Хром

Физиологическая роль хрома.

а. Активирует некоторые ферменты нашего организма.

Хром является активатором фермента трипсина, позволяющего расщеплять пептиды и белки на их составляющие – аминокислоты. Так же (в небольших количествах) способен активировать ферменты участвующие в метаболизме глюкозы такие как: цитохромоксидаза, сукцинатдегидрогеназа и фосфоглюкомутаза. Путь метаболизма глюкозы состоит из множества стадий и задействует большое количество ферментов, но он жизненно необходим нам т.к. конечным итогом превращения глюкозы является энергия, запасаемая в форме АТФ.

б. Участвует в поддержании нормального баланса сахара в крови.

После употребления пищи, уровень глюкозы в крови начинает возрастать, а наша поджелудочная железа начинает выделять в кровь гормон-инсулин. Инсулин в свою очередь переводит глюкозу в клетки, где она используется для получения энергии, тем самым снижая уровень глюкозы в крови. Но чтобы достичь этого эффекта инсулин должен быть в состоянии присоединится к рецепторам на поверхности клетки, что невозможно без вмешательства пищевого фактора – «фактора толерантности к глюкозе».   Данный фактор является инициатором присоединения гормона (инсулина) к рецептору, расположенному на поверхности клеточной мембраны и по некоторым данным в его состав входит трехвалентный хром, никотиновая кислота, аминокислоты (глицин, цистеин) и глютаминовая кислота. Поэтому людям страдающим сахарным диабетом необходимо следить за концентрацией хрома в организме. в. Участвует в синтезе и поддержании конформации молекул ДНК и РНК.

Хром может образовывать ковалентные связи между пуриновыми и пиримидировыми основаниями, тем самым обеспечивая их соединения в молекулах ДНК и РНК. Так же в этих молекулах он необходим для поддержания нужной конформации (пространственном расположении атомов в молекуле).

г. Участвует в метаболизме липидов.Одной из самых важных функций хрома в организме наряду с поддержанием баланса сахара в крови является способность влиять на выработку вредного холестерина. Такой холестерин образует бляшки на стенках сосудов и препятствует циркуляции крови по нашему телу, в результате чего человек страдает различными сердечно-сосудистыми заболеваниями. Вредный холестерин образуется в печени и субстратом для его образования служит глюкоза. Усиливая влияние инсулина на утилизацию глюкозы, хром одновременно выполняет две функции: регулирует содержание сахара в крови и снижает уровень холестерина.

д. Участвует в выработке гормонов.

Среди прочего хром влияет на выработку стероидного гормона дегидроэпиандростерона (ДГЭА), который способствует укреплению костей. Поэтому препараты хрома (пиколинат хрома) часто используют при лечении остеопароза.

е. Помогает регулировать внутриглазное давление.

Хром в сочетании с аскорбиновой кислотой, стимулирует поступление глюкозы к кристалику, тем самым регулируя давление внутри глаза, поэтому людям страдающим такими заболеваниями как катаракта и глаукома назначают препарат хрома в качестве комплексной терапии.

Использование

Применение хрома в черной металлургии велико — это около 2/3 общей выплавки металла. Производство хромированных сплавов выгодно — даже небольшие добавки лигатуры сообщают сплаву лучшие качества стойкого металла.

Рекомендуем: ОСМИЙ — тяжелее нет металла

Оставшаяся треть в основном идет на хромирование. Покрытие хромом может быть функциональным, декоративным, или совмещать оба качества.


Хромированные диски

Сантехническая продукция просто создана для хромирования. Жара, влага, химические вещества не испортят ни смеситель, на душ, ни аксессуары для ванной.

Познавательно: часто защитный слой наносят на предварительно созданную «грунтовку» из меди и никеля.

Слой функционального хромирования защищает детали от коррозии, его толщина достигает нескольких миллиметров.

Декоративное хромирование — для красоты, его слой тоненький, всего 0,2-0,7 мкм.

Хромирование бывает:

  • электролитическим;
  • химическим;
  • вакуумным;
  • диффузным.

