Исследование свойств хрома и его соединений icon

Исследование свойств хрома и его соединений



НазваниеИсследование свойств хрома и его соединений
Дата конвертации14.07.2012
Размер172,56 Kb.
ТипИсследование
Исследование свойств хрома и его соединений


Министерство образования Российской Федерации ГИМНАЗИЯ №1 Кафедра Химии ТВОРЧЕСКАЯ РАБОТА ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ХРОМА И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ Пояснительная записка Руководитель Г.И. Астахова Выполнил ученик 9 "В" классаБ.А.Кулаев Красноярск, 2001 г. СодержаниеСодержание 2Введение 31.Исторические сведения 42. Хром в природе 63. Свойства хрома. Теоретическая часть 7 3.1 Общие сведения 7 3.2 Физические свойства 8 3.4 Соединения хрома 12 3.4.1 Оксиды 12 3.4.2 Гидроксиды 13 3.4.3 Кислоты 13 3.4.4 Соли 144. Свойства хрома. Экспериментальная часть 14 4.1 Опыт №1. Получение оксида хрома (III) 14 4.2 Опыт №2. Исследование свойств оксида хрома (III) 15 4.3 Опыт №3.Окислительные свойства солей хрома (VI) 16 4.4 Опыт №4. Исследование свойств солей хрома (VI) 16 4.5 Опыт №5. Переход хромата в бихромат и обратно 17 4.6 Опыт №6. Получение малорастворимых солей хромовых кислот 17 4.7 Опыт №7. Получение гидроксида хрома 185. Применение хрома 18 5.1 Хромирование 20 5.2 Сплавы 226. Экологические проблемы 24Заключение 26Литература 27Приложение А 28 Введение Хром и его соединения активно используются в промышленном производстве,особенно в металлургии, химической, огнеупорной промышленности. Область егоприменения достаточно широка, поэтому углубленное изучение свойств хромаявляется необходимым дополнением к соответствующим разделам школьнойпрограмме по химии, тем более, что в учебнике этот материал, по-моему,незаслуженно отсутствует. Данная работа посвящена изучению основных физических и химическихсвойств хрома и его соединений, позволяет оценить важность этогохимического элемента. 1.Исторические сведения В 1766 году петербургский профессор химии И.Г.Леман описал новыйминерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах отЕкатеринбурга. Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец. Спустянесколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П.С.Паллас.«Березовские копи, - писал он, - состоят из четырех рудников, которыеразрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро исвинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал,который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Этасвинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари),тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этогоминерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. Приразмельчении в порошок она дает красивую желтую краску...». Минерал былназван «сибирским красным свинцом». Впоследствии за ним закрепилосьназвание «крокоит». Образец этого минерала был в конце XVIII века привезен Палласом вПариж. Крокоитом заинтересовался известный французский химик Луи НиколаВоклен. В 1796 году он подверг минерал химическому анализу. «Все образцыэтого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетахЕвропы, - писал Воклен в своем отчете, - были получены из этого(Березовского) золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этимминералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала вруднике истощились и теперь этот минерал покупают на вес золота, вособенности, если он желтый. Образцы минерала, не имеющие правильныхочертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их вживописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюсяна воздухе... Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая формасибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться егоприродой и местом, где он был найден; большой удельный вес и сопутствующаяему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца вэтом минерале...» В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит онпоместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опытаученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержаласькалиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутнойсоли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой сольюпоявлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор взеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарилфильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был оксид шестивалентногохрома) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокойтемпературы. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множествосерых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чемисходное вещество. Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзейВоклена предложил ему назвать элемент хромом (по-гречески «хрома» -окраска) из-за яркого разнообразного цвета его соединений. Сначала Вокленуне понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имелскромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но друзьявсе же сумели уговорить Воклена и, после того как французская Академия наукпо всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово«хром» в списки известных науке элементов. В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизомводных растворов хлорида хрома. В металлургии, где расход хрома длялегирования сталей очень велик, используют не сам хром, а его сплав сжелезом - феррохром. Впервые феррохром был получен в 1820 годувосстановлением смеси оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь. 2. Хром в природе Среднее содержание хрома в земной коре 83 г/т, по массе содержаниехрома в земной коре составляет 0,035%, в воде морей и океанов 2(10-5 мг/л.Мировые подтвержденные запасы хромовых руд составляют 1,8 млрд. т. Более60% сосредоточено в ЮАР. Крупными запасами обладают Зимбабве, КазахстанТурция, Индия, Бразилия. Руды хрома имеются в Новой Каледонии, на Кубе, вГреции, Югославии. В то же время такие промышленные страны, как Англия,Франция, ФРГ, Италия, Швеция, совершенно лишены хромового сырья, а США иКанада располагают лишь очень бедными рудами [1]. Запасы хромовых рудРоссии сосредоточены главным образом в группе Сарановских месторождений(Верблюжьегорское, Алапаевское, Халиловское и др.) на Урале (Пермскаяобласть) и составляют 6,4 млн. т. (0,36% от мировых запасов). Добыча хромовых руд в мире составляет около 12 млн. т. в год, в томчисле 108 тыс. т. в России. Главные производители товарной хромовой руды -ЮАР, Казахстан, на долю которых приходится более 60% добычи сырья ежегодно. В Красноярском крае месторождения хрома отсутствуют. Но на правомберегу р.Енисей, в устье р.Березовой (к югу от устья р. ПодкаменнаяТунгуска) есть рудопроявление с выходом пород 1,5(4 м, возраст породоценивается в 500 млн. лет. Содержание чистого хрома в руде порядка 42% . По содержанию Cr2O3 хромовые руды подразделяются на очень богатые(более 65%), богатые (65-52%), средние (52-45%), бедные (45-30%), убогие(30-10%). Руды, содержащие более 45% Cr2O3 не требуют обогащения.|Показатель |Донской ГОК |Сарановская |Рудопроявле|| |(Казахстан) |шахта |ние в || | |(Россия, |Красноярско|| | |Пермская обл.) |м крае ||Содержание | | | ||Cr2O3 в |46,6 |39,1 |62 ||исходной | | | ||руде, % | | | | 3. Свойства хрома. Теоретическая часть3.1 Общие сведенияХром Cr - химический элемент VI группы периодической системы Менделеева,атомный номер 24, атомная масса 51,996, радиус атома 0,0125, радиусы ионовCr2+ - 0,0084; Cr3+ - 0,0064; Cr4+ - 6,0056. Имеет четыре стабильныхизотопа с атомными массами 50, 52, 53, 54, распространенность которых вприроде составляет 4,35%, 83,79%, 9,50%, 2,36%. Обычно хром проявляетстепени окисления +2, +3, +6 (валентности II, III, VI соответственно) [4]. Рисунок 1- Структура атома хрома [pic] Рисунок 2-Распределение электронов по энергетическим уровням 3.2 Физические свойства Хром - твердый, довольно тяжелый, пластичный, ковкий металл серо-стального цвета, плавится при 1878(220С, кипит при 24690С [2]. Ничтожныепримеси кислорода, азота, углерода резко изменяют физические свойствахрома, в частности он становится хрупким. Получить хром без этих примесейочень трудно. Устойчив к коррозии на воздухе и в воде. Структура кристаллической решетки объемноцентрированная кубическая. Хром обладает всеми характерными свойствами металлов - хорошо проводиттепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет присущийбольшинству металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома: притемпературе около 37°С многие его физические свойства резко, скачкообразноменяются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигаетмаксимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так жевнезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения,термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут достоверно объяснить этуаномалию. Таблица 1- Физические свойства хрома|Параметр |Значение ||Плотность при 200C |7,19 г/см3 ||Температура плавления |1878(220С ||Температура кипения |2469-2480 0C ||Теплота парообразования |344,4 || |кДж/Моль ||Теплопроводность |93,7 Вт/(м(К)||Температурный коэффициент линейного |6,2(10-6 ||расширения | ||Удельное электрическое сопротивление |12,7(10-8Ом(м||Твердость по Бринеллю |687 МПа ||Удельная магнитная восприимчивость |+4,45(10-8м/к|| |г3 | 3.3 Химические свойства При небольших температурах хром химически мало активен (взаимодействуеттолько с фтором). Выше 6000C взаимодействует с