Хром: свойства и применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Технический Университет Связи и Информатики

Реферат по материаловедению

на тему

Хром: свойства и применение

Москва 2011

Содержание

Введение

1. Хром и его свойства

2. Получение хрома

3. Применение хрома

4. Влияние хрома на окружающую среду

Заключение

Список использованной литературы

Введение

хром металлический гальванический покрытие

Хром - один из самых твердых металлов. Обладает высокой химической стойкостью. Один из важнейших металлов, используемых в производстве легированных сталей. Большинство соединений хрома имеет яркую окраску, причем самых разных цветов. За эту особенность элемент и был назван хромом, что в переводе с греческого означает «краска».

Хром - белый, с синеватым оттенком металл. Он имеет высокую коррозионную стойкость.

Твердый металл серо-стального цвета. На воздухе не окисляется. Хром является основным элементом нержавеющих сталей. Не вполне подходит для чеканки монет, но используется для покрытия (plating) монет из стали для увеличения износоустойчивости.

Температура плавления хрома зависит от его чистоты. Многие исследователи пытались ее определить и получили значения от 1513 до 1920°C. Такой большой «разброс» объясняется прежде всего количеством и составом содержащихся в хроме примесей. Сейчас считают, что хром плавится при температуре около 1875°C. Температура кипения 2199°C. Плотность хрома меньше, чем железа; она равна 7,19.

1. Хром и его свойства

Хром обладает всеми свойствами металла - хорошо проводит тепло и электрический ток, имеет характерный металлический блеск. Главная особенность хрома - его устойчивость к действию кислот и кислорода.

Залежи хромовых руд есть во многих местах. Наша страна обладает огромными запасами хромитов. Одно из самых больших месторождений находится в Казахстане, в районе Актюбинска; оно открыто в 1936 г.

В годы войны на базе этого месторождения был построен Актюбинский ферросплавный завод, который впоследствии стал крупнейшим предприятием по выпуску феррохрома и хрома всех марок.

Значительные запасы хромовых руд есть и на Урале.

Здесь расположено большое число месторождений этого металла: Сарановское, Верблюжьегорское, Алапаевское, Монетная дача, Халиловское и др. По разведанным запасам хромистых руд Россия занимает ведущее место в мире.

Руды хрома имеются в Турции, Индии, Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии, некоторых странах Африки. В то же время такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, Норвегия, совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь очень бедными рудами, практически не пригодными для производства феррохрома. Всего же на долю хрома приходится 0,02% земной коры.

2. Получение хрома

Основной минерал, из которого промышленность получает хром, - это хромовая шпинель переменного состава с общей формулой (Mg, Fe) О · (Сr, Al, Fе)₂O₃. Хромовая руда носит название хромитов или хромистого железняка (потому, что почти всегда содержит и железо).

Хромиты идут большей частью на выплавку феррохрома. Это - один из самых важных ферросплавов, абсолютно необходимый для массового производства легированных сталей.

Ферросплавы - сплавы железа с другими элементами, применяемыми главным обрядом для легирования и раскисления стали. Феррохром содержит не менее 60% Cr.

Хромистый железняк [Fe(CrO₂)₂] является «иповной рудой для получения хрома. Извлечение металлического хрома производится путем восстановления его при плавке.

В промышленности получают чистый хром и сплав его с железом - феррохром. Феррохром получают при восстановлении хромистого железняка углем:

Чистый хром получают восстановлением оксида хрома методом алюминотермии:

Получение чистого хрома - дорогой и трудоемкий процесс. Поэтому для легирования стали применяют главным образом феррохром, который получают в дуговых электропечах непосредственно из хромита. Восстановителем служит кокс. Содержание окиси хрома в хромите должно быть не ниже 48%, а отношениеCr: Fe не менее 3: 1.

Полученный в электропечи феррохром обычно содержит до 80% хрома и 4...7% углерода (остальное - железо).

В промышленных масштабах чистый металлический хром производят электролитическим и алюмотермическим способами. Общий объем мирового потребления чистого хрома составляет около 15 тыс. тонн. Доля производства электролитического хрома - около 5000 тонн. Распределение хрома по областям конечного использования имеет следующий вид: суперсплавы (жаропрочные сплавы) - 44%, алюминиевые сплавы - 16%, сварочные (наплавочные) материалы-15%, короззионностойкие сплавы - 9%, распыляемые мишени для технологий тонких пленок и др. - 16%.

Алюмотермический хром стандартной чистоты содержит повышенное содержание железа, алюминия, углерода, кислорода и азота. Несколько ниже содержание этих примесей в алюмотермическом хроме двойной дегазации. Электролитический хром чистотой производят электролизом путем осаждения на катодах из растворов соединений трех или шести валентного хрома.

Хром изготовляют дробленным в кусках массой не более 10 кг. Поставляется в стальных барабанах по 250 кг. Поверхность кусков не имеет резко выраженных включений шлака, огнеупоров и других инородных материалов. Плотность 7,53 г/см3; температура плавления 1830-1870°С.

Из хромита получают и элементарный, металлический хром. Производство технически чистого хрома (97...99%) основано на методе алюминотермии, открытом еще в 1865 г. известным русским химиком Н.Н. Бекетовым. Сущность метода - в восстановлении окислов алюминием, реакция сопровождается значительным выделением тепла.

Но предварительно надо получить чистую окись хрома Сr₂О₃. Для этого тонко измельченный хромит смешивают с содой и добавляют к этой смеси известняк или окись железа. Вся масса обжигается, причем образуется хромат натрия:

2Сr₂О₃ + 4Na₂CO₃ + 3О₂ > 4Na₂CrO₄ + 4CO₂.

Затем хромат натрия выщелачивают из обожженной массы водой; щелок фильтруют, упаривают и обрабатывают кислотой. В результате получается бихромат натрия Na₂Cr₂O₇. Восстанавливая его серой или углеродом при нагревании, получают зеленую окись хрома.

Металлический хром можно получить, если чистую окись хрома смешать с порошком алюминия, нагреть эту смесь в тигле до 500...600°C и поджечь с помощью перекиси бария, Алюминий отнимает у окиси хрома кислород. Эта реакция Сr₂О₃ + 2Аl > Аl₂O₃ + 2Сr - основа промышленного (алюминотермического) способа получения хрома, хотя, конечно, заводская технология значительно сложнее. Хром, полученный алюминотермически, содержит алюминия и железа десятые доли процента, а кремния, углерода и серы - сотые доли процента.

Используют также силикотермический способ получения технически чистого хрома. В этом случае хром из окиси восстанавливается кремнием по реакции

2Сr₂О₃ + 3Si > 3SiO₂ + 4Сr.

Эта реакция происходит в дуговых печах. Для связывания кремнезема в шихту добавляют известняк. Чистота силикотермического хрома примерно такая же, как и алюминотермического, хотя, разумеется, содержание в нем кремния несколько выше, а алюминия несколько ниже. Для получения хрома пытались применить и другие восстановители - углерод, водород, магний. Однако эти способы не получили широкого распространения.

Хром высокой степени чистоты (примерно 99,8%) получают электролитически.

Технически чистый и электролитический хром идет главным образом на производство сложных хромовых сплавов.

3. Применение хрома

Давно было замечено, что хром не только отличается большой твердостью (в этом отношении у него нет конкурентов среди металлов), но и хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами. Тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и прочих «травм». Однако хромовые покрытия оказались пористыми, легко отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд.

Хром - важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.

Хром применяется для получения различных сортов специальных сталей в изготовлении стволов огнестрельных орудий (от ружейных до пушечных), броневых плит, несгораемых шкафов и т. д. Стали, содержащие более 13 % хрома, почти не ржавеют и применяются для изготовления подводных частей кораблей, в частности, для постройки корпусов подводных лодок.

Хром широко применяется для хромирования изделий. Хромирование осуществляется электролитическим путем. Несмотря на то, что толщина наносимых пленок часто не превышает 0,005 мм, хромированные изделия становятся устойчивыми к внешним воздействиям (влаге, воздуху) и не ржавеют.

Из соединений хрома изготавливаются хромистые кирпичи - хромомагнезиты, применяемые в рабочем пространстве металлургических печей и других металлургических устройствах и сооружениях.

«Нержавейка»-сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Но этой стали углерод вреден: карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большие количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1%).

При высоких температурах сталь может покрываться «чешуей» окалины. В некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не «страдала» окалинообразованием, в нее вводят 25-30% хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000°С!

В качестве нагревательных элементов успешно служат сплавы хрома с никелем - нихромы. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при 650-900° С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин. Сплав кобальта, молибдена и хрома («комохром») безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии.

Одна из американских фирм недавно создала новые материалы, магнитные свойства которых изменяются под влиянием температуры. Эти материалы, основу которых составляют соединения марганца, хрома и сурьмы, по мнению ученых, найдут применение в различных автоматических устройствах, чувствительных к колебаниям температуры, и смогут заменить более дорогие термоэлементы.

Хромиты широко используют и в огнеупорной промышленности. Магнезитохромитовый кирпич-отличный огнеупорный материал для футеровки мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Этот материал обладает высокой термостойкостью, ему не страшны многократные резкие изменения температуры.

Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют «хромом», а сапоги из нее «хромовыми».

Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной промышленности.

Окись хрома позволила тракторостроителям значительно сократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошла окись хрома. Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы окиси хрома, которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.

Хромовые сплавы весьма многочисленны.

Приведем основные из них в виде таблицы 1:

Таблица 1

Название	Хром Cr	Никель Ni	Кобальт Co	Алюминий Al	Железо Fe	Вольфрам W
Феррохром	65%				35 %
Хромаль	17-30%			4-6%	64-79%
Стеллит	20-25%		45-60%		1-3%	5-29%
Нихром	15-30%	70-85%

Феррохром в идеале - это чистый сплав хрома с железом.

Хром в таком сплаве вводится в жидкую сталь для ее легирования. Однако, температура плавления хрома выше, чем у стали и вводить его в сталь в чистом виде весьма затруднительно.

У феррохрома же температура плавления такая же, как у стали, или ниже.

Стеллит - сплав хрома и кобальта. Применяется в металлообрабатывающей промышленности. Его хорошо использовать для изготовления режущих инструментов. Это очень твердый сплав.

Стоек против износа и коррозии.

Хромали и нихромы используются в основном в приборостроении, в частности, для изготовления нагревателей в электрических печах сопротивления, т.к. весьма устойчивы в температурном интервале 1000-1300 ⁰ C и обладают высоким электросопротивлением.

Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена. Используется в медицине, в восстановительной хирургии. Этот сплав безвреден для человеческого организма.

Вообще, добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена позволяет металлу переносить большие нагрузки при 650-900° С.

Всем известна сталь с добавлением хрома и никеля - “нержавейка”. Эта сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Содержание углерода в такой стали допускается не более 0,1%.

Чтобы при высоких температурах сталь ложилась гладко и не покрывалась “чешуей”, когда детали нагреваются до сотен градусов, в нее вводят 25-30% хрома. Такой прием позволяет стали выдерживает температуры до 1000°С.

Широкое применение хром находит в промышленности для получения различных антикоррозийных сплавов, для покрытия металлических изделий тонкой хромовой оболочкой (хромирование). В ряде случаев применяют хром для покрытия несъемных стальных протезов и других конструкций для защиты от коррозии. Хром придает стали большую твердость, высокую антикоррозийность. Окись хрома Cr₂O₃ используют для приготовления полировочных паст, применяемых для полировки металлических частей протезов.

Хром широко используется, как добавочный материал к металлам, для получения высококачественной стали, подшипников и др. данный процесс называется хромированием.

Хромистые стали не являются дефицитными в отношении легирования материалами и находят широкое применение для изготовления различного рода техники, работающей при высоких давлении и температуре в условиях воздействия агрессивных сред.

Легирование хромом не только обеспечивает коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, но и определяет их структуру, механические свойства, жаропрочность, технологические свойства. Образуя с железом непрерывный ряд твердых растворов при концентрациях до 12 %, хром затем способствует замыканию г-области, что является основной причиной формирования в хромистых сталях различной структуры и многообразия их свойств.

Хром эффективно повышает коррозионную стойкость сталей при концентрациях >12 %. Поэтому менее легированные хромистые стали применяют в основном как конструкционный материал для высоконагруженного энергетического и нефтехимического оборудования. Из сталей с ?13 % Сг изготовляют оборудование для работы в агрессивных жидких и газовых средах (морской воде, кислотах, продуктах сгорания топлива и т.п.). Обладая высокой коррозионной стойкостью, высоколегированные хромистые стали ферритного класса не пригодны для оборудования, работающего в условиях высокотемпературной ползучести. Это связано с низкой жаропрочностью, обусловленной ферритной структурой высокохромистых сталей.

В соответствии с ГОСТ 5632-72 высоколегированные стали подразделяются на группы: коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные.

В зависимости от структуры хромистые стали могут быть отнесены к различным классам: мартенситному, мартенситно-ферритному, ферритному, аустенитно-мартенситному и аустенитно-ферритному.

Нержавеющая сталь, применяемая в ортопедической стоматологии - многокомпонентный сплав. В него входят железо, хром, никель, углерод, титан и ряд других добавок. Главным компонентом, обеспечивающим коррозионную устойчивость сплава, является хром. Его содержится в сплаве 17-19%. Минимальное содержание хрома, обеспечивающее коррозионную стойкость сплава, должно быть не меньше 12-13%.

«Нержавейка»-сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Но этой стали углерод вреден: карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большие количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1%).

При высоких температурах сталь может покрываться «чешуей» окалины. В некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не «страдала» окалинообразованием, в нее вводят 25-30% хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000°С!

Нержавеющая сталь - сложнолегированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.

Основной легирующий элемент нержавеющей стали - хром Cr (12-20 %); помимо хрома, нержавеющая сталь содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (С, Si, Mn, S, Р), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (Ni, Mn, Ti, Nb, Co, Mo).

Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % - коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.

Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.

Ферритные стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроениии.

Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся, стали 400 серии.

Карбидообразующие элементы (вольфрам, ванадий, хром) способствуют образованию устойчивого против распада, т.е. красностойкого мартенсита.

Благодаря этому высокая твердость стали сохраняется до температур 450-550°, в то время как в углеродистой стали мартенсит начинает распадаться с температуры 200-250°, что вызывает снижение твердости стали.

Высокая красностойкость является весьма ценным свойством для инструментальной стали. Инструмент в процессе резания нагревается, и если сталь не красноcтойка, то она теряет свою твердость и режущие свойства. Поэтому вольфрам, ванадий, хром широко используют в инструментальных сталях.

Распад мартенсита в таких сталях при 450-550° сопровождается выделением легированных карбидов, вызывающих замедление падения твердости, а иногда и увеличение ее.

Лишь при температурах 650- 700°, когда легированные карбиды сильно увеличиваются в размерах, происходит снижение твердости и прочности. Увеличение твердости в пределах температур 450-550° за счет выделения карбидов называется вторичной твердостью.

Легированный остаточный аустенит обладает большой устойчивостью, и npeвращение его в мартенсит происходит при значительно более высоких температурах отпуска, чем в углеродистой стали.

Так, в быстрорежущей стали, легированной хромом, вольфрамом, ванадием, превращение остаточного аустенита происходит лишь при температуре отпуска 550-575°.

Это превращение состоит в частичном выделении легирующих элементов в виде карбидов во время выдержки при отпуске и в превращении обедненного остаточного аустенита в мартенсит при охлаждении на воздухе.

Такое превращение вызывает повышение твердости и называется вторичной закалкой стали.

Не секрет что многие потребительские свойства банных печей сильно зависят от металла, из которого они сделаны. Однако рядовому покупателю подчас трудно разобраться, что такое «легированная нержавеющая жаропрочная сталь», из которой якобы сварена выбранная печка.

Для ответа на этот вопрос давайте определимся с терминами. Жаростойкость (окалиностойкость) - это способность металлических материалов противостоять химическому разрушению поверхности под действием воздуха при высоких температурах.

Такое свойство - жаростойкость - наряду с сопротивлением ползучести и длительной прочностью определяет жаропрочность, т.е. способность материалов без существенной деформации выдерживать механические нагрузки при высоких температурах.

Как правило, жаропрочные материалы очень дороги и применяются для изготовления лопаток паровых и газовых турбин, наружных деталей сверхзвуковых самолетов и их обшивки и т.п.

Указанные выше свойства достигаются добавлением в состав металлических сплавов легирующих элементов - хрома, никеля, титана и др. Такая сталь называется легированной. По содержанию легирующих элементов стали делятся на низколегированные, среднелегированные и высоколегированные. Высоколегированными являются стали с содержанием легирующих элементов более 5,5%. На самом деле сталь, из которой сварена печка, может считаться легированной, но такое ключевое свойство, как жаростойкость, может обеспечить только высоколегированная сталь при содержании массовой доли хрома от 13%.

Хром создает на поверхности стали пассивную пленку, не подверженную окислению до предельной температуры, называемой температурой начала окалинообразования. Чем выше температура окалинообразования, тем ниже возможность интенсивного окисления разогретых металлических поверхностей, т.е того неприятного явления, которое называется «сжиганием кислорода». Так температура начала окалинообразования у конструкционных или «черных» сталей не превышает 400оС, что значительно ниже температуры стенок работающей дровяной печи.

Сталь, применяемая при изготовлении модельного ряда печей ТУНГУСКА, выпускаемого под торговой маркой ТЕРМОФОР, имеет температуру начала окалинообразования не менее 750оС.

Теперь попробуем разобраться с термином нержавеющая сталь. Отметим, что это определение не является стандартизованным и в настоящее время употребляется на бытовом уровне. В современном материаловедении ему соответствует термин коррозионно-стойкая сталь. Главным отличительным признаком такой стали опять же является содержание хрома от 12,5%.

Таким образом, печи ТУНГУСКА действительно изготавливаются из жаростойкой высоколегированной коррозионно-стойкой (нержавеющей) стали.

Именно 13-ти процентное содержание хрома обеспечивает такое свойство банной печи как жаростойкость и, как следствие, уменьшение толщины стенок топки при сохранении ее ресурса. Это, в свою очередь, обеспечивает «реактивный» нагрев парилки. При этом даже при самой высокой температуре в парилке дышится легко и свободно, т.к. из-за высокой температуры начала окалинообразования кислород не вступает в реакцию окисления со стенками печи.

Здесь необходимо отметить, что быстрый прогрев парилки достигается также за счет площади поверхности нагрева банной печи. К поверхностям нагрева в банной печи относятся топка, тепловые карманы и каменка. Чем площадь больше, тем процесс прогрева парилки и смежных помещений проходит быстрее. Так в наиболее популярной модели ТУНГУСКА 16 поверхности нагрева рекордно развиты и составляют 1,46м2.

Теперь хочется поговорить о таком стереотипе, как представление нержавеющей стали в виде блестящей зеркальной поверхности. На самом деле блестящая поверхность используемых в быту изделий из нержавеющей стали достигается специальной дорогостоящей дополнительной операцией по удалению темной оксидной пленки с поверхности листа. Эта операция не является необходимой при изготовлении стали, применяемой в производстве банных дровяных печей.

Поэтому ТЕРМОФОР считает, что покупатели должны оплачивать только те специальные свойства стали, которые необходимы для ее использования в дровяных печах.

Стоит отметить, что при хранении печей в условиях повышенной влажности на неокрашенных поверхностях нержавеющей стали допускается появление следов поверхностной коррозии, не ведущей к ухудшению ее потребительских свойств и ресурса.

В заключение, хочется посоветовать покупателю. На рынке продается большое количество банных печей, производители которых заявляют, что их изделия изготовлены из жаростойкой или даже жаропрочной стали. В этом случае спросите у продавца состав стали и ищите процентное содержание хрома в официальных документах производителя. Если ответ неконкретен, а в документах не указана «счастливая» для покупателя цифра 13, делайте выводы сами. В лучшем случае Вы приобретете печь из легированной (но не жаростойкой) стали, в худшем из дешевой «черной» стали.

В качестве нагревательных элементов успешно служат сплавы хрома с никелем - нихромы. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при t = 650-900° С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин. Сплав кобальта, молибдена и хрома («комохром») безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии.

