Хром

Хром – пищевой минерал, химический элемент Cr под номером 24, первый в основной подгруппе VI группы. Стабильно серый, глянцевитый, легко крошится. Хорошо полируется, долго сохраняет превосходный внешний вид, обладает высокой точкой плавления (1907 градусов Цельсия). Название произошло от греч. Χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений, –ium – традиционно указывает на металл.

У хрома атомная масса 51,996. В периодической таблице Д.И. Менделеева элемент находится в шестой группе. Аналоги хрома молибден и вольфрам. Характерно, что эти элементы широко используются для легирования сталей. Чистота, полученного хрома влияет на его температуру плавления. Многие ученые определяли ее и получили диапазон значений от 1513 до 1920oC. Большой разброс объясняется количеством и составом примесей хрома. Температура плавления хрома 1875oC. Кипит при температуре 2199oC. Плотность железа больше, чем у хрома.

Химические свойства хрома близки к молибдену и вольфраму. Высший окисел элемента CrО3 – кислотный, представляет собой ярко-красные кристаллы, легко растворимые в воде. Это – ангидрид хромовой кислоты Н2CrО4. К2CrО4 – соль этой кислоты. Кроме хромовой, известна дихромовая кислота H2Cr2O7, в химии широко применяются ее соли – бихроматы. Наиболее распространенный окисел хрома Cr2О3 представляет собой зеленые кристаллы, практически не растворимые в воде. В разных условиях у хрома может проявляться валентность от 2 до 6. Широко используются только соединения трех- и шестивалентного хрома.

Хром обладает всеми свойствами переходного металла – хорошо проводит электрический ток и тепло, имеет характерный металлический блеск. Его главная особенность устойчивость к действию кислот и кислорода.

Одна из его особенностей проявляется при температуре 37oC когда некоторые физические свойства металла резко изменяются. При этой температуре выражены максимум внутреннего трения и минимум модуля упругости. Почти также резко изменяются электросопротивление, термоэлектродвижущая сила, коэффициент линейного расширения. Объяснить эту аномалию ученые пока не могут. В природе известны четыре изотопа хрома. Массовые числа которых 50, 52, 53 и 54. Доля самого распространенного изотопа 52Cr – около 84%

История

И.Г. Леманн в 1766 году открыл близ Екатеринбурга минерал, содержащий хром и назвал его “сибирским красным свинцом”. Ныне минерал называют крокоит. Его состав – РbCrО4. Сибирский красный свинец вызвал немало разногласий в среде ученых в свое время. Тридцать лет продолжался спор о его составе, пока в 1797 году француз Луи Никола Воклен не смог получить из него металл, названный хромом.

Химик Л.Н. Воклен подверг обработке крокоит поташем К2CO3, в результате хромат свинца превратился в хромат калия. Затем посредством соляной кислоты хромат калия был превращен в окись хрома и воду (хромовая кислота существует только в разбавленных растворах). Воклен получил новый тугоплавкий металл, нагрев зеленый порошок окиси хрома в графитовом тигле с углем.

Открытие по всей форме засвидетельствовала Парижская академия наук. Однако, Воклен выделил не элементарный хром, а его карбиды. Л.Н. Воклен получил светлосерые кристаллы иглообразной формы.

Название “хром”, который предложили друзья Воклена, химику не понравилось – металл не отличался особым цветом. Однако друзьям удалось уговорить Луи, ссылаясь на ярко окрашенные соединения хрома из которых можно получать хорошие краски. Именно в работах Воклена объясняется изумрудная окраска природных силикатов бериллия и алюминия. Как объяснил Л. Воклен, окраску давали примеси соединений хрома. За новым элементом утвердилось это название.

Слог “хром” в смысле окрашенный, входит во многие научные, технические и музыкальные термины. Популярны фотопленки “панхром”, “изопанхром” и “ортохром”. Слово “хромосома” с греческого означает “тело, которое окрашивается”. Есть “хроматическая” гамма в музыке и есть гармоника “хромка”.

Из хромита получают металлический хром. В 1865 году производство технически чистого хрома 97-99% основанного на методе алюминотермии, открыл русский химик Н.Н. Бекетов. Сущность метода заключается в восстановлении окислов алюминием, которое сопровождается значительным выделением тепла.

Получение

Хромит применяется преимущественно в трех отраслях промышленности: химии, металлургии, производстве огнеупоров. Потребление двух третий всего хромита приходится на металлургию. Легирование хромом стали повышает прочность, стойкость к коррозии в окислительных и агрессивных средах.

Процесс получения чистого хрома трудоемкий и дорогой. Для легирования стали используют в основном феррохром, полученный в дуговых электропечах из хромита. Кокс служит восстановителем. Хромит должен содержать окиси хрома не меньше 48%, а отношение Cr : Fe как 3: 1. Феррохром, полученный в электропечи, содержит до 80% хрома и 4-7% углерода, а остальное – железо.

Для легирования качественных сталей требуется феррохром, содержащий мало углерода. Часть высокоуглеродистого феррохрома подвергается специальной обработке, снижающей содержание углерода в нем с точностью до десятых и сотых долей процента.

В царской России почти не производились ферросплавы. Несколько доменных печей южных заводов выплавляли низкопроцентные (по легирующему металлу) ферромарганец и ферросилиций. В 1910 году на реке Сатке, что протекает по Южному Уралу, построили крошечный заводик, выпускающий малые количества феррохрома и ферромарганца.

Страна Советов в первые годы развития ввозила ферросплавы из-за рубежа. Зависимость от хорошо развитых капиталистических стран считалась недопустимой. И уже с 1927года началось строительство советских ферросплавных заводов. В итоге в 1930 году построили впервые крупную ферросплавную печь в Челябинске. В 1931 году вступил в строй первенец ферросплавной промышленности СССР Челябинский завод. В 1933 году запустили заводы в Запорожье и Зестафони, что позволило прекратить ввоз ферросплавов. Через несколько лет Советский Союз организовал производство специальных видов сталей – нержавеющей, шарикоподшипниковой, автотракторной, жароупорной, быстрорежущей. Все они содержат хром.

На XVII съезде партии Серго Орджоникидзе, нарком тяжелой промышленности, говорил: “…если бы у нас не было качественных сталей, у нас не было бы автотракторной промышленности. Стоимость расходуемых нами сейчас качественных сталей определяется свыше 400 млн. руб. Если бы надо было ввозить эти — 400 млн. руб. ежегодно, то вы бы в кабалу попали к капиталистам…”

В годы Великой Отечественной войны построен завод на базе Актюбинского месторождения. Первую плавку феррохрома который выдал 20 января 1943 года. В строительстве завода принимали участие жители и трудящиеся Актюбинска. Стройку объявили народной. Феррохром, полученный на заводе, шел на выпуск металла для танков и пушек, которых ждал фронт.

Металлический хром получают, путем смешивания чистой окиси хрома с порошком алюминия. Подвергают нагреву эту смесь в тигле до 500-600oC и поджигают с помощью перекиси бария. Алюминий забирает у окиси хрома кислород. Эта реакция Сr2О3+2Аl Аl2O3+2Сr заложена в основу промышленного алюминотермического способа получения хрома. Заводская технология сложнее значительно. Полученный алюминотермически, хром в своем составе имеет алюминия и железа десятые доли %, а углерода, кремния, серы лишь сотые доли %.

Для получения технически чистого хрома используют и силикотермический способ. В этом способе Сr из окиси восстанавливается кремнием по реакции 2Сr2О3+3Si 3SiO2+4Сr.

Эта реакция протекает в дуговых печах. В шихту известняк добавляют для связывания кремнезема . Чистота силикотермического хрома идентична алюминотермическому хрому, хотя, содержание в нем кремния несколько больше, а алюминия несколько меньше. Для получения хрома применяли и такие восстановители как магний, углерод, водород. Эти способы не нашли широкого распространения.

Высокой степени чистоты 99,8% хром получают электролитически. Технически чистый и электролитический хром идут на производство сложных хромовых сплавов.

В природе

Земная кора содержит хрома довольно много – 0,02%. Основной минерал для промышленного получения хрома – это хромовая шпинель изменяющегося состава. Хромовую руду называют хромитами или хромистым железняком, потому, что практически всегда содержит и железо. Залежи хромовых руд находят повсеместно. Россия обладает обширными запасами хромитов. Одно из богатейших месторождений расположено в Казахстане, в районе Актюбинска; открыли его в 1936 году. И на Урале есть значительные запасы хромовых руд.

На выплавку феррохрома идут большей частью хромиты. Это – один из самых важных ферросплавов, абсолютно необходимый для массового производства легированных сталей. Ферросплавы – сплавы железа с другими элементами, применяемыми для легирования и раскисления стали. В феррохроме содержится не менее 60% Cr. Россия имеет уникальное месторождение природнолегированных железных руд, обогащенных хромом и никелем. Расположено в оренбургских степях. На его базе построен и работает Орско-Халиловский металлургический комбинат. Доменные печи комбината выдают природнолегированный чугун, который обладает высокой жароупорностью. Используют в виде литья, хотя большую часть отправляют на переделку в никелевую сталь; хром при выплавке стали из чугуна выгорает. Большие запасы хромитов располагаются на Кубе, в Югославии, во многих странах и Африки и Азии.

Применение

Любая аналитическая лаборатория имеет большую бутыль с темной жидкостью. Это и есть “хромовая смесь”, представляющая смесь насыщенного раствора бихромата калия с концентрированной серной кислотой. Нужна она зачем?

Пальцы человека содержат жировые загрязнения, которые переходят легко на стекло. Отложения хорошо смывает хромовая смесь, которая окисляет жир и удаляет его остатки. С ней обращаться следует осторожно. Капли хромовой смеси, попавшие на костюм, способны превратить его в решето: в смеси находятся два вещества – сильная кислота и сильный окислитель.

Признают древесину отличным строительным материалом. Достоинство ее в простоте обработки, имеет и недостатки – пожароопасность, подверженность разрушению бактериями, грибками, насекомыми. Сделать древесину можно более стойкой, обработав ее специальными растворами, содержащими обязательно хроматы и бихроматы плюс хлорид цинка, арсенат натрия, сульфат меди, другие вещества. Пропитка увеличивает стойкость древесины к воздействию грибков, насекомых, пламени.

В 1839 году произошло открытие, казавшееся не имевшим отношения к полиграфии. Установили, что бумага, пропитанная бихроматом натрия или калия, под ярким светом становится коричневой. Выяснили, что бихроматные покрытия на бумаге после воздействия света не растворяются в воде, а если смочить, приобретают синеватый оттенок. Этим знанием свойства воспользовались полиграфисты. Необходимый рисунок фотографировали на пластинку с коллоидным покрытием, в котором содержался бихромат. Засвеченные места не растворялись при промывке, а незасвеченные растворялись, так на пластине оставался рисунок, с которого можно было печатать.

В огранизме

Хром — один из биогенных элементов, входящий постоянно в состав тканей растений и животных. Хром принимает участие в обмене липидов, белков(входит в состав фермента трипсина), углеводов у животных. Закономерно, что снижение содержания в пище и крови хрома приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.

В чистом виде элемент хром довольно токсичен, а металлическая пыль хрома раздражает ткани легких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты, лезвия бритв хромируют для уменьшения раздражения кожи. Особо токсичны соединения хрома в степени окисления +6. Практически вся хромовая руда обрабатывается преобразованием в дихромат натрия. В 1985 году произвели около 136 000 тонн шестивалентного хрома. Триоксид хрома и различные соли — хроматы и дихроматы являются источниками шестивалентного хрома. Хром в степени +6 используется для производства текстильных красок, нержавеющих сталей, консервантов дерева, для хромирования.

Шестивалентный хром является признанным канцерогеном при вдыхании. При гальваническом хромировании или сварке нержавеющих сталей на своих рабочих местах сотрудники подвергаются воздействию шестивалентного хрома. Европейский союз на использование шестивалентного хрома накладывает ограничения директивой RoHS. Cr(VI) транспортируется в клетки человеческого организма с помощью сульфатного транспортного механизма благодаря своей близости к сульфатам и хроматам по структуре и заряду. Чаще встречающийся трехвалентный хром не транспортируется в клетки.

Внутри клетки Cr(VI) расщепляется к метастабильному пятивалентному хрому Cr(V), затем к трехвалентному хрому Cr(III). Трехвалентный хром, присоединяясь к протеинам, создает гаптены, стимулирующие иммунную реакцию. После их появления чувствительность к хрому не пропадает. В этом случае контакт с текстильными изделиями, окрашенными хромсодержащими красками или с кожей, обработанной хромом, может спровацировать раздражение кожи. Витамин C и другие агенты реагирующие с хроматами и образуют Cr(III) внутри клетки.

Продукты шестивалентного хрома носят генотоксичные канцерогены. Постоянное вдыхание соединений из шестивалентного хрома увеличивает риск заболеваний носоглотки и рака легких. Особенно уязвимы из-за большого количества тонких капилляров легкие. Механизм генотоксичности запускает пяти- и трехвалентный хром. В США предельно допустимая концентрация (ПДК) шестивалентного хрома в воздухе составляет 5 мкг/м³ (0,005 мг/м³). В России ПДК хрома (VI) существенно ниже — 1,5 мкг/м³ (0,0015 мг/м³).

Общепризнанным методом избежания шестивалентного хрома считается переход от технологий гальванического хромирования к газотермическому и вакуумному напылению. Фильм «Эрин Брокович» режиссера Стивена Содерберга, основанный на реальных событиях, рассказывает о судебном процессе, вызванном загрязнением окружающей среды шестивалентным хромом, в результате которого у людей развились серьезные заболевания.

В пище

мкг на 100 г

Устрицы 128

Креветки 26

Сушеный финик 29

Сухие груши 28

Фундук 12

Мука крупного помола 21

Зерно ячменя 13

Помидоры 20

Грибы 17

Брокколи 16

Кукуруза 9

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *