Химия элементов шестой группы – хром, молибден, вольфрам. Металлы VI группы побочной подгруппы (Cr, Mo, W)

Данной статье будет рассмотрен хром и его подгруппа: молибден и вольфрам. По содержанию в земной коре хром (6∙10 -3 %), молибден (3∙10 -4 %) и вольфрам (6∙10 -4 %) относятся к довольно распространенным элементам. Встречаются они исключительно в виде соединений.Основной рудой хрома является природный хромистый железняк (FeO∙Cr 2 O 3). Из молибденовых руд наиболее важен минерал молибденит (MoS 2), из руд вольфрама - минералы вольфрамит (xFeWO 4 ∙zMnWO 4) и шеелит (CaWO 4). Природный хром состоит из изотопов с массовыми числами 50 (4,3%), 52 (83,8%, 53 (9,5%), 54 (2,4%), молибден - из изотопов 92 (15,9%), 94 (9,1%), 95 (15,7%), 96 (16,5%), 97 (9,5%), 98 (23,7%). 100 (9,6%), а вольфрам - из изотопов 180 (0,1%), 182 (26,4%), 183 (14,4%), 184 (30,7%), 186 (28,4%).

Физические свойства:


Плотность, г/см 3
Температура плавления, °С
Температура кипения, °С

В компактном виде элементы представляют собой серовато-белые блестящие металлы. Очень чистые металлы хорошо поддаются механической обработке, но уже следы примесей сообщают им твердость и хрупкость.

Получение:

Для получения элементарного хрома удобно исходить из смеси его окиси (Cr 2 O 3) с порошком алюминия. Начинающаяся при нагревании реакция идет по уравнению (алюмотермия):

Cr 2 O 3 +2Аl =Al 2 O 3 +2Сr+129 ккал

При алюмотермическом получении хрома к исходной Cr 2 O 3 обычно добавляют немного СrO 3 (чтобы процесс протекал энергичнее). В результате реакции образуются два слоя, из которых верхний содержит красную (от следов оксида хрома) окись алюминия, а нижний - примерно 99,5% хром. Восстановление MoO 3 и WO 3 водородом до металлов легко идет выше 500 °С.

Молибден и вольфрам могут быть получены восстановлением их окислов при высоких температурах углем или водородом. Аналогичным же образом может быть получен и хром:

Cr 2 O 3 +3H 2 →2Cr+3H 2 O

WO 3 +3H 2 →W+3H 2 O

MoO 3 +3H 2 →Mo+3H 2 O

Молибденит переводят MoO 3 обжигом на воздухе: 2MoS 2 + 70 2 = 4S0 2 +2MoO 3

Так же один из способов получение хрома- восстановление хромистого железняка углем:

Fe(Cr0 2) 2 +2С→2С0 2 +Fe+2Cr (получается сплав железа с хромом- феррохром).

Для получение особо чистого хрома из хромистого железняка сначала получают хромат, затем его переводят в дихромат (в кислой среде), затем дихромат восстанавливают углем (с образованием оксида хрома III), а затем- алюмотермия:

4Fe(Cr0 2) 2 +8Na 2 CO 3 +70 2 →8Na 2 CrO 4 +2Fe 2 O 3 +8С0 2

Na 2 Cr 2 O 7 +2C→Cr 2 O 3 +Na 2 CO 3 +С0

Cr 2 O 3 +2Аl=Al 2 O 3 +2Сr+129 ккал

В лаборатории чаще проводят другую реакцию:

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 →N 2 +Cr 2 O 3 +4H 2 O, а затем восстанавливают до хрома, как описано выше.

Это интересно:

Очень чистый хром может быть получен, например, перегонкой электролитически осажденного металла в высоком вакууме. Он пластичен, однако, уже при хранении на воздухе поглощает следы газов (0 2 , N 2 , Н 2) и теряет пластичность. Из руд С r, Мо и W обычно выплавляют не чистые металлы, а их высокопроцентные сплавы с железом. Исходным материалом для приготовления феррохрома (не менее 60% С r) является непосредственно хромистый железняк. Молибденит предварительно переводят в Mo O 3 , исходя из которой затем и готовят ферромолибден (не менее 55% Мо). Для получения ферровольфрама (65-80% W) могут служить бедные марганцем вольфрамиты.

Химические свойства:

По отношению к воздуху и воде Сг, Мо и W при обычных условиях вполне устойчивы. В обычных условиях все три металла заметно взаимодействуют лишь с фтором, но при достаточном нагревании более или менее энергично соединяются и с другими типичными металлоидами. Общим для них является отсутствие химического взаимодействия с водородом. При переходе в подгруппе сверху вниз (Сг-Mо-W) химическая активность металлов уменьшается. Особенно наглядно сказывается это на их отношении к кислотам. Хром растворим в разбавленных HCI и H 2 SO 4 . На молибден они не действуют, но в горячей крепкой H 2 SO 4 металл этот растворяется. Вольфрам устойчив по отношению ко всем обычным кислотам и их смесям (кроме смеси плавиковой и азотной кислот). Перевод молибдена и вольфрама в растворимое соединение легче всего осуществляется путем сплавления с селитрой и содой по схеме:

Э+ 3NaNO 3 +Na 2 CO 3 =Na 2 ЭO 4 +3NaNO 2 +С0 2

Полученный из вольфрамита путем подобного же сплавления с содой вольфрамат натрия разлагают соляной кислотой и выделившуюсяH 2 WO 4 прокаливают до перехода ее в WO 3 .

Все металлы образуют амфотерные оксиды:

4Cr+30 2 →2Cr 2 O 3

Это интересно :

Cr 2 O 3 собой очень тугоплавкое темно-зеленое вещество, нерастворимое не только в воде, но и в кислотах(с щелочами реагирует только в расплавах, с кислотами- только с сильными (например HCl и H 2 SO 4) и только, в мелкодисперсном состоянии), примеры- ниже. Благодаря своей интенсивной окраске и большой устойчивости к атмосферным влияниям окись хрома служит прекрасным материалом для изготовления масляных красок («хромовая зелень»).

2W+30 2 →2W0 3

2Mo+30 2 →2Mo0 3

4СrO 3 →2Cr 2 O 3 +30 2

Все элементы образуют соответствующие галогениды, путем непосредственного взаимодействия, где они проявляют степень окисления +3:

2Э+3Hal 2 →2ЭHal 3

РастворимостьMo0 3 и W0 3 в воде очень мала, но в щелочах они растворяются с образованием солей молибденовой и вольфрамовой кислот. Последние в свободном состоянии представляют собой почти нерастворимые порошки белого (Н 2 Мо0 4) или желтого (H 2 W0 4) цвета. При нагревании обе кислоты легко отщепляют воду и переходят в соответствующие оксиды.

Mo0 3 +2NaOH→Na 2 MoO 4 +H 2 O

W0 3 +2NaOH→Na 2 WO 4 +H 2 O

Так же аналогичные соли можно получить при сплавлении металлов с щелочами в присутствии окислителей:

2W+4NaOH+30 2 →2Na 2 WO 4 +2H 2 O

W+2NaOH+3NaNO 3 →Na 2 WO 4 +3NaNO 2 +H 2 O

Аналогично и для молибдена

2Mo+4NaOH+30 2 →2Na 2 MoO 4 +2H 2 O

Mo+2NaOH+3NaNO 3 →Na 2 MoO 4 +3NaNO 2 +H 2 O

По ряду Сr-Мо-W сила кислот H 2 ЭO 4 уменьшается. Большинство их солей малорастворимо в воде. Из производных чаще встречающихся металлов хорошо растворимы: хроматы - лишь Na + , К + , Mg 2+ иСа 2+ , молибдаты и вольфраматы - только Na + и К + . Хромовокислые соли окрашены, как правило, в светло-желтый цвет иона CrO 4 2- ,Cr 2 O 7 2- - в оранжевый; молибденовокислые и вольфрамовокислые - бесцветны.

Вольфрам растворяется только в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

W+10HF+4HNO 3 →WF 6 +WOF 4 +4NO+7H 2 O

На молибден же действует и концентрированная серная кислота:

2Mo+6H 2 SO 4(конц.) → Mo 2 (SO 4) 3 +3SO 2 +6H 2 O

На хром же действует как HCl, так и H 2 SO 4(разб.) , так и H 2 SO 4(конц.) , но концентрированная- только при нагревании, так как хром пассивируется концентрированной серной кислотой:

27H 2 SO 4(конц.) +16Cr=8Cr 2 (SO 4) 3 +24H 2 O+3H 2 S

2Cr+6HCl→2CrCl 3 +3H 2

3H 2 SO 4 +2Cr→Cr 2 (SO 4) 3 +3H 2

Будучи типичным кислотным ангидридом, СrO 3 растворяется в воде с образованием характеризующейся средней силой хромовой кислоты - H 2 CrO 4 (при недостатке СrO 3)(или дихромовой, при избыткеСrO 3 -H 2 Cr 2 O 7).Хромовый ангидрид ядовит и является очень сильным окислителем.

