique : 51,996
- Point de fusion : 1890°C.
- Point d'ébullition : 2482°C.
- Etat d'oxydation : +2, +3, +6.
- Configuration électronique : 3d 5 4s 1.