галогенами, серой, азотом,кремнием, бором, углеродом, кислородом. Взаимодействие с кислородомпротекает сначала довольно активно, затем, однако, резко замедляется, таккак поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой,препятствующему дальнейшему окислению. Это явление называетсяпассивированием. При 12000C пленка начинает разрушаться, окисление сноваидет быстро. При 20000C хром воспламеняется в кислороде с образованиемтемно-зеленого оксида Cr2O3. Хром пассивируется холодными концентрированными H2SO4 и HNO3, однакопри сильном нагревании он растворяется в этих кислотах [3]: 2Cr + 6H2SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl и H2SO4). В этихслучаях в отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе - солиCr3+: Cr + 2HCl = CrCl2+ H2 4Cr + 12HCl +3O2 = 4CrCl3 + 6H2O Нерастворим в H3PO4, HClO4 благодаря образованию защитной пленки.Таблица 2- Основные химические реакции чистого хрома|Хром реагирует ||0…600 0С |600…1200 0С |1200…2000 0С ||со фтором |с галогенами: |1. с ||2Cr0 + 3F20 = |2Cr0 + 3Cl20 [pic] |кислородом: ||2Cr+3F3- |2Cr+3Cl3- |4Cr + 3O2 || | |[pic] 2Cr2O3 || |с серой: | || |2Cr0 + 3S0 [pic] Cr2+2S3-2| || |с азотом: | || |2Cr0+ N20[pic] 2Cr+3N-3 | || |4. с кремнием: | || |4Cr0 + 3Si0 [pic] | || |Cr4+3Si3-4 | || |5. с бором | || |Cr0 + B0 [pic] Cr+3B-3 | || |6. с углеродом | || |4Cr0 + 3С0 [pic]Cr4+3C3-4 | || |7. с кислородом: | || |4Cr0 + 3O20 = 2Cr2+3O3-2 | || |8. с серной кислотой: | || |2Cr0 + 6H2+SO4-2 = | || |Cr2+3(SO4)3-2 + 3S-2O2 | || |+6H2O | | 3.4 Соединения хрома3.4.1 Оксиды Оксид хрома (II) CrO (основной) - сильный восстановитель, чрезвычайнонеустойчив в присутствии влаги и кислорода. Практического значения неимеет. Оксид хрома (III) Cr2O3 (амфотерный) устойчив на воздухе и в растворах. Cr2O3 + H2SO4 = Cr2(SO4)3 + H2O Cr2O3 + 2NaOH = Na2CrO4 + H2O Образуется при нагревании некоторых соединений хрома (VI), например: 4CrO3[pic] 2Cr2O3 + 3О2 (NH4)2Cr2O7 [pic] Cr2O3 + N2 + 4H2O 4Cr + 3O2 [pic] 2Cr2O3 Оксид хрома (III) используется для восстановления металлического хроманевысокой чистоты с помощью алюминия (алюминотермия) или кремния(силикотермия): Cr2O3 +2Al = Al2O3 +2Cr 2Cr2O3 + 3Si = 3SiO3 + 4Cr Оксид хрома (VI) CrO3 (кислотный) - темно малиновые игольчатыекристаллы. Получают действием избытка концентрированной H2SO4 на насыщенныйводный раствор бихромата калия: K2Cr2O7 + 2H2SO4 = 2CrO3 + 2KHSO4 + H2O Оксид хрома (VI) - сильный окислитель, одно из самых токсичныхсоединений хрома. При растворении CrO3 в воде образуется хромовая кислота H2CrO4 CrO3 + H2O = H2CrO4 Кислотный оксид хрома, реагируя со щелочами, образует желтые хроматыCrO42-. CrO3 + 2KOH = K2CrO4 + H2O3.4.2 Гидроксиды Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь какв кислотах (ведет себя как основание): 2Cr(OH)3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 6H2O так и в щелочах (ведет себя как кислота): Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4] Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O При прокаливании гидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III)Cr2O3. 2Cr(OH)3 [pic] Cr2O3 + 3H2O Нерастворим в воде.3.4.3 Кислоты Кислоты хрома, отвечающие его степени окисления +6 и различающиесясоотношением числа молекул CrO3 и H2O, существуют только в виде растворов.При растворении кислотного оксида CrO3, образуется монохромовая кислота(просто хромовая) H2CrO4. CrO3 + H2O = H2CrO4 Подкисление раствора или увеличение в нем CrO3 приводит к кислотамобщей формулы nCrO3 H2O при n=2, 3, 4 это, соответственно, ди, три,тетрохромовые кислоты. Самая сильная из них - дихромовая, то есть H2Cr2O7.Хромовые кислоты и их соли- сильные окислители и ядовиты.3.4.4 Соли Различают два вида солей: хромиты и хроматы Хромитами с общей формулой RCrO2 называются соли хромистой кислотыHCrO2. Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O Хромиты обладают различной окраской - от темно коричневой до совершенночерной и обычно встречаются в виде сплошных массивов. Хромит мягче многихдругих минералов, температура плавления хромита зависит от его состава 1545-17300С. Хромит имеет металлический блеск и почти нерастворим в кислотах. Хроматы - соли хромовых кислот. Соли монохромовой кислоты H2CrO4называют монохроматами (хроматы) R2CrO4, соли дихромовой кислоты H2Cr2O7дихроматы (бихроматы) - R2Cr2O7. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет.Они устойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются воранжево-красные бихроматы: 2Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 4. Свойства хрома. Экспериментальная часть4.1 Опыт №1. Получение оксида хрома (III) Приборы и реактивы: асбестированная сетка; спички; бихромат аммония(NH4)2Cr2O7 (измельченный). Выполнение опыта. Расстилаю большой лист бумаги, на который кладуасбестированную сетку. Тонко измельченный бихромат аммония насыпаю в видегорки. До бихромата аммония дотрагиваюсь зажженной спичкой. Начинается разложение бихромата, которое протекает с выделением тепла ипостепенно захватывает все большие и большие количества соли. В концереакция идет все более бурно - появляются искры, пламя, летит рыхлый илегкий пепел - типичное извержение вулкана в миниатюре. Образовалосьбольшое количество рыхлого темно-зеленого вещества. Вывод: оксид хрома (III) Cr2O3 получается путем нагревания бихроматааммония: (NH4)2Cr2O7[pic]Cr2O3+N2+4H2O4.2 Опыт №2. Исследование свойств оксида хрома (III) Приборы и реактивы: колба; вода H2O; оксид хрома (III) Cr2O3; сернаякислота Выполнение опыта. Добавляю полученный зеленый порошок оксида хрома(III) сначала в колбу с водой Cr2O3 + 3H2O = 2Cr(OH)3 затем в колбу с серной кислотой Cr2O3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3H2O Наблюдаю растворение оксида в обоих колбах. Вывод: Оксид хрома растворяется в воде и в кислотах.4.3 Опыт №3.Окислительные свойства солей хрома (VI) Приборы и реактивы: раствор бихромата калия K2Cr2O7; раствор сульфитанатрия Na2SO3; серная кислота H2SO4. Выполнение опыта. К раствору K2Cr2O7, подкисленному серной кислотой,добавляю раствор Na2SO4. Наблюдаю изменения окраски. Оранжевый раствор стал зелено- фиолетовым. Вывод: В кислой среде хром восстанавливается сульфитом натрия от хрома(VI) до хрома (III): K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4H2O4.4 Опыт №4. Исследование свойств солей хрома (VI) Приборы и реактивы: концентрированный раствор бихромата калия K2Cr2O7;концентрированная соляная кислота HCl Выполнение опыта. К концентрированному раствору бихромата калия K2Cr2O7добавляю концентрированную соляную кислоту HCl. При нагревании наблюдаетсявыделение резкого хлорного запаха, от которого жжет нос и горло. Вывод: Так как все соединения хрома (VI) являются сильнымиокислителями, то при реакции с соляной кислотой: K2Cr2O7 + 14HCl [pic] 3Cl2( + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O происходит восстановление хлора: 2Cl- -2[pic]Cl204.5 Опыт №5. Переход хромата в бихромат и обратно Приборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор бихроматакалия K2Cr2O7, серная кислота, гидроксид натрия. Выполнение опыта. К раствору хромата калия добавляю серную кислоту, врезультате происходит изменение окраски раствора из желтого в оранжевый. 2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O К раствору бихромата калия добавляю щелочь, в результате происходитизменение окраски раствора из оранжевого в желтый. K2Cr2O7 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 2KOH + H2O Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы, ион CrO42- желтого цветапревращается в ион Cr2O72- оранжевого цвета, а в щелочной среде этареакция протекает в обратном направлении 2CrO42- + 2H+ кислая среда((щелочная среда Cr2O72- + H2O.4.6 Опыт №6. Получение малорастворимых солей хромовых кислот Приборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор бихроматакалия K2Cr2O7, раствор нитрата серебра AgNO3. Выполнение опыта. Наливаю в одну пробирку раствор хромата калия, вдругую - раствор бихромата калия, и добавляю в обе пробирки раствор нитратасеребра, в обоих случаях наблюдаю образование красно-бурого осадка. K2CrO4 + 2AgNO3= Ag2CrO4( + 2KNO3 K2Cr2O7 + AgNO3 ( Ag2CrO4(+ KNO3 Вывод: Растворимые соли хрома при взаимодействии с нитратом серебраобразуют нерастворимый осадок4.7 Опыт №7. Получение гидроксида хрома Приборы и реактивы: раствор соли хрома (III) CrCl3, едкий натр(гидроксид натрия) NaOH. Выполнение опыта. В пробирку с раствором хлорида хрома (III) по каплямдобавляю раствор едкого натра до образования серо-зеленого осадка. Вывод: Гидроксид хрома Cr(OH)3 получается при действии на сольтрехвалентного хрома щелочью: CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3( + 3NaCl 5. Применение хрома Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня наферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома иметаллического хрома. Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовленияогнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпичхимически пассивен, устойчив при температурах выше 22000С, хорошовыдерживает резкие колебания температур. Магнезитохромитовый кирпич -отличный огнеупорный материал для футеровки (защитной внутренней облицовки)мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Своды изхромомагнезитового кирпича выдерживают вдвое больше плавок, чем своды изупорного кварцевого материала. Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, атакже хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающегоей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют «хромом», а сапоги изнее «хромовыми». Растворимые в воде хроматы натрия и калия применяются втекстильном и кожевенном производстве, как консерванты древесины (ониуничтожают древесные грибки). Хромовая смесь - сернокислый раствор бихромата калия или натрияиспользуется для мытья химической посуды в лабораториях. Наиболее частоприменяется раствор содержащей по массе приблизительно 12 частей K2Cr2O7,70 частей воды и 22 части H2SO4. Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие впроизводстве красителей для стекольной, керамической, текстильнойпромышленности. Нерастворимые хроматы некоторых металлов (PbCrO4, ZnCrO4,SrCrO4) - прекрасные художественные краски. Богатством оттенков - от розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи пофарфору. В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза.Технология получения искусственного рубина заключается в следующем: в оксидалюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксида хрома (III), - ему-то иобязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубиныценятся не только за свои «внешние данные»: рожденный с их помощью лазерныйлуч способен буквально творить чудеса. Оксид хрома (III) позволил тракторостроителям значительно сократитьсроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой всетрущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольнодолго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов.Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливнуюприсадку, в состав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действияприсадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивныечастицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндрови других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируютшероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетаниис новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительностьобкатки. Замена в рабочем слое магнитофонной пленки оксида железа на частицыоксида хрома (III) позволила резко улучшить качество звучания, пленка сталанадежнее в работе. Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов иметаллические покрытия - всюду хром оказывается «при деле». О хромовыхпокрытиях следует рассказать подробнее. 5.1 Хромирование Давно было замечено, что хром не только отличается большой твердостью(в этом отношении у него нет конкурентов среди металлов), но и хорошосопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами. Тонкийслой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхностьизделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин ипрочих «травм». Однако хромовые покрытия оказались пористыми, легкоотслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд. Почти три четверти века бились ученые над проблемой хромирования, илишь в 20-х годах прошлого столетия проблема была решена. Причина неудачзаключалась в том, что используемый при этом электролит содержалтрехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот егошестивалентному «собрату» такая задача оказалась по плечу. С этого временив качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в нейвалентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий (например, нанекоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов) составляетдо 0,1 миллиметра. Но иногда хромовое покрытие используют в декоративныхцелях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, неподвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносяттончайший слой хрома (0,0002-0,0005 миллиметра). Литовские химики разработали способ создания многослойной «кольчуги»для особо ответственных деталей. Тончайший верхний слой этого покрытия (подмикроскопом его поверхность и в самом деле напоминает кольчугу) состоит изхрома: в процессе службы он первым «принимает огонь на себя», но пока хромокисляется, проходят многие годы. Тем временем деталь спокойно несет своюответственную службу. Хромированию подвергаются не только металлические детали, но и изделияиз пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер -полистирол, «одетый» в хром, стал прочнее, для него оказались менеестрашными такие известные «враги» конструкционных материалов, какистирание, изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей. Существует и другой способ хромирования - диффузионный, протекающий нев гальванических ваннах, а в печах. Первоначально стальную деталь помещалив порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высокихтемператур. При этом на поверхности детали появлялся обогащенный хромомслой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящийсталь, из которой сделана деталь. Но при температуре примерно 1000°Схромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхности покрываемогометалла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь. Пришлосьподыскивать другой носитель хрома; вместо порошка для этой цели началииспользовать летучие галоидные соли хрома - хлорид или иодид, что позволилоснизить температуру процесса. Хлорид (или иодид) хрома получаютнепосредственно в установке для хромирования, пропуская парысоответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром илиферрохром. Образующийся газообразный хлорид обволакивает хромируемоеизделие, и поверхностный слой насыщается хромом. Такое покрытие гораздопрочнее связано с основным материалом, чем гальваническое. 5.2 Сплавы Семейство хромовых сплавов весьма многочисленно. Таблица 3- Основные хромовые сплавы|Названи|Хром |Железо|Никель|Алюминий|Кобаль|Вольфрам||е |Cr | | | |т | || | |Fe |Ni |Al |Co |W ||Феррохр|65% |35 % | | | | ||ом | | | | | | ||Нихром |15-30%| |70-85%| | | ||Хромаль|17-30%|64-79%| |4-6% | | ||Стеллит|20-25%|1-3% | | |45-60%|5-29% | Феррохром - сплав хрома с железом, вводимый в жидкую сталь для еелегирования. Вводить хром в чистом виде в сталь очень затруднительно - онмедленно растворяются в жидком металле, так как температуры его плавлениявыше, чем у стали. У феррохрома же температура плавления такая же, как устали, или ниже. Нихромы и хромали, устойчивы в интервале 1000-13000C, обладают высокимэлектросопротивлением, используются для изготовления нагревателей вэлектрических печах сопротивления. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлуспособность переносить большие нагрузки при 650-900° С. Из этих сплавовделают, например, лопатки газовых турбин. Стеллит очень твердый сплав, стоек против износа и коррозии;применяется в металлообрабатывающей промышленности, для изготовлениярежущих инструментов. Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена безвреден длячеловеческого организма и поэтому используется в восстановительнойхирургии. Хром входит в состав очень многих марок сталей. «Нержавейка» - сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению,содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Но этой стали углеродвреден: карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большиеколичества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границахзерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойкообороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углеродав нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1%). При высоких температурах сталь может покрываться «чешуей» окалины. Внекоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, изкоторой сделаны эти детали, не «страдала» окалинообразованием, в нее вводят25-30% хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000°С. Хромолибденовые стали используются для создания фюзеляжей самолетов. 6. Экологические проблемы (Влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на окружающую среду) Хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организмсолей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки, иногдас образованием язв. Поражают они главным образом верхние дыхательные пути,легкие и глаза. Оксиды хрома менее токсичны, чем чистый металл. Таблица 4-Предельно допустимые концентрации оксидов хрома| |CrO3 |Cr2O3 ||Разовая в воздухе населенных мест, |0,01 |1,0 ||мг/м3 | | ||Суточная в воздухе населенных мест |0,0015 |- ||мг/м3 | | ||В воде для хозяйственно-питьевого и |0,1 |1,0 ||культурно-бытового водоснабжения, | | ||мг/л | | ||В воде для рыбохозяйственных целей, |0,1 |0,5 ||мг/л | | | При проведении геологоразведочных работ на хромовые руды не требуютсяспециальные меры по защите окружающей среды. При добыче хромовых руд дляисключения попадания рудной пыли в воздух населенных пунктов следуетвыполнять ряд условий: соблюдение определенного расстояния от населенныхпунктов, орошение дорог в карьерах и в складах добытой руды. Наиболее значительное нарушение окружающей среды связано с переработкойхромового сырья, при котором в воздух попадает значительное количество пылипри сухом долблении и сортировке. При мокром обогащении сточные водынуждаются в отчистке от хрома, его оксидов, что исключает сброс сточных водв водоемы и требует строительства экранированных шламохранилищ. Заключение В данной работе рассмотрены основные вопросы изучения свойств хрома-химического элемента VI группы периодической системы Менделеева. В первых двух разделах реферата кратко изложены факты открытия идальнейшего использования хрома, указана особенность распространения хромав природных месторождениях: хром никогда не встречается в несвязанномсостоянии. Далее рассмотрены физические свойства хрома. Отмечены аномальныеизменения физических свойств хрома при температуре 370С. Основные разделы реферата посвящены изучению химических свойств хрома иего соединений. Отмечены малая химическая активность хрома, сильныеокислительные свойства и высокая токсичность его соединений. Отдельный раздел посвящен экспериментальному исследованию свойствосновных практически значимых соединений хрома - оксидов, гидроксидов исолей. Все опыты подтверждены соответствующими химическими реакциями.