Хромът е един от най-интересните и значими химични елементи в периодичната система, известен със своята устойчивост на корозия и характерен метален блясък. Той е широко използван в промишлеността, технологията, стоманопроизводството и дори в биологията.
| Хром | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Хром |
| Латинско / международно наименование | Chromium |
| Химичен символ | Cr |
| Пореден номер (атомно число) | 24 |
| Период и група в таблицата | 4-ти период, 6-та група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал |
| Атомна маса | 51.9961 u |
| Изотопи | Cr-50, Cr-52, Cr-53, Cr-54 |
| Средна атомна маса | 51.9961 |
| Плътност | 7.19 g/cm³ |
| Температура на топене | 1907°C |
| Температура на кипене | 2671°C |
| Кристална структура | Кубична обемноцентрична |
| Цвят / външен вид | Сребристо-бял, метален блясък |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Луи Никола Воклен, 1797 г. |
| Място на откриване | Франция |
| Етимология на името | От гръцкото „χρῶμα“ – цвят |
| Химическа формула | Cr |
| Окислителни степени | +2, +3, +6 |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d⁵ 4s¹ |
| Електроотрицателност | 1.66 (по Полинг) |
| Йонизационна енергия | 652.9 kJ/mol |
| Ковалентен радиус | 139 pm |
| Атомен радиус | 128 pm |
| Топлопроводимост | 93.9 W/m·K |
| Електрическа проводимост | 7.9 × 10⁶ S/m |
| Магнитни свойства | Антиферомагнитен при стайна температура |
| Спектрален цвят / линии | Синьо-зелени |
| Основни минерали и съединения | Хромит (FeCr₂O₄), хромов оксид (Cr₂O₃), калиев дихромат |
| Основни приложения | Хромиране, сплави, пигменти, катализатори |
| Биологично значение | Микроелемент (форма Cr³⁺) |
| Токсичност и безопасност | Cr⁶⁺ е канцерогенен |
| Влияние върху човека | В малки количества – полезен; в големи – токсичен |
| Използване в индустрията | Металургия, химическо производство, електропокрития |
| Използване в медицината / фармацията | Хранителни добавки с Cr³⁺ |
| Ядрени свойства | Стабилен изотопен състав |
| Наличие във Вселената | Средно разпространен метал в земната кора |
| Методи за рециклиране | Механично и химическо преработване на сплави |
| Глобално годишно производство | Над 40 милиона тона хромит годишно |
| Основни производители | Южна Африка, Казахстан, Индия, Турция |
| Основни отрасли на потребление | Автомобилостроене, строителство, електротехника |
| Историческо значение | Важен елемент за развитието на металургията |
| Научна дисциплина | Химия, металознание, екология |
| Интересни факти | Без хром не би съществувала неръждаемата стомана |
| CAS номер | 7440-47-3 |
| Код на ISO / IUPAC | Cr |
| Символика и културно значение | Символ на сила, устойчивост и блясък |
Благодарение на своята химична активност и способността да образува устойчиви съединения, хромът е незаменим в множество индустриални процеси и материални технологии.
Елементът е открит през XVIII век и носи името си от гръцката дума „χρῶμα“ (хрома), означаваща „цвят“, поради множеството цветни съединения, които образува. В днешно време хромът се използва както за декоративни цели, така и за високотехнологични приложения, включително в сплави, електроника и химическо производство.
Физични и химични свойства
Хромът е твърд, лъскав и сребристо-бял метал с висока точка на топене и голяма механична устойчивост. Той принадлежи към групата на преходните метали и се отличава с отлична устойчивост срещу окисление.
При стандартни условия е твърд, плътен и магнитен метал. Повърхността му е покрита с тънък, но много стабилен оксиден слой, който предпазва метала от корозия и химическо въздействие. Този естествен защитен филм е причината хромираните повърхности да запазват блясъка си дълго време.
Химично поведение
- Хромът показва няколко степени на окисление, най-важните от които са +2, +3 и +6.
- Хром(III) е най-устойчивата форма, срещаща се в природата и биологичните системи.
- Хром(VI) обаче е силен окислител и токсичен за живите организми, поради което е обект на сериозен екологичен контрол.
Хромът реагира с киселини, но е устойчив на действието на въздуха и водата при стайна температура. При нагряване образува оксиди с характерно зелено или червено оцветяване.
Срещане в природата
Хромът се среща основно под формата на минерала хромит (FeCr₂O₄), който е основният източник за промишлен добив. Най-богати находища на хромит има в Южна Африка, Казахстан, Индия и Турция. В България също са известни хромитни залежи, особено в Родопите и Стара планина.
В природните води хромът обикновено присъства в следи, а в почвите се съдържа под формата на оксиди и силикатни минерали.
Производство и добив
Производството на хром започва с добив на хромит, който след това се преработва чрез електролиза или термично редуциране с алуминий или въглерод. Полученият метал се използва за изработка на хромови сплави, неръждаема стомана и огнеупорни материали.
Процесът на хромиране – нанасяне на тънък слой хром върху метални повърхности – е широко разпространен за защита от корозия и за придаване на огледален блясък.
Приложения
Хромът има изключително разнообразно приложение в индустрията и науката:
- Металургия: Използва се за производство на неръждаеми и инструментални стомани, устойчиви на висока температура и корозия.
- Химическа промишленост: Участва в синтеза на пигменти, бои, лакове и катализатори.
- Електропокрития: В процеса на хромиране се създават защитни слоеве върху автомобилни части, домакински уреди и оръжия.
- Стъкларска и кожарска индустрия: Използва се в производството на зелени стъкла и при обработката на кожи.
- Биология и медицина: В малки количества хром(III) е микроелемент, подпомагащ метаболизма на глюкозата при човека.
Биологично значение и токсичност
Хром(III) е необходим за човешкия организъм в минимални количества, като играе роля в метаболизма на въглехидратите, мазнините и белтъците. Недостигът му може да доведе до нарушения в инсулиновия баланс и енергийния метаболизъм.
От друга страна, хром(VI) е силно токсичен и канцерогенен. Попадането му в организма – чрез вода, въздух или храна – може да предизвика увреждания на бъбреците, черния дроб и дихателната система. Поради това много индустриални процеси с хром се регулират от строги екологични норми.
Екологични аспекти
Замърсяването с хром е често срещан екологичен проблем в индустриалните райони. Отпадъчните води от кожарската и металургичната промишленост съдържат хромови съединения, които могат да попаднат в подземните води.
Съвременните методи за третиране на такива отпадъци включват химическа редукция на токсичния хром(VI) до по-безопасен хром(III), както и използване на биотехнологични процеси за неговото улавяне и пречистване.
Интересни факти
Хромът е открит през 1797 г. от френския химик Луи Никола Воклен. Названието му произлиза от гръцката дума за „цвят“, тъй като съединенията му варират от жълти до зелени и червени оттенъци. Неръждаемата стомана съдържа минимум 10,5% хром, което осигурява нейната устойчивост.
Металическият хром се използва за огледални повърхности в оптика и електроника. В живата природа се среща в микроелементни концентрации, основно в растенията и морските организми.