H 2 O+2СrO 3(изб.) →H 2 Cr 2 O 7

H 2 O+СrO 3(нед.) →H 2 CrO 4

2СrO 3 +12HCl→2CrCl 3 +3Cl 2 +6H 2 O

Кроме кислот типа H 2 CrO 4 (хроматы- соли) для хрома и его аналогов существуют также отвечающие общей формуле H 2 Cr 2 O 7 (соли- бихроматы).

Растворы бихроматов показывают кислую реакцию, обусловленную тем, что ион Cr 2 O 7 2- реагирует с водой по схеме

H 2 O+Cr 2 O 7 2- →2НCrO 4 → 2Н + +2CrO 4 2-

Как видно из уравнения, прибавление к раствору кислот (ионов Н +) должно смещать равновесие влево, а прибавление щелочей (ионов OH -)-вправо. В соответствии с этим из бихроматов легко получить хроматы, и наоборот, например по реакциям:

Na 2 Cr 2 O 7 +2NaОН = 2Na 2 CrO 4 +H 2 O

2K 2 CrO 4 +H 2 SO 4 =K 2 SO 4 +K 2 Cr 2 O 7 +H 2 O

Соли хромовых кислот в кислой среде являются сильными окислителями. Например, ими уже на холоде окисляется HI, а при нагревании - НВг и НСl, уравнение реакций в общем виде:

Na 2 CrO 4 +14НHal = 2NaHal + 2СrHal 3 +3Hal 2 +7H 2

Это интересно :

Обладающая очень сильным окислительным действием смесь равных объемов насыщенного на холоду раствора к K 2 Cr 2 O 7 и концентрированной H 2 SO 4 («хромовая смесь») применяется в лабораториях для мытья химической посуды.

При взаимодействии СrO 3 и газообразного хлороводорода образуется хлористый хромил (CrO 2 Cl 2), представляющий собой красно-бурую жидкость. Соединения такого состава известны также для Мо и W. С водой все они взаимодействуют по схеме

ЭO 2 Cl 2 +2H 2 O→H 2 ЭO 4 +2НСl

Значит, хлоистый хромил- хлорангидрид хромовой кислоты. Хлористый хромил является сильным окислителем.

CrO 2 Cl 2 +H 2 O+KCl→KCrO 3 Cl+2HC

Хром проявляет несколько степеней окисления(+2,+3,+4,+6).Производные молибдена и вольфрама, будут частично рассмотрены, только те, где эти металлы проявляют основную степень окисления:+6.

Это интересно :

Соединения, где хром и его аналоги проявляет степень окисления + 2 и +4 довольно экзотичны. Степени окисления +2 соответствует основный оксид CrO (чёрный). Соли Cr 2+ (растворы голубого цвета) получаются при восстановлении солей Cr 3+ или дихроматов цинком в кислой среде («водородом в момент выделения»).

Двуокиси аналогов хрома - коричневые Мо0 2 и W 0 2 - образуются в качестве промежуточных продуктов при взаимодействии соответствующих металлов с кислородом и могут быть получены также восстановлением их высших окислов газообразным аммиаком (они нерастворимы в воде и при нагревании на воздухе легко переходят в трёхоски):

Mo0 3 +H 2 →MoO 2 +H 2 O

3W0 3 +2NH 3 →N 2 +3H 2 O+3W0 2

2W0 3 +C→CO 2 +2W0 2

Так же, для получения оксида четырёхвалентного хрома, может быть использована следующая реакция:

2СrO 3 →2CrO 2 +0 2

Основной функции двуокисей отвечают галогениды четырёхвалентных молибдена и вольфрама. Образующийся в результате взаимодействия Мо0 2 с хлором при нагревании в присутствии угля коричневый МоС l 4 легко возгоняется в виде желтых паров:

Mo0 2 +2Cl 2 +2C→MoCl 4 +2CO

Как было указано выше для хрома более характерны соединения, где он проявляет степень окисления +:6 или +3.