Результаты экспериментов могут быть использованы при формированиилабораторного практикума по разделу "Металлы" курса химии школьнойпрограммы. Также в реферате рассмотрены вопросы промышленного применения хрома иэкологические проблемы его добычи и переработки. Литература1. Лисицын А.Е., Остапенко П.Е. Минеральное сырье. Хром // Справочник. - М.: ЗАО Геоинформмарк, 1999. - 25 с.2. Салли А., Брендз Э. Хром.- Изд. 2-е переработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971.- 360 с.3. Химия. Решение задач: учеб. пособие для уч. сред. и ст. шк. возраста/ Авт.- сост. А.Е.Хасанов. - Мн.: Современный литератор, 1999. -448 с.4. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника/ Гл. ред. И.П.Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.5. Энциклопедический словарь юного химика/ Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо.- М.: Педагогика, 1982.- 368 с. Приложение А (справочное) Таблица А.1-Важнейшие природные соединения хрома|Название минерала|Химическая формула ||Хромистый |FeO*Cr2O3 или FeCr2O4 ||железняк | ||Магнезиохромит |MgO*Cr2O3 или MgCr2O4 ||Алюмохромит |FеО*(Аl,Сr)2O3 или Fe(Al,Cr)2O4 ||Пикотит |(Mg,Fe)(Al,Сr,Fе)2O3, или || |(Mg,Fe)O*(AI,Сr,Fе)2О3 ||Хромитит |(Fe*Al)2O3*2Cr2O3 ||Добреслит |FeS*Cr2S3 ||Крокоит |PbCrO4 ||Вокеленит |2(Pb*Cu)CrO4(Pb*Cu)3(PO4)2 ||Феницит |3PbO*2Cr2O3 ||Березовит |(PbO)2*(PbCrO4)PbCrO3 | Таблица А.2-Свойства оксидов хрома|валентност|обозначени|свойства ||ь |е | ||II |CrO |основной |восстановитель ||III |Cr2O3 |амфотерный | ||VI |CrO3 |кислотный |окислитель |[pic] Рисунок А.1- Структура применения хрома по отраслям промышленности




Нажми чтобы узнать.

Похожие:

Исследование свойств хрома и его соединений iconИсследование его свойств
Получение карбосилицида титана, исследование его свойств
Исследование свойств хрома и его соединений iconТворческая работа
Область его применения достаточно широка, поэтому углубленное изучение свойств хрома является необходимым дополнением к соответствующим...
Исследование свойств хрома и его соединений iconТема урока: «Закономерности изменения свойств химических соединений в зависимости от строения»
Обобщить и углубить знания учащихся в составе, строении, свойствах оксидов, гидроксидов, водородных соединений, элементов малых периодов...
Исследование свойств хрома и его соединений iconПодгруппа хрома
По содержанию в земной коре хром (6103 %), молибден (3104 %) и вольфрам (6104 %) относятся к довольно распространенным элементам....
Исследование свойств хрома и его соединений iconИсследование кислотно-основных свойств органических соединений
Иными словами, криптанд моделировал первую сольватационную сферу иона, не позволял аниону близко подойти к катиону и образовать контактную...
Исследование свойств хрома и его соединений iconЭкспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов
Цель работы: определение диэлектрической проницаемости и поляризационных характеристик различных диэлектриков, изучение электрических...
Исследование свойств хрома и его соединений iconПояснительная записка Дисциплина «Избранные главы неорганической химии»
Сдм. Общий объём часов составляет 84 часа, аудиторной нагрузки – 20 часов. На самостоятельную работу отводится 62 часа и 2 часа на...
Исследование свойств хрома и его соединений iconОписание дисциплины
В курсе «Неорганическая химия» изучаются физические и химические свойства простых веществ и соединений элементов главных и побочных...
Исследование свойств хрома и его соединений iconФотохимический синтез и исследования фотофизических и фотохромных свойств новых фосфорорганических соединений
Целью исследований является синтез новых фосфорорганических соединений, которые обладают физиологической активностью, а также широко...
Исследование свойств хрома и его соединений iconРасчетно-графическая работа №1: «Исследование свойств разветвлённой цепи постоянного тока»
Преобразуем исходную схему (рис. 1). Вольтметр будем считать идеальным, значит, его сопротивление бесконечно и его можно убрать из...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы