Хром и его характеристики
Общая характеристика хрома
Хром содержится в земной коре в количестве 0,02% (масс.). В природе он встречается главным образом в виде хромистого железняка FeO×Cr2O3.
Хром представляет собой твердый блестящий металл (рис. 1), плавящийся при 1890oС; плотность его 7,19 г/см 3. При комнатной температуре хром стоек и к воде, и к воздуху. Разбавленные серная и соляная кислоты растворяют хром с выделением водорода. В холодной концентрированной азотной кислоте хром нерастворим и после обработки ею становится пассивным.
Рис. 1. Хром. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса хрома
Поскольку в свободном состоянии хром существует в виде одноатомных молекул Cr, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 51,9962.
Изотопы хрома
Известно, что в природе хром может находиться в виде четырех стабильных изотопов 50Cr, 52Cr, 53Cr и 54Cr. Их массовые числа равны 50, 52, 53 и 54 соответственно. Ядро атома изотопа хрома 50Cr содержит двадцать четыре протона и двадцать шесть нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные изотопы хрома с массовыми числами от 42-х до 67-ми, среди которых наиболее стабильным является 59Cr с периодом полураспада равным 42,3 минуты, а также один ядерный изотоп.
Ионы хрома
На внешнем энергетическом уровне атома хрома имеется шесть электронов, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d54s1.
В результате химического взаимодействия хром отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Cr0 -2e → Cr2+;
Cr0 -3e → Cr3+;
Cr0 -6e → Cr6+.
Молекула и атом хрома
В свободном состоянии хром существует в виде одноатомных молекул Cr. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу хрома:
Энергия ионизации атома, эВ |
6,76 |
Относительная электроотрицательность |
1,66 |
Радиус атома, нм |
0,130 |
Сплавы хрома
Металлический хром используется для хромирования, а также в качестве одного из важнейших компонентов легированных сталей. Введение хрома в сталь повышает её устойчивость против коррозии как в водных средах при обычных температурах, так и в газах при повышенных температурах. Кроме того, хромистые стали обладают повышенной твердостью. Хром входит в состав нержавеющих кислотоупорных, жаропрочных сталей.
Примеры решения задач
Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Cr → CrCl3 → Cr(OH)3 → Cr2(SO4)3. |
Ответ | Хром взаимодействует с простыми веществами, например, с хлором:
2Cr + 6Cl2 → 2CrCl3. При действии на хлорид хрома (III) щелочи можно получить гидроксид хрома (III): CrCl3 + 3NaOH → Cr(OH)3 + 3NaCl. Гидроксид хрома (III) вступает в реакцию нейтрализации с серной кислотой, в результате которой образуется сульфат хрома (III) и вода: 2Cr(OH)3 + 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 6H2O. |
Задание | Оксид хрома (VI) массой 2 г растворили в воде массой 500 г. Рассчитайте массовую долю хромовой кислоты H2CrO4 в полученном растворе. |
Решение | Запишем уравнение реакции получения хромовой кислоты из оксида хрома (VI):
CrO3 + H2O = H2CrO4. Найдем массу раствора: msolution = m(CrO3) + m (H2O) = 2 + 500 = 502 г. Для того, чтобы рассчитать массу растворенного вещества хромовой кислоты, определим количество вещества оксида хрома (VI) (молярная масса – 100 г/моль): n = m / M; n (CrO3) = m (CrO3) / M (CrO3); n (CrO3) = 2 / 100 = 0,02 моль. Согласно уравнению реакции n(CrO3) :n(H2CrO4) = 1:1, значит, n(CrO3) = n(H2CrO4) = 0,02 моль. Тогда масса хромовой кислоты будет равна (молярная масса – 118 г/моль): m = n × M; m (H2CrO4) = n (H2CrO4) × M (H2CrO4); m (H2CrO4) = 0,02 × 118 = 2,36 г. Массовая доля хромовой кислоты в растворе составляет: ω = msolute / msolution × 100%; ω (H2CrO4)=msolute (H2CrO4)/ msolution × 100%; ω (H2CrO4)= 2,36 / 502 × 100% = 0,47 %. |
Ответ | Массовая доля хромовой кислоты равна 0,47 %. |