Одна из американских фирм недавно создала новые материалы, магнитные свойства которых изменяются под влиянием температуры. Эти материалы, основу которых составляют соединения марганца, хрома и сурьмы, по мнению ученых, найдут применение в различных автоматических устройствах, чувствительных к колебаниям температуры, и смогут заменить более дорогие термоэлементы.

Хромиты широко используют и в огнеупорной промышленности. Магнезитохромитовый кирпич-отличный огнеупорный материал для футеровки мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Этот материал обладает высокой термостойкостью, ему не страшны многократные резкие изменения температуры.

Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют «хромом», а сапоги из нее «хромовыми».

Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной промышленности.

Окись хрома позволила тракторостроителям значительно сократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошла окись хрома. Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы окиси хрома, которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.

Недавно окись хрома приобрела еще одну интересную «специальность»: в США изготовлена экспериментальная магнитофонная пленка, рабочий слой которой содержит не частицы окиси железа, как обычно, а Частицы окиси хрома. Замена оказалась удачной - качество звучания резко улучшилось, пленка стала надежнее в работе. Новинкой в первую очередь предполагается обеспечить блоки магнитной памяти электронно-вычислительных машин.

Хлорид (или иодид) хрома получают непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразный хлорид обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. Такое покрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое.

До последнего времени хромировали только металлические детали. А недавно советские ученые научились наносить хромовую «броню» на изделия из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер-полистирол, «одетый» в хром, стал прочнее, для него оказались менее страшными такие известные «враги» конструкционных материалов, как истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей.

Хрома кислородные соединение:

1. Соединения хрома (II). Оксид хрома (II) CrO - имеет основной характер, взаимодействует с кислотой:

Хлорид хрома (II) - раствор голубого цвета. При взаимодействии с щелочью выпадает желтый осадок гидроксида хрома Сг(ОН)2:

Соединения хрома (II) неустойчивы и окисляются на воздухе в соединения хрома (III).

2. Соединения хрома (III).

Оксид хрома (III) - тугоплавкое вещество зеленого цвета, является амфотерным оксидом, в воде нерастворим.

Оксид хрома (III) растворим в кислотах и щелочах. При сплавлении с щелочами образуются растворимые в воде соли хромистой кислоты - хромиты:

При сплавлении оксида хрома (III) с щелочью в присутствии кислорода воздуха получают хроматы - соли хромовой кислоты желтого цвета:

При взаимодействии с кислотами образуются соли хрома (III):

Гидроксид хрома (III) Сг (ОН)з выпадает в виде синевато-серого осадка при действии на соли хрома (III) щелочью:

Гидроксид хрома (III) обладает амфотерньми свойствами:

- взаимодействует с щелочами и с кислотами.

3. Соединения хрома (VI).

Оксид хрома (VI) (хромовый ангидрид) - обладает кислотными свойствами: взаимодействует с щелочами с образованием хроматов (солей хромовой кислоты):

Хромовый ангидрид образует две кислоты:

- хромовую;

- дихромовую.

Обе эти кислоты существуют только в водном растворе. Состояние равновесия:

жёлтый оранжевый;

зависит от кислотности среды: в кислом растворе основная масса хрома находится в виде;

дихромата (), а в щелочном - в виде хромата ().

Соли этих кислот устойчивы и имеют разную окраску:

соли хромовой кислоты (хроматы) - желтую, а дихромовой кислоты (дихроматы) - оранжевую.

Так, при подкислении раствора хромата калия желтый цвет меняется на оранжевый вследствие образования дихромата калия. Хроматы и дихроматы являются сильными окислителями.

Применение:

Оксид хрома (III) - зеленый крон - применяется для изготовления клеевой и масляной красок, а также для окрашивания стекла и фарфора в зеленый цвет. Входит в состав полирующих средств.

Соли хрома (III) применяются в промышленности для получения хромовой кожи.

Двойная соль калия и хрома - хромокалиевые квасцы применяется в кожевенной промышленности для дубления кож и в текстильной промышленности для протравы при крашении.

Хромат свинца - желтый крон - используется в качестве пигмента при изготовлении желтой масляной краски.

Оксид хрома (VI) является сильным окислителем и применяется в органическом синтезе.

