ქრომი

ქრომი, ₂₄Cr
ზოგადი თვისებები
მარტივი ნივთიერების ვიზუალური აღწერა	მოვერცხლისფრო-თეთრი
სტანდ. ატომური ; წონა Ar°(Cr)	51.9961±0.0006; 51.996±0.001 (დამრგვალებული)
ქრომი პერიოდულ სისტემაში
	ვანადიუმი ← ქრომი → მანგანუმი
ატომური ნომერი (Z)	24
ჯგუფი	6
პერიოდი	4 პერიოდი
ბლოკი	d-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Ar] 3d5 4s1
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 13, 2
	ელემენტის ატომის სქემა;
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის; ტემპერატურა	1907 °C (2180 K, 3465 °F)
დუღილის; ტემპერატურა	2671 °C (2944 K, 4840 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	7.15 გ/სმ3
სიმკვრივე (ლ.წ.)	6.3 გ/სმ3
დნობის კუთ. სითბო	21.0 კჯ/მოლი
აორთქ. კუთ. სითბო	347 კჯ/მოლი
მოლური თბოტევადობა	23.35 ჯ/(მოლი·K)
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	−4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6
ელექტროდული პოტენციალი	;
ელექტროუარყოფითობა	პოლინგის სკალა: 1.66
იონიზაციის ენერგია	1: 652.9 კჯ/მოლ ; 2: 1590.6 კჯ/მოლ ; 3: 2987 კჯ/მოლ ; ;
ატომის რადიუსი	ემპირიული: 128 პმ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	139±5 პმ
	; ქრომის სპექტრალური ზოლები
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	პირველადი ნუკლიდების სახით
მესრის სტრუქტურა	კუბური მოცულობაცენტრირებული
ბგერის სიჩქარე	5940 მ/წმ (20 °C)
თერმული გაფართოება	4.9 µმ/(მ·K) (25 °C)
თბოგამტარობა	93.9 ვტ/(მ·K)
კუთრი წინაღობა	125 ნომ·მ (20 °C)
მაგნეტიზმი	ანტიფერომაგნეტიკი
მაგნიტური ამთვისებლობა	+280.0×10−6 სმ3/მოლ
იუნგას მოდული	279 გპა
წანაცვლების მოდული	115 გპა
დრეკადობის მოდული	160 გპა
პუასონის კოეფიციენტი	0.21
მოოსის მეთოდი	8.5
ვიკერსის მეთოდი	1060 მპა
ბრინელის მეთოდი	687–6500 მპა
CAS ნომერი	7440-47-3
ისტორია
აღმომჩენი და პირველი მიმღებია	Louis Nicolas Vauquelin (1794, 1797)
ქრომის მთავარი იზოტოპები
γ	–
	ქრომი ვიკისაწყობში •

ქრომი

24Cr

51.996

3d⁵ 4s¹

ქრომი^[1]^[2] (ლათ. Chromium; ქიმიური სიმბოლო — ${\ce {Cr}}$ ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეოთხე პერიოდის, მეექვსე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეექვსე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, VIბ) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია 24, ატომური მასა — 51.996, t_დნ — 1907 °C, t_დუღ — 2671 °C, სიმკვრივე — 7.15 გ/სმ³. მაგარი მოვარდისფრო-თეთრი ფერის ლითონი.

ისტორია

1766 წელს ეკატერინბურგის მახლობლად იქნა აღმოჩენილი მინერალი, რომელმაც მიიღო სახელწოდება „ციმბირული წითელი ტყვია“, PbCrO₄. თანამედროვე სახელია — კროკოიტი. 1797 წელს ფრანგმა ქიმიკოსმა ლუი ვოკლენმა შეძლო მისგან გამოეყო ახალი ძნელად დნობადი ლითონი (ალბათ ვოკლენმა პირველად მიიღო ქრომის კარბიდი).

სახელწოდების წარმომავლობა

სახელწოდება ელემენტმა მიიღო ბერძნული ბერძ. χρῶμα — ფერისაგან, საღებავი — მისი ნაერთების მრავალშეფერილობის გამო.

ბუნებაში

ქრომი საკმაოდ გავრცელებული ელემენტია (0,02 მასური წილი, %). ქრომის ძირითადი ნაერთია — ქრომიტი ქრომული რკინა FeO·Cr₂O₃. მნიშვნელობით მეორე მინერალია კროკოიტი PbCrO₄.

საბადოების მდებარეობა

ქრომის ყველაზე დიდი საბადოები მდებარეობს სამხრეთ აფრიკის რესპუბლიკაში, (პირველი ადგილი მსოფლიოში), ყაზახეთში, რუსეთში, ზიმბაბვეში, მადაგასკარზე. საბადოები განლაგებულია თურქეთის, ინდოეთის, სომხეთის ტერიტორიაზეც^[3], ასევე ბრაზილიაში, ფილიპინებზე^[4]. ქრომის მადნების მთავარი საბადოები რუსეთში ცნობილია ურალზე (დონსკის და სარანოვსკის).