Интересно: разработан способ газоплазменного напыления, делающий процесс хромирования безопасным.

Химические свойства хрома

Атом имеет следующую внешнюю конфигурацию: 3d54s1. Как правило, в соединениях хром имеет следующие степени окисления: +2, +3, +6, среди которых наибольшую устойчивость проявляет Сr3+.Кроме этого существуют и другие соединения, в которых хром проявляет совершенно иную степень окисления, а именно: +1, +4, +5.

Металл не отличается особой химической активностью. Во время нахождения хрома в обычных условиях, металл проявляет устойчивость к влаге и кислороду. Однако, данная характеристика не относится к соединению хрома и фтора – CrF3, которое при воздействии температур, превышающих 600С, взаимодействует с парами воды, образуя в результате реакции Сr2О3, а также азотом, углеродом и серой.

Во время нагревания металлического хрома, он взаимодействует с галогенами, серой, кремнием, бором, углеродом, а также некоторыми другими элементами, в результате чего получаются следующие химические реакции хрома:

Хроматы можно получить, если нагреть хром с расплавленной содой на воздухе, нитратами или хлоратами щелочных металлов:

Хром не обладает токсичностью, чего нельзя сказать о некоторых его соединениях. Как известно, пыль данного металла, при попадании в организм, может раздражать легкие, через кожу она не усваивается. Но, поскольку в чистом виде он не встречается, то его попадание в человеческий организм является невозможным.

Трехвалентный хром попадает в окружающую среду во время добычи и переработки хромовой руды. В человеческий организм попадание хрома вероятно в виде пищевой добавки, используемой в программах по похудению. Хром с валентностью, равной +3, является активным участником синтеза глюкозы. Ученые установили, что излишнее употребление хрома особого вреда человеческому организму не наносит, поскольку не происходит его всасывание, однако, он способен накапливаться в организме.

Соединения, в котором участвует шестивалентный металл, являются крайне токсичными. Вероятность их попадания в человеческий организм появляется во время производства хроматов, хромирования предметов, во время проведения некоторых сварочных работ. Попадание такого хрома в организм чревато серьезными последствиями, так как соединения, в которых присутствует шестивалентный элемент, представляют собой сильные окислители. Поэтому, могут вызвать кровотечение в желудке и кишечнике, иногда с прободением кишечника. При попадании таких соединений на кожу возникают сильные химические реакции в виде ожогов, воспалений, возникновения язв.

В зависимости от качества хрома, которое необходимо получить на выходе, существует несколько способов производства металла: электролизом концентрированных водных растворов оксида хрома, электролизом сульфатов, а также восстановлением оксидом кремния. Однако, последний способ не очень популярен, так как при нем на выходе получается хром с огромным количеством примесей. Кроме того, он также является экономически невыгодным.

Характерные степени окисления хрома
Степень окисления Оксид Гидроксид Характер Преобладающие формы в растворах Примечания
+2 CrO (чёрный) Cr(OH)2 (желтый) Основный Cr2+ (соли голубого цвета) Очень сильный восстановитель

+3

Cr2O3 (зелёный) Cr(OH)3 (серо-зеленый) Амфотерный

Cr3+ (зеленые или лиловые соли)- (зелёный)

+4 CrO2 не существует Несолеобразующий

Встречается редко, малохарактерна

+6 CrO3 (красный)

H2CrO4H2Cr2O7

Кислотный

CrO42- (хроматы, желтые)Cr2O72- (дихроматы, оранжевые)

Переход зависит от рН среды. Сильнейший окислитель, гигроскопичен, очень ядовит.

Свойства хрома

Расплавляют хром при температуре 2180 K или 3465°F, а температура кипения составляет 2944 K или 4840°F. его атомный вес 51.996 г/моль, и по шкале Мооса составляет 5,5.

Хром встречается во многих окислительных состояниях, таких как +1, +2, +3, +4, +5, и +6, из которых +2, +3 и +6 являются наиболее распространенными, а +1, +4, А +5-это редкое окисление. В +3 степени окисления является наиболее стабильным состоянием хрома. Хром (III) может быть получен растворением элементарного хрома в соляной или серной кислоте.