Получают триокисд дихрома по реакции:

4Cr+30 2 →2Cr 2 O 3

Но, чаще Cr 2 O 3 и отвечающие хромовой кислоте соли обычно получают не из металла, а путем восстановления производных шестивалентного хрома, например, по реакции:

K 2 Cr 2 O 7 +3S0 2 +H 2 SO 4 =K 2 SO 4 +Cr 2 SO 4) 3 +H 2 O

Действием маленького количества щелочи на раствор Cr 2 (SO 4) 3 может быть получен темно-синий осадок малорастворимого в воде гидрата оксида хромаСr(ОН) 3 . Последний имеет ясно выраженный амфотерный характер. С кислотами он дает соли окиси хрома, а при действии избытка щелочей образует комплекс, с анионом[Сr(ОН) 6 ] 3- ,или, образуются соли- хромиты.Например:

Сr(ОН) 3 +ЗНСl=СrСl 3 +ЗH 2 O

Сr(ОН) 3 +КОН=К 3 [Сr(ОН) 6 ]+2H 2 O

Сr(ОН) 3 +КОН=КCrO 2 +2H 2 O

2NaCrO 2 +3Br 2 +8NaОН=6NaВr+2Na 2 CrO 4 +4H 2 O
Cr 2 (SO 4) 3 +ЗH 2 0 2 +10NaOH=3Na 2 SO 4 +2Na 2 CrO 4 +8H 2 O

5Cr 2 O 3 +6NaBrO 3 +2H 2 O=3Na 2 Cr 2 O 7 +2H 2 Cr 2 O 7 +ЗBr 2

Степени окисления хрома +6 отвечает оксид хрома: CrO 3 .Его можно получать по реакции:

K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4 → 2CrO 3 +K 2 SO 4 +H 2 O

Данному оксиду, как было описано выше отвечают 2 кислоты: хромовая и дихромовая. Основные производные этих кислот, которые необходимо знать -K 2 Cr 2 O 7 и Na 2 CrO 4 или Na 2 Cr 2 O 7 и K 2 CrO 4 .Обе данных соли являются очень хорошими окислителями:

2K 2 CrO 4 +3(NH 4) 2 S+8H 2 O=2Сr(ОН) 3 +3S+4КОН+ 6NH 4 ОН

K 2 Cr 2 O 7 +7H 2 SO 4 +6NaI→K 2 SO 4 +(Cr 2 SO 4) 3 +3Na 2 SO 4 +7H 2 O+3I 2

4H 2 0 2 +K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4 →CrO 5 +K 2 SO 4 +5H 2 O

Молекула CrO 5 имеет структуру. Это соль пероксида водорода.

Na 2 CrO 4 +BaCl 2 →BaCrO 4 ↓+2NaCl (качественная реакция на катион бария 2+, осадок желтого цвета)

K 2 Cr 2 O 7 +3Na 2 SO 3 +4H 2 SO 4 →Cr 2 (SO 4) 3 +K 2 SO 4 +3Na 2 SO 4 +4H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 +7H 2 SO 4 +3Na 2 S→3S +Cr 2 (SO 4) 3 +K 2 SO 4 +3Na 2 SO 4 +7H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 +4 H 2 SO 4 +3C 2 H 5 OH→ Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 +3CH3COH+7 H 2 O

3H 2 C=CH-CH 2 -CH 3 +5 K 2 Cr 2 O 7 +20 H 2 SO 4 =

3H 3 C-CH 2 -COOH+3C 0 2 +5 Cr 2 (SO 4) 3 +5 K 2 SO 4 + 23 H 2 O

Все производные шестивалентного хрома сильно ядовиты. При попадании на кожу или слизистые оболочки они вызывают местное раздражение (иногда с образованием язв), а при вдыхании в распыленном состоянии способствуют возникновению рака легких. Предельно допустимым их содержанием в воздухе производственных помещений считается 0,0001 мг/л.

Применение:

Введение Сr, Мо и W в состав сталей сильно увеличивает их твердость. Такие стали применяются главным образом при изготовлении ружейных и орудийных стволов, броневых плит, рессор и режущего инструмента. Обычно эти стали очень устойчивы также по отношению к различным химическим воздействиям.

Это интересно:

Примесь молибдена была обнаружена в старинных японских мечах, а вольфрама - в дамасских кинжалах. Уже небольшая присадка молибдена (порядка 0,25%) сильно улучшает механические свойства чугуна.

