Физические свойства

Хром – серебристый металл с плотностью 7200 кг/м³. В свободном виде — голубовато-белый металл с кубической объемно-центрированной решеткой, а = 0,28845 нм, z = 2, пространств. При температуре 39 °C (312 К) переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля).

Хром является самым твердым металлом (твердость по шкале Мооса 8.5).

При обычных температурах существует в виде -модификации и имеет кубическую объемно-центрированную решетку[10].

Атомный объем хрома численно равен 7,23 см, плотность – 7,19 г/см³. Ионизационный потенциал – 652,83 кДж/моль, удельная теплоемкость – 22,550 Дж/г•моль•К, энтропия кристаллического состояния – 23,56, а газообразного 174,33 при температуре 298 К. Некоторые свойства элемента приведены в виде таблиц с указанием на различные источники [5].

Таблица 1. [2].

Элемент	Атомный номер	Температура плавления, К				Температура кипения, К
		[3]	[16]	[7]	Рекомендованная	[3]	[16]	[7]	Рекомендованная
Cr	24	2148	2130	2130	2130	2472	2945	2958	2950

Таблица 2.

Радиусы элемента, 10^-10м

Элемент	Атомные	Металлические		Ковалентные	Ионные
		[16]	[11]	[16]	заряд	Ri	заряд	Ri
Cr	1,85	1,27	1,28	1,18	+3	0,69	+6	0,52

Таблица 3. [2].

Элемент	Коэффициент теплопроводности [3]		Электроотрицательность элемента, эВ		Электропроводность
	Т,К	Коэффициент, Вт/(м•К)	[6]	[16]	0,0774
Cr	293	67	1,6	1,66

Вывод. Хром – серебристый металл с плотностью 7200 кг/м3. В свободном виде — голубовато-белый металл с кубической объемно-центрированной решеткой, а = 0,28845 нм, z = 2, пространств. При температуре 39 °C (312 К) переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное.

Химические свойства элемента и его соединений

Электронная конфигурация [Ar] 3d⁵ 4s¹. Как известно, в природе мало элементов с атомными массами, которые совпадают с атомными массами, указанными в периодической системе. Чаще эти численные значения складываются как средняя масса всех изотопов. И хром не исключение. Средняя атомная масса ₂₄Cr 51,99616, во всей массе хрома на его изотоп ⁵⁰Cr приходится 4,31% массы, на ⁵²Cr – 83,76%, ⁵³Cr – 9,55%, ⁵⁴Cr – 2,38% [5].

Изотоп ⁵¹Cr радиоактивен, распадается с захватом орбитальных электронов (с выделением -квантов), а период его полураспада 27,7 суток.

Таблица 4. Масса и энергия образования изотопов.

Изотоп	Масса, 1/12 m 12C	Погрешность	Энергия образования, кэВ	Погрешность	Коэффициент захвата тепловых нейтронов
48Cr	47,953760	210	411710	200	-
49Cr	48,951271	12	422101	16	-
50Cr	49,9460507	45	435035	12	16,3
51Cr	50,9447859	45	444284	12	3,1
52Cr	51,9405137	36	456335	12	0,73
53Cr	52,9406511	37	464278	13	17,5
54Cr	53,9388794	48	474000	13	0,3
55Cr	54,941080	150	480020	140	-
56Cr	55,940640	160	488500	150	-

Таблица 5. [16]

Атом	Потенциалы ионизации атома, эВ								Сродство к электрону
	1 эВ	2 эВ	3 эВ	4 эВ	5 эВ	6 эВ	7 эВ	8 эВ	эВ	кДж
24Cr	6,7653	16,498	32,12	50,9	72,4	96,0	167,6	193,9	0,98 0,35	95 34

Химически хром довольно инертен вследствие образования на его поверхности прочной тонкой пленки оксида. Он не окисляется на воздухе даже в присутствии влаги, а при нагревании окисление проходит только на поверхности. Хром пассивируется разбавленной и концентрированной азотной кислотой, царской водкой, и даже при кипячении металла с этими реагентами растворяется лишь незначительно. Пассивированный азотной кислотой хром, в отличие от металла без защитного слоя, не растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах даже при длительном кипячении в растворах этих кислот. Тем не менее, в определенный момент начинается быстрое растворение, сопровождающееся вспениванием от выделяющегося водорода – из пассивной формы хром переходит в активированную, не защищенную пленкой оксида:

Cr + 2HCl → CrCl₂ + H₂↑

Если в процессе растворения добавить азотной кислоты, то реакция сразу прекращается – хром снова пассивируется.

При нагревании металлический хром соединяется с галогенами, серой, кремнием, бором, углеродом и некоторыми другими элементами:

Cr + 2F₂ → CrF₄ (с примесью CrF₅)

2Cr + 3Cl₂ → 2CrCl₃

2Cr + 3S → Cr₂S₃

Cr + C → смесь Cr₂₃C₆ + Cr₇C₃.

При нагревании хрома с расплавленной содой на воздухе, нитратами или хлоратами щелочных металлов получаются соответствующие хроматы(VI):

2Cr + 2Na₂CO₃ + 3O₂ → 2Na₂CrO₄ + 2CO₂.

Хром устойчив на воздухе (однако тонкоизмельченный пирофорен) и к действию воды. Нагретый в кислороде до ~ 300°С сгорает с образованием Сr₂О₃. Растворы щелочей на хром не действуют, расплавленные щелочи в отсутствие воздуха очень медленно реагируют с выделением Н₂. Фтор действует на хром выше 350°С. Сухой хлор начинает реагировать при температуре выше 300° С, влажный хлор начинает действовать уже с 80°С. Бром и йод действуют на хром при температуре красного каления, также как HF и HCl.

При 2000°C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr₂O₃, обладающего амфотерными свойствами. Сплавляя Cr₂O₃ со щелочами получают хромиты:

Cr₂O₃ + 2NaOH → 2NaCrO₂ + H₂O. Хром в соединениях проявляет степени окисления: +2, +3, +4, +6. У хрома наиболее стабильной является степень окисления +3.

Растворы солей хрома (II) можно получить взаимодействием металлического хрома кислот–неокислителей:

Cr + 2H+ → Cr₂+ + H₂↑,

или восстановлением соединений хрома (III) цинком:

2CrCl₃ + Zn → ZnCl₂ + 2CrCl₂

Растворы солей хрома (II) окрашены в синий цвет аквакомплекса [Cr(H₂O)₆]²⁺ . При термическом разложении карбонила хрома Cr(СО)₆ получают красный основной оксид хрома(II) CrO. Коричневый или желтый гидроксид Cr(OH)₂ со слабоосновными свойствами осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).

Для того чтобы избежать окисления Cr²⁺ в Cr³⁺, эксперимент чаще всего проводят в сосуде, закрытом пробкой, снабженной клапаном Бунзена (это резиновая трубка, закрытая с одного конца, с прорезью, через которую выходят пары, если в сосуде повышается давление, что препятствует прониканию атмосферного кислорода внутрь сосуда) или под слоем бензола.

Безводные соли Сr(П) бесцветны. Водные растворы имеют небесно-голубой цвет; из них выделяют кристаллы различных гидратированных солей — CrS0₄•5H₂0, CrС1₂•4Н₂0, CrВr₂•6Н₂0, Cr(С10₄)₂•6Н_гО и [Cr(ОСОСН₃)₂]•2Н₂0. Соединения Cr(П) — сильные восстановители. Наиболее распространенный среди них K₄[Cr(CN)₃] — кристаллическое соединение синего цвета; водные растворы его окрашены в красно-оранжевый цвет и устойчивы только в течение ~ 3 часов. Они быстро восстанавливают до металлов соединения Ag(I), Pb(II), Hg(II), T1(I), Bi(III), As(V), Sb(V), Sn(IV), Te(IV), медленно - Cu(I), Cu(II), Cd(II). Наиболее устойчивым соединением является ацетат хрома (II). Он имеет структуру димера, в котором два атома хрома непосредственно связаны между собой (Cr—Cr). Такие связи характерны для переходных элементов.

Ацетат хрома представляет собой одно из самых распространенных, самых устойчивых и легкодоступных соединений Cr(П). Он выпадает в виде трудно растворимого красного кристаллического вещества при приливании раствора хлорида Cr(П) к очень концентрированному раствору ацетата натрия [9].

H₃C

C CH₃

C

O O

O O

H₂O Cr Cr OH₂

O O

O O

C

C

H₃C CH₄

Рисунок 1. [9].