Этот металлический элемент известен своими уникальными магнитными свойствами. При комнатной температуре, он обладает антиферромагнитным упорядочением, которое показано на других металлах при относительно низких температурах.

Антиферромагнетизм — это где соседние ионы, которые ведут себя как магниты присоединяются к противоположным или антипараллельным механизмам через материал. В результате, магнитное поле, создаваемое магнитными атомами или ионами, ориентируются в одном направлении отменяя магнитные атомы или ионы, выстроенные в противоположном направлении, так, что материал не проявляет никаких грубых внешних магнитных полей.

При температуре выше 38°C, хром становится парамагнетиком, т. е. его привлекает внешне приложенное магнитное поле. Другими словами, хром привлекает внешнее магнитное поле при температуре выше 38°С.

Хром не подвергается водородному охрупчиванию, т. е. не становятся хрупкими при воздействии атомарного водорода. Но при воздействии азота, он теряет свою пластичность и становится хрупким.

Хром обладает высокой устойчивостью к коррозии. Тонкая защитная оксидная пленка образуется на поверхности металла, когда он вступает в контакт с кислородом в воздухе. Этот слой препятствует диффузии кислорода в основной материал и таким образом, защищает его от дальнейшей коррозии. Этот процесс называется пассивация, пассивация хромом дает устойчивость к воздействию кислот.

Существует три основных изотопа хрома, которые называются 52Cr, 53Cr, 54Cr и, из которых 52 CR является наиболее распространенным изотопом. Хром реагирует с большинством кислот, но не взаимодействует с водой. При комнатной температуре он реагирует с кислородом, образуя оксид хрома.

 

Применение

Хром – химический элемент, свойства которого обеспечили ему множество различных вариантов применения, некоторые из которых приведены ниже.

Металлам он придает устойчивость к коррозии и глянцевую поверхность. Поэтому хром входит в состав таких сплавов, как нержавеющая сталь, используемых, например, в столовых приборах. Он также применяется для нанесения хромированного покрытия.

Хром является катализатором различных реакций. Из него делают формы для обжига кирпича. Его солями дубят кожу. Бихромат калия применяют для окисления органических соединений, таких как спирты и альдегиды, а также для очистки лабораторной посуды. Он служит фиксирующим агентом для окрашивания ткани, а также используется в фотографии и фотопечати.

CrO3 применяется для изготовления магнитных лент (например, для аудиозаписи), которые обладают лучшими характеристиками, чем пленки с оксидом железа.

Металлургия

Отрасль, забирающая три четверти объемов металла. Хромом легируют стали для улучшения кондиций.

Получают продукт:

  • нержавеющий;
  • износостойкий;
  • жаропрочный.

Такие достоинства сталей обусловили их применение как материала стволов артиллерии, корпусов субмарин, сейфов, металлорежущего, медицинского, химического инструментария. Из них выполнены двигатели космических кораблей, начинка плазмотронов.

Самые известные хромсодержащие сплавы – с никелем (нихром) и железом (фехраль). Это прецизионные материалы с повышенным электрическим сопротивлением. Используются для работы при экстремальных температурах.

Другие отрасли промышленности

Продукция из металла и сплавов с ним выпускается для разных сегментов рынка:

  • Кирпичи – корпус металлургических печей.
  • Нагревательные элементы (сплав с никелем).
  • Хирургический инструментарий (сплав с никелем, молибденом, кобальтом).
  • Соединения хрома пригождаются при производстве спичек, обуви, одежды (знаменитая блестяще-прочная хромовая кожа), окраске текстиля, обработке мебельной древесины.
  • Зеленую хромовую краску наносят на керамику перед покрытием глазурью и обжигом.
  • Трехвалентный оксид металла – исходник при выращивании синтетических рубинов для лазеров.
  • Зеленые огни салюта – заслуга хрома.

Хром закупают фармацевтические гиганты, производители биодобавок, препаратов для похудения.

Декор

Хромированное покрытие корпуса часов либо деталей авто – не только маркер статусности. Такая обработка защищает от износа, коррозии, механических повреждений.

Толщина покрытия металлом зависит от назначения изделия: от 2 мкм (декоративный ассортимент) до 0,1 мм (детали байков, велосипедов, авто).

Хром-краска: особенности, разновидности, состав

Изначально технология хромирования была связана с нанесением тонкого слоя металла на поверхность исключительно металлического изделия. До сих пор в промышленности для этой цели неизменно применяется специальный электротехнический способ. Однако сегодня появился альтернативный метод придания предметам из различных материалов зеркально-металлического внешнего вида. Это окрашивание с помощью хром-краски.

Особенности

Зеркальная краска достигает своего эффекта на фоне тонкого прочного покрытия с высокими отражающими свойствами. Такие свойства обусловлены входящим в ее состав мелкодисперсным металлическим порошком. Помимо светотехнических характеристик, красящий состав отличается высокой термостойкостью.

Кроме того, в зависимости от наполнителя он может придавать готовому покрытию различные оттенки – черный, матовый, золотистый и т. д. Специальные компоненты-лаки равномерно распределяют материал по поверхности и усиливают эффект зеркальности покрытия, мало отличающегося от гальванического аналога.

Хромировка с позолотойИсточник kraski-net.ru

Разновидности

Существуют две основные категории красящих составов рассматриваемого типа:

  1. Однокомпонентные.
  2. Двухкомпонентные.

К первым преимущественно относится краска хром в баллончиках. Несмотря на легкость применения и широкое распространение в среде любителей, красящие составы этого типа пригодны далеко не для всех видов работ. Среди их явных плюсов выделяются:

  • Готовность к применению. Для использования средство достаточно потрясти и распылить в нужном количестве на заданную площадь.
  • Универсальность по материалу. Одинаково хорошо окрашивает металлическую, стеклянную, деревянную, пластиковую поверхности.
  • Не нужно использовать спецоборудование. Баллончик сам распыляет – без дополнительных приспособлений. Его легко хранить, транспортировать и применять практически в любом месте.
  • Широкий спектр оттенков. Красящее вещество идеально хранится в баллоне под давлением.


Хром-краска в баллончикахИсточник prom.st

Однако хром в баллончике также не лишен и недостатков:

  • Не всегда удается добиться зеркального эффекта. Зачастую результат далек от идеала и не похож на настоящий хром.
  • Технология покраски достаточно сложна. Чтобы получить настоящее хромированное покрытие, необходимо тщательно подготовить поверхность, защитить помещение от перепада температуры и движений воздуха. В бытовых условиях выполнить это затруднительно.
  • Плохое схватывание состава со структурой материала из-за очень быстрого застывания основы.
  • Экономия применения баллончиков проявляется только при покраске небольшой площади. Использовать их для больших поверхностей не дешевле, чем арендовать профессиональное оборудование.
  • Краски одного оттенка разных производителей могут различаться по тонам.

Хромирование из баллончикаИсточник gidpokraske.ru

Двухкомпонентные краски выпускаются в банках, как стандартные лакокрасочные материалы. При этом приготовляются они на эпоксидной или акриловой основе. Непосредственно перед применением жидкость смешивается с загустителем. Поэтому подготовительный процесс занимает определенное время и силы. Кроме того, после нанесения и высыхания на готовый слой обязательно наносится специальный защитный лак.

Несмотря на эти особенности, 2-х-компонентные составы более качественны, чем выше рассмотренные и популярны в профессиональной среде, в силу следующих преимуществ:

  • Готовая поверхность по внешним характеристикам схожа с гальванической хромировкой.
  • Высокая износостойкость.
  • Термическая выносливость.
  • Больше выгоды по себестоимости.


Двухкомпонентная хром-краскаИсточник alldecorpro.com

Защитно-декоративное хромирование

Как сказано ранее защитно-декоративное хромирование предназначено для придания изделиям красивого внешнего вида – блестящей металлической поверхности и повышению коррозионной стойкости.

Широкое применение защитно-декоративное хромирование находит в автомобильной промышленности. Трудно представить себе классический автомобиль или классический чоппер без хромированных деталей интерьера или экстерьера. В современных автомобилях количество хрома значительно меньше, но почти все мастерские по тюнингу предлагают достаточно востребованные услуги по нанесению хромового покрытия на различные элементы автомобилей или мотоциклов. Множество мастерских занимаются хромированием автомобильных дисков, многие предлагают услуги по восстановлению изношенных деталей автомобилей и мотоциклов, придания им первоначального красивого внешнего вида. Если применять твердое хромирование, то время службы отдельных деталей и узлов может быть значительно увеличена (твердость хромового покрытия значительно выше твердости стали).  Довольно распространено нанесение хромовых покрытий химическим способом, но только при электролитическом хромировании возможно получить покрытие, которое не только выглядит привлекательно, но и обладает повышенной стойкостью к воздействию агрессивной среды (грязь, песок, реагенты) и к постоянным механическим воздействиям.

Еще одной сферой применения декоративного хромирования является изготовление торгового, рекламного и выставочного оборудования. В качестве примера можно привести хромирование металлических торговых корзин, тележек или подвесов – изделия получают значительно более высокие эксплуатационные и декоративные характеристики по сравнению с оцинкованными.  Повышенная цена по сравнению с оцинкованными изделиями (примерно на 30-50%) нивелируется значительным увеличением срока службы, а при изготовлении выставочного оборудования привлекательный, яркий внешний вид зачастую становится основным критерием в выборе покрытия.

Для получения качественного защитно-декоративного покрытия на сталь сначала осаждают медь и никель, и только потом непосредственно хром. Каждый слой перед нанесением следующего должен быть отполирован. Слой меди осаждают до получения покрытия толщиной 10-15 мк при этом необходимо обеспечить припуск на полировку толщиной примерно 3 мк, при толщине слоя меди выше 15 мк припуск должен быть не менее 7 мк. Слой никеля толщиной 15 мк должен иметь припуск от 2 до 5 мк. Возможно нанесение хрома непосредственно на поверхность стали, при этом толщина слоя должна составлять не менее 40 мк.

Изделия из цветных металлов – меди или латуни перед хромированием покрывают слоем никеля. Если эксплуатация таких изделий не предусматривает интенсивного механического воздействия на их поверхность, то возможно нанесение слоя хрома непосредственно на металл.

Соединения хрома

Cr образует много разных соединений, в том числе оксидов, которые проявляют общее кислотно-основное поведение. Их список выглядит так:

  • Оксид хрома (II). Его формула — CrO, и он является основным оксидом. Окись хрома используется в форме нерастворимого чёрного порошка.
  • Оксид хрома (III). Cr2O3 является основным оксидом. Он амфотерный и, хотя и нерастворим в воде, способен растворяться в кислоте. Cr2O3 встречается в природе в виде редкого минерала эсколаита. Используется в качестве пигмента, производящего тёмно-зелёный цвет.
  • Диоксид хрома или оксид хрома (IV) с формулой CrO2, в своём естественном состоянии выглядит как чёрные кристаллы. Он проявляет ферромагнитные свойства и когда-то широко использовался в качестве синтетического магнита в магнитных лентах данных, таких как аудиокассеты. Он считался одним из самых совершенных магнитных пигментов для записи лент благодаря своим тонким, длинным стеклянным стержням, похожим на кристаллы. Это аморфное твёрдое вещество может быть образовано в результате термического разложения дихроматных комплексов.
  • Триоксид хромаТриоксид хрома или оксид хрома (VI), с формулой CrO3 представляет собой кислый оксид или кислотный ангидрид хромовой кислоты. Он будет реагировать с водой с образованием хромовой кислоты и реагировать с основанием с образованием соли хрома. В твёрдой форме это тёмный красно-оранжевый зернистый комплекс. Он используется в хромировании в качестве сильного окислителя, однако, является чрезвычайно токсичным.
  • Гидроксид хрома II. Сг (ОН)2 жёлтого цвета, не растворяется в воде, обладает свойствами основания, является восстановителем, получается в результате действия щёлочи на хлорид хрома CrСl2, получаемого при взаимодействии Cr c НСl.
  • Гидроксид хрома III. Cr (OH)3 — зелёный полимер. Он не растворим в воде, но способен растворяться в кислотах и в щелочах и вступает в реакции с кислотами с образованием солей Cr (III) и с щелочами, при этом образуются гидроксохромиты — растворы сине-фиолетового цвета.
  • Сульфат хрома. Его формула Cr 2 (SO 4) 3. Он является умеренно растворимым в воде и кислоте источником Cr для применений, совместимых с сульфатами. Сульфатные соединения представляют собой соли или сложные эфиры серной кислоты, образующиеся при замене одного или обоих атомов водорода металлом.
  • Сульфид хрома (III). Он представляет собой неорганическое соединение с формулой Cr2S3. Это коричнево-чёрное твёрдое вещество. Сульфиды хрома обычно представляют собой нестехиометрические соединения с формулами в диапазоне от CrS до Cr0,67S (что соответствует Cr2S3). Cr2S3 подвергается необратимому гидролизу.
  • Хромат и Дихромат. Хромат, CrO42-, является солью хромовой кислоты. Эта соль ассоциируется с жёлтым цветом в обычных условиях, например, в виде хромата калия. Дихромат Cr2O72- представляет собой соль дихромовой кислоты. Эта соль ассоциируется с сильным оранжевым цветом в кислых условиях, например, дихромат калия. Однако соединения хромата или дихромата с тяжёлыми металлами обычно имеют красный цвет. Дихромат является сильным окислителем, но он плохо осаждается. Хромат, с другой стороны, используется в качестве осаждающего агента, но он является плохим окислителем. Химическое равновесие отображается, когда любой анион находится в водном растворе.

В кислотном растворе прямая реакция является предпочтительной. В основном растворе предпочтительной является обратная реакция.

Дихромат калия является мощным окислителем и является предпочтительным соединением для очистки лабораторной посуды от любых возможных органических веществ. Зелёный хром — это зелёный оксид хрома, Cr2O3, используемый для окраски эмали и окрашивания стекла. Хром жёлтый — это блестящий жёлтый пигмент PbCrO4, используемый художниками.

История обнаружения и происхождение Cr

В 1761 году Иоганн Готтлоб Леманн обнаружил на Урале красно-оранжевый минерал, который он назвал сибирским красным свинцом. Несмотря на то что находка по ошибке была отнесена к соединению свинца с компонентами селена и железа, в действительности это был хромат свинца (PbCrO4).

В 1797 году Николя-Луи Воклен получил образцы крокоитовой руды. Он смог произвести оксид хрома (CrO3), смешав крокоит с HCl. В 1798 году Воклен обнаружил, что он может изолировать металлический Cr, нагревая оксид в печи на угле.

Руда, из которой происходит получение всех соединений хрома, является хромитом, или хромовой железной рудой (FeCr2O4). Элемент также встречается в небольших количествах во многих других минералах, особенно в крокоите (хромате свинца PbCrO4), в котором этот минерал был впервые обнаружен. Хром добывается в виде хромовой руды (FeCr2O4). Практически вся хромовая руда перерабатывается путём превращения в дихромат натрия, и практически все соединения и материалы на основе хрома готовятся из этой соли.

Cr получается в промышленности путём нагревания руды в присутствии алюминия или кремния. Около ½ объёма хромовой руды в мире добывается в Южной Африке.

Хотя месторождения самородного элемента редки, был обнаружен некоторый металл самородного хрома. Шахта Удачная в России производит образцы такого металла. Эта шахта представляет собой кимберлитовую трубу, богатую алмазами, а восстановительная среда помогает добывать как элементарный Cr, так и алмаз.

Изобилие Cr в разных средах:

  • во Вселенной — 0,0015%;
  • на солнце — 0,002%;
  • в метеоритах — 0,3%;
  • в земной коре — 0,014%;
  • в океанах — 6 x 10−8%;
  • в организме человека — 3 x 10−6%.