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 g-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 | - | |||
| 49Cr | 48,951271 | - | |||
| 50Cr | 49,9460507 | 16,3 | |||
| 51Cr | 50,9447859 | 3,1 | |||
| 52Cr | 51,9405137 | 0,73 | |||
| 53Cr | 52,9406511 | 17,5 | |||
| 54Cr | 53,9388794 | 0,3 | |||
| 55Cr | 54,941080 | - | |||
| 56Cr | 55,940640 | - |
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± |
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•6НгО 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].