Сталь с содержанием 15-18% W, 2-5% Си и 0,6-0,8% С может быть сильно нагрета без потери твердости. При содержании более 10% Сr сталь почти не ржавеет. Поэтому из нее делают, в частности, лопатки турбин и корпуса подводных лодок. Сплав 35% Fe, 60% Сr и 5% Мо отличается своей кислотоупорностью. Еще в большей степени это относится к сплавам Мо с W, которые могут во многих случаях служить для замены платины. Сплав W с Аl («партиниум») применяется при изготовлении автомобильных и авиационных моторов. Сплавы на основе молибдена сохраняют механическую прочность при весьма высоких температурах (но нуждаются в защитном от окисления покрытии).Помимо введения в специальные стали, хром используется для покрытия металлических изделий, поверхность которых должна оказывать большое сопротивление износу (калибры и т. п). Подобное хромирование осуществляется электролитическим путем, причем толщина наносимых пленок хрома, как правило, не превышает 0,005 мм. Металлический молибден применяется главным образом в электровакуумной промышленности. Из него обычно делают подвески для нитей накала электроламп. Так как вольфрам является наиболее тугоплавким из всех металлов, он особенно пригоден для изготовления нитей электроламп, некоторых типов выпрямителей переменного тока (так называемых кенотронов) и антикатодов мощных рентгеновских трубок. Громадное значение имеет вольфрам также для производства различных сверхтвердых сплавов, употребляемых в качестве наконечников резцов, сверл и т. д.

Соли окиси хрома применяются главным образом в качестве протрав прикрашении тканей и для хромового дубления кож. Большинство их хорошо растворимо в воде. С химической стороны эти соли интересны тем, что цвет их растворов меняется в зависимости от условий (температуры раствора, его концентрации, кислотности и т. д.) от зеленого до фиолетового.

Редактор: Харламова Галина Николаевна

Хром , никель и молибден являются важнейшими легирующими элементами сталей . Их применяют в различных сочетаниях и получают различные категории легированных сталей: хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и тому подобные легированные стали.

Влияние хрома на свойства сталей

Стремление хром образовывать карбиды является средним среди других карбидообразующих легирующих элементов . При низком соотношении Cr/C содержания хрома по отношению к железу образуется только цементит вида (Fe,Cr) 3 C. С увеличением отношения содержания хрома и углерода в стали Cr/C появляются хромистые карбиды вида (Cr,Fe) 7 C 3 или (Cr,Fe) 2 3C 6 или оба. Хром повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах, а также повышает сопротивление абразивному износу высокоуглеродистых сталей.

Карбиды хрома являются и износостойкими. Именно они обеспечивают стойкость стальным лезвиям – не зря из хромистых сталей изготавливают лезвия ножей. Сложные хроможелезистые карбиды входят в твердый раствор аустенита очень медленно – поэтому при нагреве таких сталей под закалку требуется более длительная выдержка при температуре нагрева. Хром по праву считается самым важным легирующим элементом в сталях. Добавление хрома в стали побуждает примеси, такие как фосфор, олово, сурьма и мышьяк сегрегировать к границам зерен, что может вызвать в сталях отпускную хрупкость.

Влияние никеля на свойства сталей

Никель не образует в сталях карбидов. В сталях он является элементом, способствующим образованию и сохранению аустенита . Никель повышает упрочняемость сталей. В комбинации с хромом и молибденом никель еще больше повышает способность сталей к термическому упрочнению, способствует повышению вязкости и усталостной прочности сталей. Растворяясь в феррите никель повышает его вязкость. Никель увеличивает сопротивление коррозии хромоникелевых аустенитных сталей в неокисляющих кислотных растворах.

Влияние молибдена на свойства сталей

Молибден с готовностью образует в сталях карбиды. Он растворяется в цементите только немного. Молибден образует карбиды молибдена, как только содержание углерода в стали становится достаточно высоким. Молибден способен обеспечивать дополнительное термическое упрочнение в ходе отпуска закаленных сталей. Он повышает сопротивление сталей ползучести низколегированных при высоких температурах.

Добавки молибдена способствуют измельчению зерна сталей, повышают упрочняемость сталей термической обработкой, увеличивают усталостную прочность сталей. Легированные стали с содержанием молибдена 0,20-0,40 % или такое же количество ванадия замедляют возникновение отпускной хрупкости, но не устраняют ее полностью. Молибден повышает коррозионную стойкость сталей и поэтому широко применяется в высоколегированных ферритных нержавеющих сталях и в хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталях. Высокое содержание молибдена снижает склонность нержавеющей стали к точечной (питтинговой) коррозии. Молибден оказывает очень сильное упрочнение твердого раствора аустенитных сталей, которые применяются при повышенных температурах.

