クロムはどこで使用されていますか？適応症とクロムの使用方法、推奨される 1 日あたりの許容量、禁忌、クロムの食料源。クロムの化学的および物理的性質

クロム(緯度クロム)、Cr、化学元素メンデレーエフの周期系のグループVI、原子番号24、原子質量51.996。スチールブルーメタル。

天然安定同位体: 50 Cr (4.31%)、52 Cr (87.76%)、53 Cr (9.55%)、および 54 Cr (2.38%)。人工から放射性同位元素最も重要なのは 51 Cr (半減期 T ½ = 27.8 日) で、同位体トレーサーとして使用されます。

歴史的な参照。クロムは、1797 年に LN Vauquelin によって鉱物のクロコイト - 天然のクロム酸鉛 РbCrО 4 で発見されました。クロムはその名前の由来ですギリシャ語彩度 - 色、塗料（化合物の色の多様性による）。 Vauquelin とは別に、クロムは 1798 年にドイツの科学者 M. G. Klaproth によってクロコイトで発見されました。

自然界におけるクロムの分布。地球の地殻 (クラーク) におけるクロムの平均含有量は 8.3・10 -3% です。組成が地球のマントルに最も近いと考えられている超苦鉄質の岩石にはクロムが豊富に含まれているため (2.10 -4%)、この元素はおそらく地球のマントルに特徴的です。クロムは、超苦鉄質の岩石に塊状の播種鉱石を形成します。クロムの最大の堆積物の形成はそれらに関連しています。塩基性岩石では、クロムの含有量はわずか 2 10 -2%、酸性岩では 2.5 10 -3%、堆積岩 (砂岩) では 3.5 10 -3%、頁岩では 9 10 -3% に達します。クロムは比較的弱い水移動性です。海水中のクロム含有量は 0.00005 mg/l です。

一般に、クロムは地球の深部の金属です。石質隕石 (マントルの類似体) もクロムが豊富です (2.7・10 -1%)。 20 以上のクロム鉱物が知られています。クロムスピネル (最大 54% Cr) のみが工業的に重要です。さらに、クロムは、しばしばクロム鉱石に付随する他の多くの鉱物に含まれていますが、それ自体では実用的な価値はありません (ウバロバイト、ボルコンスコイト、ケメリート、フクサイト)。

クロムの物性。クロムは硬く、重く、耐熱金属です。ピュアクロームはプラスチックです。体心格子、a = 2.885Å (20 °C) で結晶化します。 1830°C では、a = 3.69 Å の面心格子を持つ修飾への変換が可能です。

原子半径 1.27 Å; イオン半径 Cr 2+ 0.83Å、Cr 3+ 0.64Å、Cr 6+ 0.52 Å。密度 7.19 g/cm 3 ; t pl 1890 °C; t kip 2480 °C。比熱 0.461 kJ/(kg K) (25°C); 熱線膨張係数 8.24 10 -6 (at 20 °C); 熱伝導率 67 W/(m・K) (20 °С); 電気抵抗率 0.414 μmm (20 °C); 20 ～ 600 °C の範囲での電気抵抗の熱係数は 3.01・10 -3 です。クロムは反強磁性体で、比磁化率は 3.6・10 -6 です。 Brinellによる高純度クロムの硬度は7-9 MN/m 2 (70-90 kgf/cm 2)です。

クロムの化学的性質。クロム原子の外部電子配置は 3d 5 4s 1 です。化合物では、通常、酸化状態 +2、+3、+6 を示しますが、その中で Cr 3+ が最も安定しています。クロムの酸化状態が +1、+4、+5 である個々の化合物が知られています。クロムは化学的に不活性です。通常の状態では、酸素や湿気に耐性がありますが、フッ素と結合して CrF 3 を形成します。 600 °C を超えると、水蒸気と相互作用して Cr 2 O 3 を生成します。窒素 - Cr 2 N、CrN; 炭素 - Cr 23 C 6、Cr 7 C 3、Cr 3 C 2; グレー - Cr 2 S 3。ホウ素と融合するとCrBホウ化物を形成し、シリコンと融合するとケイ化物Cr 3 Si、Cr 2 Si 3、CrSi 2を形成します。クロムは多くの金属と合金を形成します。酸素との相互作用は、最初は非常に活発に進行しますが、金属表面に酸化膜が形成されるため、急激に遅くなります。 1200℃になると膜が崩れて酸化が急速に進みます。クロムは酸素中で 2000°C で発火し、暗緑色のクロム (III) 酸化物 Cr 2 O 3 を生成します。酸化物（III）に加えて、間接的に得られるCrO、CrO 3などの酸素との他の化合物があります。クロムは、塩酸および硫酸の希薄溶液と容易に反応して、塩化物および硫酸クロムを形成し、水素を放出します。王水と硝酸はクロムを不動態化します。

酸化度の増加に伴い、クロムの酸性および酸化特性が増加します. Cr 2+ 誘導体は非常に強力な還元剤です. Cr 2+ イオンは、酸へのクロムの溶解の最初の段階で、または酸性溶液中の亜鉛による Cr 3+ の還元中に形成されます。脱水中の亜硝酸水和物Ｃｒ（ＯＨ）２は、Ｃｒ２Ｏ３に移行する。 Cr 3+ 化合物は空気中で安定です。それらは還元剤にも酸化剤にもなることができます。Ｃｒ３＋は、酸性溶液中で亜鉛を用いてＣｒ２＋に還元するか、アルカリ性溶液中で臭素および他の酸化剤を用いてＣｒＯ４２－に酸化することができる。水酸化物 Cr (OH) 3 (より正確には、Cr 2 O 3 nH 2 O) は、Cr 3+ カチオンまたはクロム酸 HCrO 2 - クロマイト (例えば、KC-O 2、NaCrO) の塩と塩を形成する両性化合物です。 2)。 Cr 6+ 化合物: CrO 3 無水クロム酸、クロム酸およびそれらの塩。その中で最も重要なのはクロム酸塩と二クロム酸塩 - 強力な酸化剤です。クロムフォーム大きな数含酸素酸との塩。クロム錯体化合物は知られています。 Cr 3+ の錯体化合物は特に多く、クロムの配位数は 6 です。かなりの数の過酸化クロム化合物があります。

クロムを入手してください。使用目的に応じて、さまざまな純度のクロムが得られます。原料は通常クロムスピネルで、濃縮された後、大気中の酸素の存在下でカリ (またはソーダ) と融合されます。 Cr 3 +を含む鉱石の主成分に関して、反応は次のとおりです。

2FeCr 2 O 4 + 4K 2 CO 3 + 3.5O 2 \u003d 4K 2 CrO 4 + Fe 2 O 3 + 4CO 2.

得られたクロム酸カリウム K 2 CrO 4 は熱水で浸出され、H 2 SO 4 の作用により重クロム酸塩 K 2 Cr 2 O 7 に変換されます。さらに、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７にＨ２ＳＯ４の濃縮溶液を作用させることにより、無水クロム酸Ｃ２Ｏ３が得られるか、またはＫ２Ｃｒ２Ｏ７を硫黄と共に加熱することにより、酸化クロム（ＩＩＩ）Ｃ２Ｏ 3.

最も純粋なクロムは、H 2 SO 4 を含むCrO 3 またはCr 2 O 3 の濃縮水溶液の電気分解、または硫酸クロムCr 2 (SO 4) 3 の電気分解のいずれかによって工業的条件下で得られます。この場合、クロムはアルミニウムまたはステンレス鋼のカソード上に沈殿します。クロムを高純度水素で処理することにより、不純物を完全に除去します。高温(1500-1700 °C)。

アルゴン雰囲気中、約 900 °C の温度でフッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化カルシウムと混合した CrF 3 または CrCl 3 溶融物の電気分解によって、純粋なクロムを得ることも可能です。

クロムは、Cr 2 O 3 をアルミニウムまたはシリコンで還元することによって少量得られます。アルミノサーミック法では、Cr 2 O 3 と Al 粉末または削りくずの予熱混合物に酸化剤を加えてるつぼに入れ、Na 2 O 2 と Al の混合物をるつぼに火をつけて反応を開始します。クロムとスラグで満たされています。クロムは、アーク炉で珪熱的に製錬されます。得られるクロムの純度は、回収に使用されるCr 2 O 3 およびAlまたはSi中の不純物の含有量によって決まります。

産業界では、クロム合金は大規模に生産されています - フェロクロムとシリコクロム。

クロムアプリケーション。クロムの使用は、その耐熱性、硬度、および耐食性に基づいています。すべてのクロムのほとんどは、クロム鋼の製錬に使用されます。アルミノおよびケイ酸クロムは、ニクロム、ニモニック、その他のニッケル合金、およびステライトの製錬に使用されます。

装飾的な耐食性コーティングには、かなりの量のクロムが使用されています。幅広い用途サーメット製品および材料の製造において粉末クロムを受け取りました溶接電極. Cr 3+ イオンの形態のクロムは、宝石やレーザー材料として使用されるルビーの不純物です。クロム化合物は、染色中に生地をエッチングするために使用されます。一部のクロム塩はとして使用されます成分皮革産業におけるなめしソリューション。 PbCrO 4 、ZnCrO 4 、SrCrO 4 - アートペイントとして。クロマイト-マグネサイト耐火物は、クロマイトとマグネサイトの混合物から作られています。

クロム化合物 (特に Cr 6 + 誘導体) は有毒です。

体内のクロム。クロムは、植物や動物の組織に常に含まれている生体要素の 1 つです。植物のクロムの平均含有量は0.0005％（クロムの92〜95％が根に蓄積）、動物では1万分の1から1000万分の1パーセントです。プランクトン生物では、クロムの蓄積係数は 10,000 ～ 26,000 と非常に大きく、高等植物は 3 ～ 10 -4 mol/l を超えるクロム濃度に耐えられません。葉では、細胞内構造に関連しない低分子量の複合体として存在します。動物では、クロムは脂質、タンパク質 (トリプシン酵素の一部)、炭水化物 (耐糖能因子の構造成分) の代謝に関与しています。動物と人間の体内のクロムの主な供給源は食品です。食物や血液中のクロムの含有量が減少すると、成長率が低下し、血中コレステロールが増加し、インスリンに対する末梢組織の感受性が低下します。

クロム中毒とその化合物は、その生産中に発生します。機械工学（電気めっきコーティング）; 冶金（合金添加剤、合金、耐火物）; クロム化合物の毒性は、その化学構造によって異なります。重クロム酸塩はクロム酸塩よりも毒性が高く、Cr (VI) 化合物は Cr (II)、Cr (III) 化合物よりも毒性が高くなります。初期フォーム病気は、鼻の乾燥感や痛み、のどの痛み、呼吸困難、咳などによって現れます。 Chrome との接続が中止されると、それらが消える場合があります。クロム化合物と長時間接触すると、症状が発生します慢性中毒: 頭痛、衰弱、消化不良、体重減少など。胃、肝臓、膵臓の機能が壊れています。気管支炎の可能性、気管支ぜんそく、びまん性肺炎。クロムにさらされると、皮膚炎や湿疹が皮膚に発生することがあります。いくつかの報告によると、クロム化合物、主に Cr(III) には発がん作用があります。

この記事では、周期表の元素番号 24 であるクロム、その発見の歴史と自然界での分布、その原子の構造、化学的性質と化合物、その入手方法、そしてなぜそれが必要なのかについて説明します。地殻中のクロムの平均含有量は 0.0083% と高くありません。この元素は、おそらく地球のマントルにより特徴的です。

クロムは、超苦鉄質の岩石に塊状の播種鉱石を形成します。クロムの最大の堆積物の形成はそれらに関連しています。基本的な岩石では、クロムの含有量はわずか2 10-2％、酸性岩では2.5 10-3％、堆積岩（砂岩）では3.5 10-3％、頁岩では9 10-3％に達します。クロムは比較的弱い水移動性です。海水中のクロムの含有量は 0.00005 mg/l です。地表水-0.0015 mg/l。
一般に、クロムは地球の深部の金属です。

現在、純クロム (少なくとも 99% Cr) の総消費量は約 15,000 トンで、そのうち約 3 分の 1 が電解クロムです。高純度クロムの生産における世界的リーダーは、英国の会社である Bell Metals です。消費量の第 1 位は米国 (50%)、第 2 位はヨーロッパ諸国 (25%)、第 3 位は日本です。クロム金属の市場は非常に不安定で、金属の価格は大きく変動します。

1. 化学元素としてのクロム

クロム– (クロム) Cr、周期系のグループの化学元素 6(VIb)。原子番号 24、原子量 51.996。クロムには、42 Cr から 66 Cr までの 24 の同位体が知られています。同位体 52 Cr、53 Cr、54 Cr は安定しています。天然クロムの同位体組成: 50 Cr (半減期 1.8 10 17 年) - 4.345%、52 Cr - 83.489%、53 Cr - 9.501%、54 Cr - 2.365%。主な酸化状態は +3 と +6 です。

1761 年、サンクトペテルブルク大学の化学教授 Johann Gottlob Lehmann は、ベレゾフスキー鉱山のウラル山脈の東麓にあるすばらしい赤い鉱物を発見しました。この鉱物は、粉末に砕くと明るい黄色になります。 1766 年、レマンは鉱物のサンプルをサンクトペテルブルクに持ち込みました。結晶を塩酸で処理すると、白い沈殿物が得られ、その中に鉛が見つかりました。レマンはミネラルをシベリアの赤い鉛（plomb rouge de Sibérie）と呼んでいましたが、現在ではそれがクロコアイト（ギリシャ語の「krokos」から-サフラン）-天然鉛クロメートPbCrO 4であることが知られています。

ドイツ人旅行者で博物学者のピーター・シモン・パラス (1741-1811) は、サンクトペテルブルク科学アカデミーの探検隊を率いてロシア中部地域を訪れ、1770 年にはベレゾフスキー鉱山を含む南ウラル地方と中ウラル地方を訪れ、リーマンのようになりました。クロコアイトに興味があります。パラスは次のように書いています。粉末にすると黄色くなり、ミニチュアアートに使用できます。クロコアイトをベレゾフスキー鉱山からヨーロッパに届けるのは希少性と難しさ（ほぼ2年かかりました）にもかかわらず、鉱物を着色料として使用することは高く評価されました. 17世紀末のロンドンとパリ。すべての高貴な人物は、細かく粉砕されたクロコアイトで塗装された馬車に乗りました。さらに、ヨーロッパの多くの鉱物キャビネットのコレクションに、シベリアの赤鉛の最高のサンプルが追加されました。

1796 年、クロコアイトのサンプルが、パリ鉱物学校の化学教授である Nicolas-Louis Vauquelin (1763–1829) のもとに届きました。彼はこの鉱物を分析しましたが、鉛、鉄、アルミニウムの酸化物以外は何も見つかりませんでした。シベリアの赤鉛の研究を続けて、ヴォークランは鉱物をカリの溶液で煮沸し、炭酸鉛の白い沈殿物を分離した後、未知の塩の黄色の溶液を得た. 鉛塩で処理すると黄色の沈殿物が形成され、水銀塩で処理すると赤色の沈殿物が形成され、塩化スズを加えると溶液は緑色に変わりました. クロコアイトを鉱酸で分解すると、彼は「赤鉛酸」の溶液を得て、それを蒸発させるとルビー色の結晶が得られました (これが無水クロム酸であることが現在明らかになっています)。それらを黒鉛るつぼで石炭と一緒に焼成し、反応後、それまで知られていなかった灰色の針状の金属の結晶がたくさん集まっていることを発見しました。 Vauquelin は、金属の高い耐火性と酸に対する耐性を述べています。

Vauquelin は、それが形成する多くの多色の化合物を考慮して、新しい元素クロム (ギリシャ語の - 色、色に由来) と呼びました。彼の研究に基づいて、Vauquelin は初めて、エメラルド色のいくつかの貴重な石クロム化合物が混入しているためです。例えば、天然エメラルドは色が濃い緑色アルミニウムの一部がクロムに置き換わったベリル。

おそらくヴォークランは純粋な金属ではなく炭化物を手に入れたが、これは得られた結晶の針のような形によって証明されているが、それでもパリ科学アカデミーは新しい元素の発見を登録しており、今ではヴォークランが発見者であると正しく考えられている.エレメント番号24。

1798 年、Vauquelen とは独立して、Lovitz と Klaproth は、ウラルではベレゾフスキー鉱床のかなり北にある重い黒い鉱物 (FeCr 2 O 4 クロマイト) のサンプルでクロムを発見しました。 1799 年、F. タッサートはフランス南東部で発見されたものと同じ鉱物から新しい元素を発見しました。比較的純粋な金属クロムを最初に手に入れたのはタッセルトだったと考えられています。

2. 自然界のクロムとその工業的抽出

クロムは地球上でかなり一般的な元素です。地殻のクラーク (地殻の平均含有量) は 8.3 10 -3% です。クロムは、自由な状態では見つかりません。クロム鉱石で実用価値スピネルに関連するクロマイトFeCr 2 O 4のみを持っています - 立方系の同形鉱物一般式ＭＯ・Ｍｅ２Ｏ３（Ｍは２価の金属イオン、Ｍｅは３価の金属イオン）。スピネルは互いに固溶体を形成できるため、マグノクロマイト (Mg,Fe)Cr 2 O 4 、アルミニウムクロマイト Fe(Cr,Al) 2 O 4 、クロモピコタイト (Mg,Fe) ( Cr, Al) 2 O 4 - それらすべてクロムスピネルのクラスに属します。スピネルに加えて、クロムはメラノクロアイト 3PbO 2Cr 2 O 3、ウォークレナイト 2(Pb,Cu)CrO 4 (Pb,Cu) 3 (PO 4) 2、タラパカイト K 2 CrO など、あまり一般的ではない多くの鉱物に含まれています。 4、ディツァイト CaIO 3 CaCrO 4 など。

クロマイトは暗い色またはほぼ黒色で、金属光沢があり、通常は連続した配列の形をしています。クロマイト鉱床は火成起源です。その特定された資源は、世界の 47 か国で推定され、150 億トンに達します。クロマイト埋蔵量の第 1 位は南アフリカ (証明された世界の埋蔵量の 76%) で占められています。最高値 10 億トンのクロム鉱石を含むブッシュベルト鉱床群を有しています。クロマイト資源の面で世界第 2 位はカザフスタン (世界の埋蔵量の 9%) によって占められており、そこにあるクロム鉱石は非常に豊富です。高品質. カザフスタンのすべてのクロマイト資源は、アクトベ地域 (埋蔵量 3 億トンのケンピルサイ山塊) に集中しています。鉱床は 1930 年代後半から開発されてきました。 3 位はジンバブエ (世界埋蔵量の 6%) です。さらに、米国、インド、フィリピン、トルコ、マダガスカル、およびブラジルには、重要なクロマイト資源があります。ロシアでは、クロマイトのかなり大きな堆積物がウラルに見られます（サラノフスコエ、ヴェルブリュジエゴルスコエ、アラパエフスコエ、モネトナヤダチャ、ハリロフスコエ、その他の堆積物）。

19世紀初頭クロマイトの主な供給源はウラル鉱床でしたが、1827 年にアメリカ人のアイザックタイソン (Isaac Tyson) がメリーランド州とペンシルバニア州の国境でクロマイト鉱石の大規模な鉱床を発見し、長年にわたって鉱業分野の独占者になりました。 1848 年、ブルサからそう遠くないトルコで、高品質のクロマイトの鉱床が発見されました。メリーランド州の埋蔵量が枯渇した後、1906 年にインドと南アフリカがバトンを傍受するまで、トルコはクロマイトの採掘のリーダーでした。

現在、世界では年間 1,100 万から 1,400 万トンのクロマイトが採掘されています。クロム鉱石の採掘量のトップは南アフリカ (年間約 600 万トン) で、カザフスタンがそれに続き、世界の需要の 20% を占めています。クロム鉱石の産出深度が大きいため、通常は鉱山 (85%) で採掘されますが、フィンランドやマダガスカルなどでは露天掘り (採石場) 採掘も行われることがあります。通常、採掘された鉱石は十分な品質であり、機械的な選別のみが必要です。この場合、Cr 2 O 3 の含有量のみを増やすことができ、Fe の比率は : Cr は変更されません。世界市場でのクロマイトの価格は、1 トンあたり 40 ～ 120 米ドルの間で変動します。

クロムは、密度が 7200 kg / m 3 の銀色の金属です。純粋なクロムの融点を決定することは、酸素または窒素のわずかな不純物がこの温度の値に大きく影響するため、非常に困難な作業です。現代の測定結果によると、それは1907°Cに相当します。クロムの沸点は2671°Cです。完全に純粋な（ガス不純物と炭素を含まない）クロムは、非常に粘性があり、鍛造され、可鍛性があります。炭素、水素、窒素などによるわずかな汚染でも。もろく、もろく、硬くなります。常温ではa変態で存在し、体心立方格子を持っています。化学的には、クロムは表面に強力な薄い酸化膜が形成されるため、かなり不活性です。空気中で水分があっても酸化せず、加熱すると表面のみ酸化します。クロムは希薄硝酸と濃硝酸、王水によって不動態化され、これらの試薬で金属を煮沸してもわずかしか溶解しません。硝酸で不動態化されたクロムは、保護層のない金属とは異なり、希硫酸や希塩酸には、これらの酸の溶液で長時間沸騰させても溶解しませんが、ある瞬間に急速な溶解が始まり、泡立ちを伴います。放出された水素 - から受動態クロムは、酸化膜によって保護されずに活性化されます。

Cr + 2HCl \u003d CrCl 2 + H 2

溶解プロセス中に硝酸を加えると、反応はすぐに停止します - クロムは再び不動態化されます。

加熱すると、金属クロムはハロゲン、硫黄、シリコン、ホウ素、炭素、その他の元素と結合します。

Cr + 2F 2 = CrF 4 (CrF 5 混合)

2Cr + 3Cl 2 = 2CrCl 3

2Cr + 3S = Cr2S3

Cr + C = Cr 23 C 6 + Cr 7 C 3 混合物。

クロムを空気中の溶融ソーダ、アルカリ金属の硝酸塩または塩素酸塩と一緒に加熱すると、対応するクロム酸塩 (VI) が得られます。

2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2.

必要な金属の純度に応じて、クロムを得る工業的な方法がいくつかあります。

機会 アルミノサーマル酸化クロム (III) の還元は、1859 年にフリードリッヒヴェーラーによって実証されましたが、安価なアルミニウムを入手できるようになるとすぐに、この方法は工業規模で利用できるようになりました。クロムのアルミノテルミウム工業生産は、最初に開発したゴールドシュミットの仕事から始まりました。信頼できる方法高度に発熱する (したがって爆発的な) 還元プロセスの調整:

Cr 2 O 3 + 2Al \u003d 2Cr + 2Al 2 O 3.

混合物は 500 ～ 600°C に均一に予熱されます。還元は、過酸化バリウムとアルミニウム粉末の混合物によって開始するか、混合物のごく一部を点火してから残りの混合物を添加することによって開始できます。反応中に放出される熱が、結果として生じるクロムを溶かしてスラグから分離するのに十分であることが重要です。アルミノテルミック法で得られるクロムは、通常、Cが0.015～0.02%、Sが0.02%、Feが0.25～0.40%で、主成分の質量分率はCrが99.1～99.4%です。それは非常にもろく、簡単に粉末に粉砕されます。

高純度のクロムを得る場合、電解法が使用されます。この可能性は、1854 年にブンゼンによって示され、塩化クロムの水溶液を電気分解にかけました。ここで、無水クロム酸またはクロモアンモニウムミョウバンと希硫酸との混合物を電気分解にかけます。電気分解中に放出されるクロムには、不純物として溶存ガスが含まれています。現代の技術水素気流中の高温精製と真空脱気により、純度99.90～99.995%の金属を工業的に得ることが可能です。電解クロムを精製するための独自の技術により、「生」製品に含まれる酸素、硫黄、窒素、および水素を取り除くことができます。

クロム金属を入手するための重要度の低い方法が他にもいくつかあります。シリコンサーマル還元は、次の反応に基づいています。

2Cr 2 O 3 + 3Si + 3CaO = 4Cr + 3CaSiO 3 。

シリコンの還元は発熱しますが、プロセスをアーク炉で行う必要があります。生石灰の添加により、耐火二酸化ケイ素を低融点ケイ酸カルシウムスラグに変換することができます。

石炭による酸化クロム(III)の還元は、特殊合金の製造を目的とした高炭素クロムを得るために使用されます。このプロセスは、電気アーク炉でも実行されます。

Van Arkel-Kuchman-De Boer プロセスでは、1100°C に加熱されたワイヤ上でヨウ化クロム (III) を分解し、その上に純粋な金属を堆積させます。

クロムは、Cr 2 O 3 を水素で 1500°C で還元する方法、無水 CrCl 3 を水素、アルカリまたはアルカリ土類金属、マグネシウム、亜鉛で還元する方法でも得られます。

3. 業界におけるクロムの用途

金属クロムが発見されてから何十年もの間、クロコアイトとその化合物のいくつかだけが塗料の製造における顔料として使用されてきました. 1820年、コクランは二クロム酸カリウムを織物染色の媒染剤として使用することを提案した. 1884 年、皮革産業でタンニンとして可溶性クロム化合物が積極的に使用され始めました。クロマイトは 1879 年にフランスで耐火物として初めて使用されましたが、フェロクロムの工業的製錬が増加し始めた 1880 年代にイギリスとスウェーデンで主に使用され始めました。少量ではあるが、フェロクロムは 19 世紀の初めにすでに入手されていたので、ベルティエは 1821 年には早くも鉄とクロムの酸化物の混合物を復元することを提案した。木炭るつぼで。クロム鋼の製造に関する最初の特許は 1865 年に発行されました。高炭素フェロクロムの工業生産は、高炉を使用してコークスでクロマイトを還元することから始まりました。 19世紀後半のフェロクロムこれは通常 7 ～ 8% のクロムを含んでいたため、品質が非常に低く、元の鉄クロム鉱石がタスマニアから輸入されたという事実から、「タスマニア銑鉄」として知られていました。フェロクロムの生産における転換点は、1893 年にアンリモアッサンが最初に 60% の Cr を含む高炭素フェロクロムを製錬したときに訪れました。この業界での主な成果は、溶鉱炉を Moissan によって作成された電気アーク炉に交換したことです。これにより、プロセス温度を上げ、エネルギー消費を削減し、67 を含むようになった製錬フェロクロムの品質を大幅に向上させることができました。 –71% Cr および 4–6% C. Moissan の方法は今でも現代の鉱工業生産フェロクロム。クロマイトの回収は通常、オープン電気アーク炉で行われ、装入物は上から装填されます。アークは、電荷に浸された電極間に形成されます。

クロムは、主にクロム鉄鉱石 Fe (CrO 2) 2 (鉄クロマイト) の形で自然界に存在します。フェロクロムは、コークス（炭素）を使用した電気炉での還元によって得られます。

FeO Cr 2 O 3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO

6) 電気分解を使用して、硫酸を添加した水中の無水クロム酸溶液から電解クロムを得る。同時に、3 つのプロセスがカソードで行われます。

– 溶液への移行による六価クロムの三価クロムへの還元;

– ガス状水素の発生による水素イオンの放出;

– 金属クロムの析出を伴う六価クロムを含むイオンの放出;

Cr 2 O 7 2− + 14Н + + 12е - = 2Сr + 7H 2 O

自由な形では、体心立方格子 a = 0.28845 nm を持つ青みがかった白色の金属です。 39 °C の温度で、常磁性状態から反強磁性状態 (ニール点) に変化します。

空気耐性。 300 °C で燃え尽きると、両性特性を持つ緑色の酸化クロム (III) Cr 2 O 3 が形成されます。 Cr 2 O 3 をアルカリで溶融すると、クロマイトが得られます

にもかかわらず非常に重要多くの等級のステンレス鋼の製造のための高炭素フェロクロム、一部の高クロム鋼の製錬には適さない) もろくなり、腐食しやすくなります。低炭素フェロクロムの生産は、クロマイトの工業用アルミノサーマル還元の使用の開始とともに発展し始めました。現在、アルミノテルミックプロセスは、シリコサーマルプロセス (ペリンプロセス) と、高炭素フェロクロムと部分的に酸化されたフェロクロム粉末を混合し、ブリケッティングして真空中で 1360 ° C に加熱するシンプレックスプロセスに取って代わられています。シンプレックスプロセスで製造されたフェロクロムは、通常 0.008% の炭素しか含まず、ブリケットは溶鋼に容易に溶解します。

フェロクロム市場は周期的です。 2000 年のフェロクロムの世界生産量は 480 万トンで、2001 年には需要が低迷したため 340 万トンでした。 2002 年には、フェロクロムの需要が再び活発になりました。フェロクロムの製錬における世界初の場所は、南アフリカの「ビッグツー」（「ビッグツー」）-Xstrata South Africa（Pty）Ltd.社によって占められています。（Xstrata AGの子会社）およびSamancor Chrome Division（Samancor Ltd.の子会社）。それらは、世界のフェロクロム製錬の最大 40% を占めています。南アフリカとフィンランドでは、主に 52 ～ 55% の Cr を含むチャージクロム (イギリスのチャージ - 石炭を積むため) が生産され、中国、ロシア、ジンバブエ、カザフスタンでは 60% 以上の Cr を含むフェロクロムが生産されます。フェロクロムは、低合金鋼への合金添加物として使用されます。クロムの含有量が 12% を超えると、鋼はほとんど錆びません。

鉄合金の耐食性は、クロムの薄層を表面に塗布することで大幅に向上させることができます。この手順は、クロムメッキと呼ばれます。クロムメッキの層は、湿気の多い大気、海の空気、水道水、窒素など有機酸. クロムメッキのすべての方法は、拡散と電解の2つのタイプに分けることができます。 Becker-Davis-Steinberg拡散法は、1050°Cで塩化水素で前処理された、フェロクロムと耐火物の混合物で覆われた水素雰囲気でクロムメッキ製品を1050〜1100°Cに加熱することで構成されています。耐火物の細孔内で揮発し、製品をクロム化します。電解クロムめっきのプロセスでは、金属はワークピースの表面に析出し、陰極として機能します。電解質は、多くの場合、H 2 SO 4 水溶液に溶解した六価クロム化合物 (通常は CrO 3 ) です。クロムコーティングは保護と装飾です。保護コーティングの厚さは0.1 mmに達し、製品に直接塗布され、耐摩耗性が向上します。装飾コーティングには美的価値があり、独自の保護機能を果たす別の金属 (ニッケルまたは銅) の下層に適用されます。このようなコーティングの厚さはわずか 0.0002 ～ 0.0005 mm です。

4. クロムの生物学的役割

クロムは、正常な発育と機能に必要な微量元素です。人体. 三価クロムのみが生化学的プロセスに関与することが確立されています。その最も重要な生物学的役割規制することです炭水化物代謝そして血糖値。クロムは、相互作用を促進する低分子量複合体 - 耐糖能因子 (GTF) の不可欠な部分です。細胞受容体インスリンを使用することで、体の必要性を減らします。寛容因子は、その関与により、すべての代謝プロセスにおけるインスリンの作用を高めます。さらに、クロムはコレステロール代謝の調節に関与しており、特定の酵素の活性化剤です。

人体のクロムの含有量は 6 ～ 12 mg です。についての正確な情報生理的必要性この要素には人間はいません。さらに、食事の性質に大きく依存します（たとえば、食事に砂糖が過剰に含まれていると大幅に増加します）。さまざまな見積もりによると、体内のクロムの 1 日摂取量は 20 ～ 300 mcg です。体内のクロムの利用可能性の指標は、髪の含有量です（標準は0.15〜0.5μg/ gです）. 多くの微量元素とは異なり、身体組織 (肺を除く) 中のクロムの含有量は、加齢とともに減少します。

植物性食品中の元素の濃度は、哺乳類の組織中の濃度よりも一桁低い. ビール酵母のクロム含有量は特に高く、肉、レバー、マメ科植物、全粒穀物にもかなりの量が含まれています。体内のクロム欠乏症は、糖尿病のような状態を引き起こし、アテローム性動脈硬化症の発症や高次神経活動の混乱に寄与する可能性があります.

すでに比較的低濃度 (大気中 m3 あたり 1 ミリグラムの割合) で、すべてのクロム化合物は毒性効果体に。この点で特に危険なのは、六価クロムの可溶性化合物で、アレルギー、変異原性、発がん性の影響があります。

クロム中毒とその化合物は、その生産中に発生します。機械工学（電気めっきコーティング）; 冶金（合金添加剤、合金、耐火物）; クロム化合物の毒性は、その化学構造によって異なります。重クロム酸塩はクロム酸塩よりも毒性が高く、Cr (VI) 化合物は Cr (II)、Cr (III) 化合物よりも毒性が高くなります。病気の初期の形態は、鼻の乾燥感と痛み、のどの痛み、呼吸困難、咳などによって現れます。 Chrome との接続が中止されると、それらが消える場合があります。クロム化合物と長時間接触すると、頭痛、脱力感、消化不良、体重減少などの慢性中毒の兆候が現れます。胃、肝臓、膵臓の機能が壊れています。気管支炎、気管支喘息、びまん性肺炎の可能性があります。クロムにさらされると、皮膚炎や湿疹が皮膚に発生することがあります。いくつかの報告によると、クロム化合物、主に Cr(III) には発がん作用があります。
クロームメッキ。食物や血液中のクロムの含有量が減少すると、成長率が低下し、

Ripan R.、Chetyanu I. 無機化学、v.2。 – M.: ミール、1972 年。

意味

クロム周期表の 24 番目の要素です。指定 - ラテン語の「クロム」からの Cr。第四期、VIBグループに位置。金属を指します。コアチャージは24。

クロムは地殻中に0.02%(wt.)含まれています。自然界では、主に鉄クロムFeO×Cr 2 O 3 の形で発生します。

クロムは固体の光沢のある金属 (図 1) で、1890 o C で融解します。その密度は7.19 g / cm 3です。室温では、クロムは水と空気の両方に耐性があります。希硫酸と希塩酸はクロムを溶かし、水素を放出します。冷濃硝酸では、クロムは不溶性であり、処理後は不活性になります。

米。 1.クロム。外観。

クロムの原子量および分子量

意味

物質の相対分子量(M r) は、特定の分子の質量が炭素原子の質量の 1/12 よりも何倍大きいかを示す数値であり、 元素の相対原子質量(A r) - 化学元素の原子の平均質量が炭素原子の質量の 1/12 を超える回数。

クロムは単原子Cr分子の形で遊離状態で存在するため、その原子質量と分子質量の値は同じです。それらは 51.9962 に等しいです。

クロムの同位体

クロムは、4 つの安定同位体 50Cr、52Cr、53Cr、および 54Cr の形で自然界に存在することが知られています。それらの質量数は、それぞれ 50、52、53、および 54 です。クロム同位体 50 Crの原子核には、24個の陽子と26個の中性子が含まれており、残りの同位体は中性子の数だけが異なります。

質量数が 42 から 67 のクロムの人工同位体があり、その中で最も安定しているのは、半減期が 42.3 分の 59 Cr と 1 つの核同位体です。

クロムイオン

クロム原子の外側のエネルギーレベルには、価電子である 6 つの電子があります。

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 .

化学的相互作用の結果として、クロムはその価電子を放棄します。ドナーであり、正に帯電したイオンに変わります。

Cr 0 -2e → Cr 2+;

Cr 0 -3e → Cr 3+;

Cr 0 -6e → Cr 6+。

クロムの分子と原子

遊離状態では、クロムは単原子の Cr 分子の形で存在します。クロムの原子と分子を特徴付けるいくつかの特性を次に示します。

クロム合金

クロム金属は、クロムめっきに使用され、合金鋼の最も重要な成分の 1 つとしても使用されます。鋼へのクロムの導入は、常温での水性媒体中および気体中の両方での腐食に対する耐性を高めます。高温. さらに、クロム鋼は硬度が増しています。クロムは、耐酸性、耐熱性に優れたステンレス鋼の一部です。

問題解決の例

例 1

例 2

エクササイズ

重量2gの酸化クロム（VI）を重量500gの水に溶解し、得られた溶液中のクロム酸H 2 CrO 4の質量分率を計算します。

解決

酸化クロム (VI) からクロム酸を得る反応式を書きましょう。

CrO 3 + H 2 O \u003d H 2 CrO 4.

溶液の質量を求める：

m溶液\u003d m（CrO 3）+ m（H 2 O）\u003d 2 + 500 \u003d 502 g。

n（CrO 3）\u003d m（CrO 3）/ M（CrO 3）;

n（CrO 3）\u003d 2/100 \u003d 0.02モル。

反応式 n(CrO 3) :n(H 2 CrO 4) = 1:1 によると、

n（CrO 3）\u003d n（H 2 CrO 4）\u003d 0.02モル。

次に、クロム酸の質量は ( モル質量- 118 g/モル):

m（H 2 CrO 4）\u003d n（H 2 CrO 4）×M（H 2 CrO 4）;

m（H 2 CrO 4）\u003d 0.02×118 \u003d 2.36 g。

溶液中のクロム酸の質量分率は次のとおりです。

ω = msolute / msolution × 100%;

ω（H 2 CrO 4）\u003d m溶質（H 2 CrO 4）/ m溶液×100％;

ω（H 2 CrO 4）\u003d 2.36 / 502×100％\u003d 0.47％。

答え

クロム酸の質量分率は 0.47% です。

記事の内容

Vauquelin は、それによって形成される多くの多色の化合物を考慮して、新しい元素クロム (ギリシャ語の crwma - 色、色から) と呼びました。彼の研究に基づいて、Vauquelin は、一部の宝石のエメラルド色は、それらに含まれるクロム化合物の混合によるものであると初めて述べました。たとえば、天然のエメラルドは深緑色のベリルで、アルミニウムの一部がクロムに置き換えられています。

ユーリ・クルチャコフ

そして脂肪。

科学者は、コレステロール値が影響を受けると主張しています。 クロム。エレメントつまり、人間だけでなく、すべての哺乳類の体に必要です。

クロムが不足すると、それらの成長が遅くなり、コレステロールが「ジャンプ」します。標準は、人の総質量から6ミリグラムのクロムです。

物質のイオンは体のすべての組織に見られます。 1 日あたり 9 マイクログラムを摂取する必要があります。

魚介類から摂取できますが、パール大麦、ビーツ、レバー、鴨肉。製品を購入する際に、クロムのその他の用途と特性について説明します。

クロムの性質

クロムは化学元素です金属に関すること。物質の色はシルバーブルーです。

要素は24番目の序数の下にあり、彼らが言うように、原子番号です。

数字は、核内の陽子の数を示します。その近くを回転している電子に関しては、それらは特別な特性を持っています - 通り抜けます。

これは、1 つまたは 2 つのパーティクルが 1 つのサブレベルから別のサブレベルに移動できることを意味します。

その結果、24 番目の要素は 3 番目のサブレベルを半分満たすことができます。これにより、安定した電子構成が得られます。

電子の故障はまれな現象です。クロムに加えて、おそらく、、、および記憶されています。

24番目の物質と同様に、化学的に不活性です。その後、原子は連続してすべての人と反応するために安定した状態になりません。

通常の状態では クロムは周期表の元素です、これは「かき混ぜる」ことしかできません。

後者は、24 番目の物質の対蹠地であり、最大限に活性化されます。反応はフッ化物を生成します クロム.

要素、プロパティ議論されている、酸化しない、湿気や耐火物を恐れない。

後者の特性は、加熱中に起こりうる反応を「遅らせる」。したがって、水蒸気との相互作用は摂氏 600 度でのみ開始されます。

それは酸化クロムであることがわかります。との反応も始まり、24番目の元素の窒化物が得られます。

600 度では、いくつかの化合物と硫化物の形成も可能です。

温度を 2000 まで上げると、クロムは酸素と接触して発火します。燃焼の結果は暗緑色の酸化物になります。

この沈殿物は、溶液や酸と容易に反応します。相互作用の結果は、塩化物と硫化クロムです。原則として、24番目の物質のすべての化合物は明るい色です。

その最も純粋な形で、メイン 元素クロムの特徴- 毒性。金属粉塵は肺組織を刺激します。

皮膚炎、つまりアレルギー疾患が現れることがあります。したがって、体のクロムの基準を超えない方がよいでしょう。

空気中の24番目の要素の含有量には基準があります。大気 1 立方メートルあたり 0.0015 ミリグラムがあるはずです。基準を超えると公害とみなされます。

クロム金属は密度が高く、1立方センチメートルあたり7グラム以上です。これは、物質がかなり重いことを意味します。

メタルもかなり高いです。これは、電解液の温度と電流密度に依存します。菌類とカビでは、これは明らかに尊敬を集めています。

木材にクロム組成物が含浸されている場合、微生物はそれを破壊することを約束しません. ビルダーはそれを使用します。

クロムは耐熱金属であるため、処理された木材の燃焼が悪化するという事実にも満足しています。他にどのように適用できるかについては、さらに説明します。

クロムの応用

クロムは合金元素です製錬時。通常の状態では、24番目の金属は酸化せず、錆びないことを覚えていますか?

鋼の基礎――。そのような特性を誇ることはできません。そのため、クロムを添加して耐食性を高めています。

また、24番目の物質の添加により、臨界冷却速度点が低下します。

シリコンサーマルクロムは製錬に使用されます。これはニッケルとの24番目の要素のデュエットです。

シリコンは添加剤として使用されます。ニッケルは延性を担い、クロムは耐酸化性と硬度を担います。

クロムとを接続します。超硬ステライトになります。それに添加物 - モリブデンと。

この組成物は高価ですが、耐摩耗性を高めるために機械部品を表面処理するために必要です。作業機械にもステライトを吹き付けます。

装飾的な防食コーティングでは、原則として、 クロム化合物.

明るい色の範囲が重宝します。サーメットでは、色が必要ないため、粉末クロムが使用されます。これは、たとえば、クラウンの下層に強度を加えるために追加されます。

クロム式- 成分。これはグループの鉱物ですが、通常の色はありません。

ウバロバイトは石であり、それを構成するのはクロムです。それらが使用されていることは秘密ではありません。

緑色の石も例外ではなく、希少なため赤色よりも高く評価されます。それでも、uvarovitは少し標準的です。

ミネラルインサートは傷がつきにくいため、これもプラスです。石はファセットカットされています。つまり、角が形成されており、光の遊びが増しています。

クロム採掘

鉱物からクロムを抽出することは不採算です。 24 番目の要素を持つほとんどは、そのまま使用されます。

さらに、クロム含有量は、原則として低いです。この物質は、鉱石から地中で抽出されます。

そのうちの1つが関連付けられています クロムを開きます。シベリアで発見されました。クロコアイトは 18 世紀に発見されました。赤鉛鉱です。

その根拠は、2番目の要素がクロムです。レーマンというドイツの化学者によって発見されました。

クロコアイトが発見されたとき、彼はサンクトペテルブルクを訪れ、実験を行っていました。さて、24番目の元素は、酸化クロムの濃縮水溶液の電気分解によって得られます。

硫酸塩の電気分解も可能です。これらは、最もきれいになる2つの方法です クロム。分子酸化物または硫酸塩は、元の化合物が発火するるつぼで破壊されます。

24番目の要素が分離され、残りはスラグになります。弧を描いてクロムを製錬することは残っています。これが、最も純粋な金属が抽出される方法です。

入手方法は他にもある クロム元素、例えば、シリコンによる酸化物の還元。

しかし、この方法では不純物の多い金属が得られ、しかも電気分解よりも高価です。

クロム価格

2016年、クロムの価格はまだ下落しています。 1 月は 1 トンあたり 7450 ドルで始まりました。

真夏までに、金属 1,000 キログラムあたり 7,100 台の従来のユニットしか要求されません。 Infogeo.ru 提供のデータ。

つまり、考えられるロシアの物価. クロムの世界価格は、1 トンあたりほぼ 9,000 ドルに達しました。

夏の最低水準は、ロシアの最低水準とわずか 25 ドル高いだけです。

そうでない場合、たとえば冶金などの産業部門が考慮されますが、 体のためのクロムの利点、薬局のオファーを調べることができます。

したがって、24番目の物質の「ピコリネート」は約200ルーブルかかります。「Kartnitin Chrome Forte」の場合、彼らは 320 ルーブルを要求します。 30錠入りの価格です。

ツラミンクロムは、24番目の要素の欠乏を補うことができます. その費用は136ルーブルです。

ちなみに、クロムは薬物、特にマリファナを検出するためのテストの一部です。 1回のテストの費用は40〜45ルーブルです。

クロムはどこで使用されていますか？ 適応症とクロムの使用方法、推奨される 1 日あたりの許容量、禁忌、クロムの食料源。 クロムの化学的および物理的性質