Хром и его соединения

Хром — тугоплавкий блестящий металл, обладающий высокой степенью твердости (царапает стекло). Чистый хром является довольно пластичным металлом, но в присутствии даже микропримесей азота, кислорода и углерода становится весьма хрупким.

Также хром является элементом побочной подгруппы VI в периодической системе. Электронная оболочка вследствие “проскока” электрона имеет следующее строение [Ar]3d⁵4s¹

Наиболее устойчивая степень окисления хрома (+ 3). Известны соединения данного элемента со степенями окисления +2, +3, +6.

В природе хром в основном встречается в виде оксида FeCr₂O₄ , восстановлением которого получают феррохром (до 70% хрома) — сплав железа и хрома.

Далее путём алюмотермии выделяют чистый хром:

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr

Химические свойства

При комнатной температуре данный металл довольно инертен и обладает высокой коррозионной стойкостью, так как покрыт оксидной пленкой.

• Взаимодействие с неметаллами 

С кем реагирует	Условия	Реакция
O2	t > 600 °C	4Cr + 3O2 = 2 Cr2O3
N2	t > 1000 °C	2Cr + N2 = 2CrN
F2	t = 350 °C	2Cr + 3F2 = 2CrF3
Cl2	t = 300 °C	2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3
Br2	t = 300 °C	2Cr + 3Br2 = 2CrBr3
S	в зависимости от стехиометрии	Cr + S = CrS 2Cr + 3S = Cr2S3
H2	—	—

• Взаимодействие с водой

Мелкодисперсный хром при высокой температуре взаимодействует с водяным паром с образованием оксида хрома (III) и водорода. С жидкой водой не реагирует

2Cr + 3H₂O =Cr₂O₃ + 3H₂

• Взаимодействие кислотами

Поскольку в электрохимическом ряду напряжений металлов хром располагается до водорода, то он вытесняет водород из следующих разбавленных кислот с образованием окрашенного в голубой цвет раствора 

Cr + 2HCl(разб.) = CrCl₂ + H₂

Cr + H₂SO₄(разб.) = CrSO4 + H2

На открытом воздухе Cr(2+) быстро окисляется до Cr(3+)

В присутствии кислорода воздуха разбавленные хлороводородная и серная кислоты реагируют с хромом с образованием солей хрома(III)

4Cr + 12HCl + 3O₂ = 3CrCl3 +6H₂O

Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют с хромом, последний может в них растворяться лишь при нагревании с образованием солей хрома (III)

2Cr + 6H₂SO4(конц.) = Cr₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O (при нагревании)

Cr + HNO3(конц.) = Cr(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O (при нагревании)

• Взаимодействие с окислителями в щелочной среде

Хром образует хроматы при взаимодействии с щелочными расплавами окислителей 

Cr + KClO₃ + 2KOH = K₂CrO₃ + KCl + H₂O

Cr + 3NaNO₃ + 2NaOH = Na₂CrO₄ + 3NaNO₂ + H₂O

• Восстановление металлов из растворов их солей

Хром способен вытеснять менее активные металлы из их солей

Cr + CuCl₂ = CrCl₂ + Cu

Соединения хрома (II)

Растворы солей хрома (II) имеют голубую окраску, на воздухе вследствие окисления хрома окраска раствора изменяется на серо-фиолетовую или зеленую

4CrCl₂ + O₂ + 4HCl = 4CrCl₃ + 2H₂O

Из этого можно сделать вывод о том, что хром(II) является сильным восстановителем

При взаимодействии соли хрома(II) со щелочью выпадает осадок желтого цвета, не реагирующий с избытком щелочи, но растворяющийся в кислоте, что свидетельствует о его основных свойствах 

CrCl₂ + 2NaOH = Cr(OH)₂ + 2NaCl

Cr(OH)₂ + H₂SO₄ = CrSO₄ + 2H₂O

Соединения хрома (III)

Одно из самых важных соединений хрома(III) — Cr₂O₃ темно-зеленый порошок, в воде не растворяется. Из него изготавливают пасты для полировки и используют в качестве зеленого пигмента во многих ЛКП.

Оксид и гидроксид хрома(III) проявляют амфотерные свойства 

При взаимодействии последнего с кислотами образуются соли хрома (III) темного-зеленого и фиолетового цвета.

Cr(OH)₃ + 3HCl = CrCl₃ + 3H₂O 

При растворении гидроксида хрома (III) в водных растворах щелочей образуются растворы гидроксохроматов(III) зеленого цвета.

Cr(OH)₃ + KOH = K[Cr(OH)₄]

Оксид хрома(III) при сплавлении со щелочами или карбонатами щелочных металлов образует хромиты

Cr₂O₃ + 2NaOH = 2NaCrO₂ + H₂O

Cr₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaCrO₂ + CO₂

Так как наиболее устойчивая степень окисления хрома это (+3), то только под действием сильных восстановителей можно будет перевести хром(III) в хром (II)

2CrCl₃ + Zn = 2CrCl₂ + ZnCl₂

По этой же причине соединения хром(III) можно перевести в хром(VI) только под действием сильных окислителей, лучше в щелочной среде

2Cr(OH)₃ + 3H₂O₂ + 4NaOH = 2Na₂CrO₄ + 8H₂O

При этом образуются хроматы жёлтого цвета, устойчивы в щелочной среде. Индикатором протекания реакции служит желтый цвет 

Хроматы — соли хромовой кислоты H₂CrO₄ ( существует лишь в разб. водных растворах) .

Соединения хрома (VI)

Хромат — ионы CrO₄(2-) устойчивы в щелочной среде, при подкислении переходят бихроматы (оранжевый цвет) — соли двухромовой кислоты H₂Cr₂O₇ . Реакция является обратимой в случае добавления щелочи.

При добавлении H₂SO₄(конц.) к H₂Cr₂O₇ образуется осадок ярко-красного цвета

H₂Cr₂O₇ + 2H₂SO₄(конц.) = 2KHSO₄ + 2CrO₃ ↓ + H₂O

CrO₃  проявляет кислотные свойства, при растворении в воде он превращается в раствор хромовой кислоты, а избыток щелочи — хроматы:

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

CrO₃ + 2NaOH = Na₂CrO₄ + H₂O

Соединения хрома(VI) — сильные окислители. Например, CrO₃ легко воспламеняет этиловый спирт. Также многие другие органические соединения подвержены окислению со стороны соединений хрома(VI)

Наиболее сильно окислительные свойства проявляются в кислой среде 

При пропускании сероводорода через хромовую смесь можно наблюдать изменение оранжевой окраски на тёмно-зелёную, при этом сера выпадает в осадок:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂S + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3S + K₂SO₄ + 7H₂O

Важно помнить — все соединения хрома, а особенно в высокой степени окисления сильно токсичны!

Как кислотно-основные так и окислительно-восстановительные свойства хрома и его соединений изменяются закономерно, это можно увидеть последующей таблице

Степень окисления хрома	Cr2+	Cr3+	Cr6+
Оксид	CrO	Cr2O3	CrO3
Гидроксид	Cr(OH)2	Cr(OH)3	H2CrO4 H2Cr2O7
Кислотно-основные свойства оксида и гидроксида	Основные	Амфотерные	Кислотные
Окислительно восстановительные свойства соединений хрома	Наиболее характерны восстановительные свойства	Проявляют и окислительные и восстановительные свойства	Типичные окислители

Свойства хроматов и дихроматов в различных средах

Хроматы устойчивы в щелочной среде, а дихроматы — в ксилой

Na₂Cr₂O₇ + 2KOH = Na₂CrO₄ + K₂CrO₄ + H₂O

Т. е. в щелочной среде Cr₂O₇^2- переходит в CrO₄^2-

K₂CrO₄ + H₂SO₄ = K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

Т. е. в кислой среде CrO₄^2- переходит в Cr₂O₇^2-

ОВР

K₂CrO₄ → CrO₂^— (щелочная среда в расплаве)

K₂CrO₄ → [Cr(OH)6]^3- (щелочная среда в растворе)

Схематично это можно представить это так:

Было	Стало	Условия реакция	Характерный признак
Cr2O72-	CrO42-	щелочная среда (KOH)	Оранжевый раствор приобретает жёлтый цвет
CrO42-	Cr2O72-	кислая среда (H2SO4)	Жёлтый раствор приобретает оранжевый цвет
CrO42-	CrO2—	щелочная среда в расплаве	Жёлтый раствор приобретает зеленый цвет
CrO42-	[Cr(OH)6]3-	щелочная среда в растворе	Жёлтый раствор приобретает сине-фиолетовую окраску