Хром

Элемент побочной подгруппы VI группы: мастер изменения цветов

1. Строение и положение в ПС

Хром (Cr) находится в 4-м периоде, VI группе (побочной подгруппе). Порядковый номер 24.

Особенность электронной конфигурации

У атома хрома наблюдается "проскок" электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень, что обеспечивает более устойчивое состояние (наполовину заполненный d-подуровень).

2. Физические свойства

Хром — твердый металл голубовато-белого цвета с характерным металлическим блеском.

• Плотность: 7,19 г/см³ — тяжелый металл.
• Температура плавления: 1907°C — один из самых тугоплавких металлов.
• Твердость: один из самых твердых чистых металлов — способен царапать стекло. По шкале Мооса твердость ≈ 8,5 (у алмаза — 10).
• Проводимость: обладает хорошей тепло- и электропроводностью.
• Коррозионная стойкость: на воздухе покрывается тонкой оксидной пленкой Cr₂O₃, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Именно поэтому хром используют для декоративного покрытия других металлов (хромирование).

3. Способы получения

В природе встречается в виде минерала хромистого железняка (FeO·Cr₂O₃).

1. Алюмотермия (основной способ получения чистого хрома):

Cr₂O₃ + 2Al t°→ 2Cr + Al₂O₃

2. Восстановление коксом (получение феррохрома):

FeO·Cr₂O₃ + 4C t°→ Fe + 2Cr + 4CO↑

4. Химические свойства простого вещества

При обычных условиях хром химически инертен из-за прочной оксидной пленки (пассивация). Реагирует только при нагревании.

Взаимодействие с неметаллами

Взаимодействие со сложными веществами

Свойство	Уравнения реакций
С водой (в раскаленном состоянии)	Пассивирующая пленка препятствует реакции с водой при обычных условиях. Только пропуская пары воды над раскаленным до красна хромом, можно окислить металл до оксида хрома(III), вытеснив водород: 2Cr + 3H2O(пар) t°→ Cr2O3 + 3H2
С кислотами-неокислителями (HCl, разб. H2SO4)	Хром растворяется в разбавленных кислотах (левее водорода в ряду напряжений). Сначала вытесняется водород и образуются голубые соли хрома(II), тут же окисляющиеся кислородом воздуха: Cr + 2HCl → CrCl2 + H2↑ Смотреть видео Скрыть видео
С кислотами-окислителями (конц. H2SO4, HNO3)	На холоде хром пассивируется концентрированными серной и азотной кислотами из-за образования прочной оксидной пленки. При сильном нагревании пленка растворяется, и металл окисляется: 2Cr + 6H2SO4(конц.) t°→ Cr2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O Cr + 6HNO3(конц.) t°→ Cr(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
С солями (вытеснение металлов)	Хром способен вытеснять менее активные металлы из растворов их солей (правее него в ряду напряжений), при этом сам переходит в степень окисления +3: 2Cr + 3CuCl2 → 2CrCl3 + 3Cu
С окислителями в щелочной среде	При сплавлении с сильными окислителями (ClO₃⁻, NO₃⁻, O₂) в присутствии щелочей хром окисляется сразу до максимальной степени +6, образуя желтые расплавы хроматов: Cr + KClO3 + 2KOH t°→ K2CrO4 + KCl + H2O Переходит в степень окисления +6 (хроматы)