Дихроматы калия и натрия и образуют оранжево-красные кристаллы, известные под названием хромпиков, и используются в качестве окислителей. Смесь концентрированной серной кислоты с водным раствором дихромата калия или натрия (хромпиков) - хромовая смесь - применяется для мытья лабораторной посуды.

4. Влияние хрома на окружающую среду

Здесь я хочу рассмотреть вредное влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на состояние окружающей среды и живые организмы.

Хром - очень токсичный элемент, но не всегда это учитывается при проведении геологоразведочных работ. А меры защиты окружающей среды при этом процессе необходимы.

Для исключения попадания рудной пыли в воздух населенных пунктов, при добыче хромовых руд, следует выполнять ряд условий:

· соблюдение определенного расстояния от населенных пунктов,

· орошение дорог в карьерах и в складах добытой руды.

Как уже было отмечено выше, хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки, иногда с образованием язв.

Главным образом соли хрома опасны тем, что поражают верхние дыхательные пути, легкие и глаза.

Оксиды хрома менее токсичны, чем чистый металл.

Значительное нарушение окружающей среды связано с переработкой хромового сырья.

В процессе переработки сырья, при сухом долблении и сортировке, в воздух попадает большое количество пыли.

А в процессе переработки сырья, при мокром обогащении, хром и его оксиды попадают в сточные воды. При этом сброс сточных вод в водоемы не возможен без очистки.

Для хранения отходов предусматривается строительство экранированных шламохранилищ.

Заключение

В данной работе проведен анализ хрома и его соединений по всем направлениям.

Дана общая характеристика хрома, как металла, подробно изложена информация о физических и химических свойствах данного металла. Отмечены малая химическая активность хрома, сильные окислительные свойства и высокая токсичность его соединений.

Приведен ряд экспериментов, с указанием реагентов и реакций образования.

Большое внимание уделено исследованию различных соединений хрома - оксидов, гидроксидов и солей.

Отдельным пунктом приведены интересные факты из истории открытия хрома, от его открытия до присвоения настоящего названия.

Указаны основные месторождения хрома.

А так же рассмотрен важный, на мой взгляд, вопрос об экологическом загрязнении окружающей среды, при добыче и переработке хромовых руд.

Каждый вечер над Москвой вспыхивают рубиновые звезды Кремля. В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза. По древнему индийскому преданию, рубины образовались из капель крови, пролитой богами: «Падают капли тяжелой крови на лоно реки, в глубокие воды, в отражение прекрасных пальм. И назвалась река с тех пор Раванагангой, и загорелись с тех пор эти капли крови, превращенные в камни рубина, и горели они с наступлением темноты сказочным огнем, горящим внутри, и пронизывались воды этими огненными лучами...», - так рассказывает о происхождении рубина древняя восточная легенда. В наши дни технология получения чудесного красного камня значительно упростилась и богам уже не надо проливать свою священную кровь: для этого в окись алюминия вводят дозированную добавку окиси хрома, - ему-то и обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины ценятся не только за свои «внешние данные»: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса. Подобно волшебному лучу, созданному гиперболоидом инженера Гарина и богатой фантазией Алексея Толстого, луч лазера может разрезать любые металлы с той же легкостью, с какой ножницы режут бумагу, или прошивать в алмазах, корундах и других «крепких орешках» тончайшие отверстия, не проявляя при этом ни малейшего почтения к их всемирно известной твердости.

Список литературы

1. Химия для подготовительных отделений / Г.П. Хомченко.

2. Салли А., Брендз Э. Хром. Изд. 2-е переработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971. 360 с.

3. Лисицын А.Е., Остапенко П.Е. Минеральное сырье. Хром // Справочник. М:ЗАО Геоинформмарк, 1999. 25 с.

4. Энциклопедический словарь юного химика / Сост. В.А. Крицман, В.В. Станцо. М.: Педагогика, 1982. 368 с.

5. Химия. Решение задач: учеб. пособие для уч. сред. и ст. шк. Возраста / Авт.- сост. А.Е. Хасанов. Мн.: Современный литератор, 1999. 448 с.

6. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. М., 1963.

7. Интернет: http://ru.wikipedia.org.

Размещено на Allbest.ru

...