ყაზახეთში ქრომის დაზვერილი მარაგი შეადგენს 350 მლნ. ტონაზე მეტს (მეორე ადგილი მსოფლიოში)^[4].

გეოქიმია და მინერალოგია

ქრომის საშუალო შემცველობა სხვადასხვა ქანებში მკვეთრად ცვალებადია. ულტრაფუძე ქანებში (პერიდოტიტებში) ის აღწევს 2 კგ/ტ, ფუძე ქანებში (ბაზალტებში და სხვა) — 200 გრ/ტ, ხოლო გრანიტებში ათეული გრ/ტ. დედამიწის ქერქში 83 გრ/ტ. ქრომი რკინასთან, ნიკელთან, ვანადიუმთან და მანგანუმთან ერთად წარმოადგენენ ერთ გეოქიმიურ ოჯახს.

განარჩევენ ქრომის სამ ძირითად მინერალს: მაგნოქრომიტი (Mn, Fe)Cr₂O₄, ქრომპიკოტიტი (Mg, Fe)(Cr, Al)₂O₄ და ალუმოქრომიტი (Fe, Mg)(Cr, Al)₂O₄. გარეგნულად ერთმანეთისაგან არ განირჩევიან და მათ არაზუსტად „ქრომიტებს“ უწოდებენ. მათი შემადგენლობა ცვალებადია:

Cr₂O₃ 18—62 %,
FeO 1—18 %,
MgO 5—16 %,
Al₂O₃ 0,2 — 0,4 (33 %-მდე),
Fe₂O₃ 2 — 30 %,
მინარევები TiO₂ 2 %-მდე,
V₂O₅ 0,2 %-მდე,
ZnO 5 %-მდე,
MnO 1 %-მდე; არის ასევე Co, Ni და სხვა.

თვითონ ქრომიტი, ანუ FeCr₂O₄ შედარებით იშვიათია. ქრომიტების გარდა, ქრომი შედის სხვა მთელი რიგი მინერალების შემადგენლობაში - ქრომიან ფიქალებში (ფუქსიტა), ქრომიანი ქლორიტში, ქრომვეზუვიანაში, ქრომდიოფსიდში, ქრომტურმალინში, ქრომიან ძოწში (უვაროვიტი) და სხვა, რომლებიც ხშირად თანსდევს მადნებს, მაგრამ თვითონ სამრეწველო მნიშვნელობა არ ააქვთ. ქრომი როგორც რკინა მიგრირებს, რომელიც ბოლოს გროვდება თიხებში. ყველაზე მოძრავ ფორმას წარმოადგენს ქრომატები.

მიღება

ქრომი ბუნებაში გვხვდება ძირითადად ქრომიანი რკინის სახით Fe(CrO₂)₂ (რკინის ქრომიტი). მისგან ელექტროღუმელებში კოქსით (ნახშირბადით) აღდგენისას იღებენ ფეროქრომს:

FeO · Cr₂O₃ + 4C → Fe + 2Cr + 4CO↑

ფეროქრომი გამოიყენება ლეგირებული ფოლადების წარმოებისათვის.

რომ მივიღოთ სუფთა ქრომი, რეაქცია მიმდინარეობს შემდეგნაირად:

1) რკინის ქრომიტს ადნობენ ნატრიუმის კარბონატთან ერთად (კალცინირებული სოდა) ჰაერზე:

4Fe(CrO₂)₂ + 8Na₂CO₃ + 7O₂ → 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂↑

2) ნატრიუმის ქრომატს ხსნიან და გამოყოფენ რკინის ოქსიდისაგან;

ქრომის ოქსიდი (III)

3) ქრომატები გადაჰყავთ დიქრომატში, ხსნარის ამჟავებით და დიქრომატის გამოკრისტალებით;

4) მიიღებენ სუფთა ქრომის ოქსიდს, დიქრომატის ნახშირით აღდგენის ხშერხით:

Na₂Cr₂O₇ + 2C → Cr₂O₃ + Na₂CO₃ + CO↑

5) ალუმინოთერმიის დახმარებით მიიღებენ ლითონურ ქრომს:

Cr₂O₃+ 2Al → Al₂O₃ + 2Cr + 130 კკალ

6) ქრომიანი ანჰიდრიდის წყლის ხსნარიდან ელექტროლიზის დახმარებით იღებენ ელექტროლიტურ ქრომს, რომელიც შეიცავს დანამატს - გოგირდმჟავას. ამ დროს კათოდებზე მიმდინარეობს ძირითადად 3 პროცესი:

ექვს ვალენტიანი ქრომის აღდგენა სამ ვალენტიანამდე და მისი გადასვლა ხსნარში;
წყალბადის იონების განმუხტვა აიროვანი წყალბადის გამოყოფით;
ექვსვალენტიანი ქრომის შემცველი იონების განმუხტვები, ლითონური ქრომის დალექვით;

Cr₂O₇²⁻ + 14Н⁺ + 12е⁻ = 2Cr + 7H₂O

ფიზიკური და ქიმიური თვისებები

თავისუფალი სახით — მოცისფრო-თეთრი ფერის ლითონი, კუბური მოცულობა-ცენტრირებული კრისტალური მესერით, а = 0,28845 ნმ. 39 °C ტემპერატურისას გადადის პარამაგნიტური მდგომარეობიდან ანტიფერომაგნეტიკურ მდგომარეობაზე (ნეელის წერტილი).

ქრომი (მინარევებით) წარმოადგენს ერთ-ერთ ყველაზე მაგარ ლითონს, რომელიც მხოლოდ ვოლფრამს უთმობს უპირატესობას (სიმაგრე მოოსის სკალით 8.5). ძალიან სუფთა ქრომი საკმაოდ კარგად ექვემდებარება მექანიკურ დამუშავებას.

მდგრადია ჰაერზე. 2000 °C ტემპერატურისას იწვის მწვანე ფერის ქრომის ოქსიდის (III) წარმოქმნით Cr₂O₃, რომელიც ამფოტერული თვისებებით ხასიათდება. Cr₂O₃-ის შედნობით ტუტეებთან მიიღება ქრომატები:

Cr₂O₃ + 2NaOH → 2NaCrO₂ + H₂O.

გაუხურებელი ქრომის ოქსიდი (III) ადვილად იხსნება ტუტეებისა და მჟავეების ხსნარებში:

Cr₂O₃ + 6HCl → 2CrCl₃ + 3Н₂О.

ქრომის კარბონილის თერმული დაშლისას Cr(СО)₆ მიიღებენ წითელ ფუძე ოქსიდს CrO. ყავისფერ ან ყვითელ ჰიდროქსიდს Cr(OH)₂ სუსტი ფუძე თვისებებით, ილექება ქრომის (II) მარილებში ტუტეების ხსნარების დამატებით.

ქრომის ოქსიდის (VI) ფრთხილი დაშლით CrO₃ ჰიდროთერმულ პირობებში მიიღებენ ქრომის ოქსიდს (IV) rO₂, რომელიც წარმოადგენს ფერომაგნეტიკს და ფლობს ლითონური გამტარობით.

კონცენტრირებულ გოგირდმჟავასა და დიქრომატების ხსნარებს შორის ურთიერთქმედებით წარმოიქმნება წითელი ან იისფერ-მოწითალო ფერის ქრომის ოქსიდების (VI) კრისტალები CrO₃. ტიპური მჟავა ოქსიდი, წყალთან ურთიერთქმედებით ის წარმოქმნის ძლიერ არამდგრად ქრომიან მჟავეებს: ქრომიან H₂CrO₄, დიქრომ H₂Cr₂O₇ და სხვა იზოპოლმჟავეებს საერთო ფორმულით H₂Cr_nO_3n+1. პოლიმერიზაციის ხარისხის გაზრდა მიმდინარეობს рН-ის შემცირებით, ანუ მჟავიანობის გაზრდით:

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + Н₂О.

მაგრამ ნარინჯისფერ K₂Cr₂O₇-ის ხსნარს ჩაუმატებთ ტუტეს ხსნარს, ისევ გაყვითლდება, ეს იმიტომ რომ ისევ წარმოიქმნება კალიუმის ქრომატი K₂CrO₄:

K₂Cr₂O₇ + 2KOH → 2K₂CrO₄ + Н₂О.

ამასთან პოლიმერიზაციის უმაღლეს ხარისხამდე არ მიდის, როგორც ეს ხდება ვოლფრამთან და მოლიბდენთან, პოლიქრომული მჟავა იშლება ქრომის ოქსიდად (VI) და წყლად:

H2Cr_nO_3n+1 → H₂О + nCrO₃

ცნობილია ჰალოგენიდები, რომლებიც შეესაბამებიან ქრომის სხვადასხვა დაჟანგვის ხარისხს. ქრომის სინთეზირებული დიჰალოგენიდები CrF₂, CrCl₂, CrBr₂ და CrI₂ და ტრიჰალოგენიდები CrF₃, CrCl₃, CrBr₃ და CrI₃. მაგრამ ანალოგიური ალუმინისა და რკინის ნაერთებისგან განსხვავებით ქრომის თრიქლორიდი CrCl₃ და ტრიბრომიდი CrBr₃ აქროლადი არაა.

ქრომის ტეტრაჰალოგენიდებში მდგრადია CrF₄, ქრომის ტეტრაქლორიდი CrCl₄ არსებობს მხოლოდ ორთქლის სახით. ცნობილია ქრომის პენტაფტორიდი CrF₅ და ნაკლებად მდგრად ქრომის ჰექსაფტორიდი CrF₆.

მიღებულია და დახასიათებულია ქრომის ოქსიჰალოგენიდები CrO₂F₂ და CrO₂Cl₂.

ქრომის ნაერთები სინთეზირებულები არიან ბრომთან (ბორიდები Cr₂B, CrB, Cr₃B₄, CrB₂, CrB₄ და Cr₅B₃), ნახშირბადთან (კარბიდებთან Cr₂₃C₆, Cr₇C₃ და Cr₃C₂), სილიციუმთან (სილიციდები Cr₃Si, Cr₅Si₃ და CrSi) და აზოტთან (ნიტრიდები CrN და Cr₂N).

ხსნარებში ყველაზე მდგრადებია ქრომის (III) ნაერთები. ქრომს დაჟანგვის ამ ხარისხში შეესაბამება როგორც კათიონური ფორმა, ისე ანიონური ფორმები, მაგალითად ტუტე გარემოში არსებული ანიონი [Cr(OH)₆]³⁻.

ქრომის (III) ნაერთების დაჟანგვით ტუტე გარემოში ცარმოიქმნება ქრომის (VI) ნაერთები:

2Na₃[Cr(OH)₆] + 3H₂O₂ → 2Na₂CrO₄ + 2NaOH + 8H₂O.

ყვითელ ხსნარებში, რომლებიც შეიცავენ ქრომატ-იონებს, ბარიუმის მარილების ხსნარების დამატებით წარმოიქმნება ყვითელი ნალექი ბარიუმის ქრომატი BaCrO₄:

Ba²⁺ + CrO₄²⁻ → BaCrO₄↓.

ქრომის ნაერთები (VI) — ძლიერი დამჟანგავებია, მაგალითად:

K₂Cr₂O₇ + 14HCl → 2CrCl₃ + 2KCl + 3Cl₂↑ + 7H₂O.

დიქრომატებში წყალბადის ზეჟანგის, გოგირდმჟავის და ორგანული გამხსნელების დამატებით წარმოიქმნება ქრომის ლურჯი პეროქსიდი CrO₅L (L - გამხსნელის მოლეკულა); ეს რეაქცია გამოიყენება როგორც ანალიტიკური.

გამოყენება

ქრომი — წარმოადგენს მნიშვნელოვან შემადგენელ კომპონენტს ბევრ ლეგირებულ ფოლადში (კერძოდ კი, უჟანგავ ფოლადებში), ასევე სხვა მრავალი ფოლადის შენადნობებში. გამოიყენება როგორც გაცვეთის მიმართ მდგრადი და ლამაზ გალვანურ დაფარვაში (ქრომირება). ქრომი გამოიყენება შენადნობების ქრომ-30 და ქრომ-90-ის წარმოებაში.

ბიოლოგიური როლი და ფიზიოლოგიური მოქმედება

ქრომი — ერთ ერთი ბიოგენური ელემენტია, მუდმივად შედის მცენარეებისა და ცხოველების ქსოვილების შემადგენლობაში. ცხოველებში ქრომი მონაწილეობს ლიპიდების, ცილების მიმოცვლაში (შედის ფერმენტების - ტრიფსინის შემადგენლობაში, ნახშირწყლებში. ქრომისშემცველობის შემცირება საკვებში და სისხლში იწვევს ზრდის სიჩქარის შენელებას, ქოლესტერინის ზდრას სისხლში.

სუფთა სახით ქრომი საკმაოდ ტოქსიკურია, ლითონური ქრომის მტვერი აღიზიანებს ფილტვების ქსოვილებს. ქრომის ნაერთები (III) იწვევს დერმატიტს. ქრომის ნაერთები(VI) - იწვევენ ადამიანის სხვადასხვაგვარ დაავადებებს, მათ შორის ონკოლოგიურს. ქრომის(VI) მაქსიმალურად დასაშვები კონცენტრაცია მდკ ატმოსფერულ ჰაერშიр 0,0015 მგრ/მ³.

საინტერესო ფაქტები

ქრომი წარმოადგენს ყველაზე მაგარ ლითონს ყველა სუფთა ლითონს შორის (მინარევების გარეშე)^[5]. ქრომის პიკოლინატი შედის დასუსტების საშუალებების შემადგენლობაში.