5. Оксиды хрома

Оксид	Получение / Химические свойства
CrO Основный Черный порошок	Получение: Обычно получают косвенными путями (например, окисление амальгамы) Химические свойства: Типичный основный оксид: Легко растворяется в разбавленных кислотах, образуя растворы солей ярко-голубого цвета: CrO + 2HCl → CrCl2 + H2O Окисление на воздухе: Оксид хрома(II) нестабилен и при нагревании на воздухе легко окисляется кислородом до более устойчивого оксида хрома(III): 4CrO + O2 t°→ 2Cr2O3 Диспропорционирование: При сильном прокаливании без доступа воздуха происходит перераспределение электронов (самоокисление-самовосстановление): 3CrO t°→ Cr + Cr2O3
Cr2O3 Амфотерный Тугоплавкий зеленый порошок	Получение: Разложение гидроксида: 2Cr(OH)3 t°→ Cr2O3 + 3H2O "Химический вулкан" (разложение дихромата аммония): (NH4)2Cr2O7 t°→ Cr2O3 + N2↑ + 4H2O Химические свойства: С кислотами (при нагревании): Cr2O3 + 6HCl t°→ 2CrCl3 + 3H2O Cr2O3 + 3H2SO4 t°→ Cr2(SO4)3 + 3H2O Со щелочами и карбонатами (проявление кислотных свойств): При сплавлении с твердыми щелочами или карбонатами образуются зеленые комплексные соли - хромиты (например, метахромит натрия): Cr2O3 + 2NaOH t°→ 2NaCrO2 + H2O Cr2O3 + Na2CO3 t°→ 2NaCrO2 + CO2↑ Окисление в щелочной среде (проявление восстановительных свойств): Смесь оксида хрома(III) со щелочными агентами и сильными окислителями (нитратами, галогенами) при нагревании переходит в желтые соли - хроматы (Cr⁺⁶): Cr2O3 + 3KNO3 + 4KOH t°→ 2K2CrO4 + 3KNO2 + 2H2O Cr2O3 + 3NaNO3 + 2Na2CO3 t°→ 2Na2CrO4 + 3NaNO2 + 2CO2↑ Cr2O3 + 3Br2 + 10NaOH → 2Na2CrO4 + 6NaBr + 5H2O Алюмотермия: Взаимодействие протекает с выделением огромного количества теплоты. Это основной промышленный метод получения чистого безуглеродистого хрома: Cr2O3 + 2Al t°→ Al2O3 + 2Cr Смотреть видео Скрыть видео
CrO3 Кислотный Темно-красные кристаллы	Получение: Обезвоживание дихроматов: Добавление концентрированной серной кислоты к насыщенному раствору дихромата приводит к выпадению темно-красных (вишневых) кристаллов оксида хрома(VI): Na2Cr2O7 + H2SO4(конц.) → 2CrO3 + 2NaHSO4 + H2O Химические свойства: Растворяется в воде (образует кислоты): CrO3 + H2O → H2CrO4 (хромовая) 2CrO3 + H2O → H2Cr2O7 (дихромовая) Спирт и органика (сильнейший окислитель): При окислении разгорается, спирты окисляются до альдегидов и кислот, окрашивая смесь в зеленый цвет солей хрома(III): 2CrO3 + 3C2H5OH → Cr2O3 + 3CH3CHO + 3H2O Смотреть видео Скрыть видео

6. Гидроксиды хрома

Гидроксид	Получение / Химические свойства
Cr(OH)2 Основный Желтый осадок	Получение: Действие щелочей на соли Cr(II): (в инертной атмосфере) CrCl2 + 2NaOH → Cr(OH)2↓ + 2NaCl Химические свойства: Как основание с кислотами: Cr(OH)2 + 2HCl → CrCl2 + 2H2O Быстро окисляется на воздухе: Гидроксид хрома(II) — это типичный восстановитель. Свежий осадок жадно поглощает кислород, поэтому его цвет быстро меняется с желтого на серо-зеленый (гидроксид хрома(III)): 4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Cr(OH)3
Cr(OH)3 Амфотерный Серо-зеленый студенистый осадок	Получение: Действие раствора аммиака на соли Cr(III): Мягкий и предпочтительный способ получения, так как избыток слабого основания (аммиака) не растворяет получающийся амфотерный осадок, в отличие от сильных щелочей: CrCl3 + 3NH3·H2O → Cr(OH)3↓ + 3NH4Cl Смотреть видео Скрыть видео Совместный гидролиз: Смешивание растворов солей трехвалентного хрома с карбонатами или сульфидами приводит к полному гидролизу обеих солей. Наблюдается одновременное выпадение серо-зеленого осадка и выделение пузырьков газа: 2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3CO2↑ + 6NaCl Смотреть видео Скрыть видео 2CrCl3 + 3Na2S + 6H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NaCl Разрушение гидроксокомплексов: Пропускание углекислого газа или добавление слабых кислот приводит к осаждению серо-зеленого гидроксида хрома(III): Na3[Cr(OH)6] + 3CO2 → Cr(OH)3↓ + 3NaHCO3 Химические свойства: С кислотами (как основание): Cr(OH)3 + 3HNO3 → Cr(NO3)3 + 3H2O Аквакомплекс хрома(III) имеет фиолетовый цвет Со щелочами (проявление кислотных свойств): В избытке щелочи серо-зеленый осадок мгновенно растворяется, образуя изумрудно-зеленый комплексный раствор гексагидроксохромата(III): Cr(OH)3 + 3NaOH → Na3[Cr(OH)6] Смотреть видео Скрыть видео (в растворе) Cr(OH)3 + KOH t°→ KCrO2 + 2H2O (расплав) Термическое разложение: При прокаливании гидроксид легко теряет воду и переходит в темно-зеленый порошок оксида: 2Cr(OH)3 t°→ Cr2O3 + 3H2O Окисление в щелочной среде: Галогены и перекись водорода легко окисляют серо-зеленый гидроксид хрома(III) до желтых растворов хроматов (переход Cr³⁺ → Cr⁶⁺): 2Cr(OH)3 + 3Br2 + 10KOH → 2K2CrO4 + 6KBr + 8H2O 2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4NaOH → 2Na2CrO4 + 8H2O

7. Соли хрома

Переходы между хроматами и дихроматами

В зависимости от среды, Cr(VI) существует в разных формах:

Хроматы (CrO₄^2-) — устойчивы в щелочной среде. Желтый цвет.

Дихроматы (Cr₂O₇^2-) — устойчивы в кислой среде. Оранжевый цвет.

Как работает "переключатель" цвета? (Принцип Ле Шателье в действии):

Добавляем щелочь (OH^-) — равновесие смещается вправо, раствор желтеет (хроматы):

Реакция перехода ("Оранжевое → Желтое"):

K₂Cr₂O₇ + 2KOH → 2K₂CrO₄ + H₂O

Смотреть видео

Скрыть видео

Это свойство используется в лабораторной практике: "хромовая смесь" (дихромат калия + конц. серная кислота) — мощнейшее средство для мытья химической посуды, уничтожающее любые органические загрязнения.

Добавляем кислоту (H⁺) — равновесие смещается влево, раствор становится оранжевым (дихроматы):

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

Смотреть видео

Скрыть видео

Окислительные свойства соединений Cr(VI)

Хроматы и дихроматы — сильные окислители. Продукты восстановления зависят от среды:

Среда протекания	Уравнения реакций (окислитель)
Кислая среда Cr⁺⁶ → Cr³⁺ (синий/зеленый)	С сульфитами (обесцвечивание оранжевого раствора до зеленого): K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O С галогеноводородами (окисление хлоридов до свободного хлора): K2Cr2O7 + 14HCl → 2CrCl3 + 3Cl2↑ + 2KCl + 7H2O С солями железа(II) (важная аналитическая реакция оксидиметрии): K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O С сероводородом (окисление до свободной серы с помутнением): K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3S↓ + K2SO4 + 7H2O
Нейтральная среда Cr⁺⁶ → Cr(OH)₃↓ (серо-зеленый осадок)	С сульфидом аммония (совместное выделение осадка хрома и серы): K2Cr2O7 + 3(NH4)2S + H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3S↓ + 6NH3↑ + 2KOH С сульфитами (переход желтых хроматов в осадок гидроксида): 2K2CrO4 + 3Na2SO3 + 5H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3Na2SO4 + 4KOH
Щелочная среда Cr⁺⁶ → [Cr(OH)₆]³⁻ (изумрудный раствор)	С сульфитом натрия (переход в изумрудные гидроксокомплексы): 2K2CrO4 + 3Na2SO3 + 2H2O → 2K3[Cr(OH)6] + 3Na2SO4 + 2KOH С нитритом калия: 2K2CrO4 + 3KNO2 + 5H2O → 2K3[Cr(OH)6] + 3KNO3 + 2KOH

8. Качественные реакции

• Cr²⁺: Голубой раствор → с щелочью дает коричневый осадок Cr(OH)₂, буреющий на воздухе.
• Cr³⁺: Фиолетовый/зеленый раствор → с щелочью дает серо-зеленый осадок Cr(OH)₃, растворимый в избытке щелочи (изумрудный раствор).
• CrO₄^2-: Желтый раствор, образует нерастворимые осадки с Ba²⁺ (желтый), Ag⁺ (красно-бурый).
  K₂CrO₄ + BaCl₂ → BaCrO₄↓ + 2KCl
• Образование пероксида хрома: При добавлении пероксида водорода H₂O₂ к подкисленному раствору дихромата образуется нестабильный надпероксид хрома(VI) CrO₅. При добавлении эфира он извлекается в органический слой, окрашивая его в потрясающий синий цвет ("бабочка").
  
  

9. Видео эксперименты

Рекомендуем посмотреть опыты с хромом на канале Thoisoi:

• Хром — свойства и реакции (Thoisoi)