Любые молибденовые сплавы относятся к тяжелым, учитывая присутствие тугоплавкого металла в качестве основы. Чистый молибден с присадками или соединение, легированное другими металлами, имеет высокие прочностные характеристики, обладает устойчивостью к внешним факторам окружающей среды, коррозии, воздействию экстремально высоких температур.

Химические свойства и характеристики

Молибден занимает особое место в ряду металлов. С его помощью удаётся получать сплавы , которые используются в точных измерительных приборах, противовесах, реактивных двигателях, экранах плавильных печей, в самых разнообразных механизмах и ответственных установках.

Mo располагается в 5-й группе и 5-м периоде в таблице химических элементов Менделеева. Плотность при обычной комнатной температуре составляет 10.200 кг/м3, а показатели температуры плавления достигают 2620±10°С. Он передаёт сплавам удивительные свойства: термостойкость, прочность, надёжность, малый коэф. расширения при воздействии высоких температур, незначительное сечение захвата нейронов. При этом по показателям теплопроводности уступает меди, но становится впереди железа. В плане обработки является более простым, по сравнению с вольфрамом. Но последний тугоплавкий металл демонстрирует лучшую механическую прочность.

По своим свойствам и характеристикам молибденовые сплавы максимально приближены к чистому металлу, особенно если основа занимает большой процент от общей массы. Сплавы вольфрам-молибден вовсе наделены лучшими свойствами обоих элементов. При варьировании соотношений тугоплавких металлов в одном соединении можно получать полуфабрикат либо готовое изделие с нужными параметрами.

Одним из существенных недостатков Mo технологи выделяют подверженность окислению при температуре выше 500°С. При этом легирование хоть и не позволяет решить полностью эту проблему, зато помогает повысить показатели жаропрочности и уменьшить хрупкость (например, путём введения оксида лантана), увеличить время нахождения детали в условиях повышенной нагрузки. При добавлении определённых компонентов увеличивается время рекристаллизации.

Виды и особенности сплавов

Вольфрам-молибден. Из соединения на основе тугоплавких металлов получают тигли и экструдированные заготовки, горячекатаные листы, пластины, кольца, детали для оснастки высокотемпературных и водородных печей, распыляемых мишеней. При определённой обработке можно получить изделия сложной формы.
Никель-молибденовые сплавы. Наиболее распространённое сочетание, выпускается различных марок. Применимы для легирования сталей, они распространены в изготовлении контейнеров/ёмкостей для радиоактивных элементов, обладая большим коэффициентом поглощения гамма-лучей, чем свинец. Легирование в данном случае более экономически выгодное, если сравнивать в использованием чистого Mo. При этом характеристики готовых изделий практически идентичны. Коллиматоры, дозиметрическое оборудование и защитные блоки/экраны также изготавливают из таких сплавов.
Соединения хром-молибден. Хром повышает прочность соединения, делает его жаростойким и кислотоупорным. Сплавы с добавлением кобальта используют при производстве искусственных зубов, коронок, мостов. Твёрдые, но при этом в меру эластичные соединения не подвергаются коррозии, не вступают в реакцию с биологическими жидкостями, пищей и напитками.

Помимо приобретения молибденовых сплавов с никелем, вольфрамом и другими металлами, возможен заказ дополнительных услуг – обработка полуфабрикатов и готовых деталей различными механическими и химическими способами для придания им определённых качеств.

Как выгодно купить молибденовый сплав?

В компании можно заказать изготовление тяжелых сплавов на основе тугоплавких металлов. Купить молибденовый сплав можно и распространённой, и редкой марки. Перед заказом рекомендуем обратиться к специалистам компании. Многолетний опыт технологом и чёткая отлаженная производственная линий дают возможность строго соблюдать регламенты ГОСТ при изготовлении порошка, заготовок в виде слитков и штабиков, а также любых сложных изделий из хром-молибденовых сплавов, соединений с включением никеля, вольфрама и проч. металлов в состав. Звоните прямо сейчас – узнайте о возможности оформления заявки на партию нужного объёма либо на изготовление деталей по индивидуальным чертежам.

Металлы VI группы побочной подгруппы (Cr, Mo, W). Хром молибден

Хром, молибден, вольфрам

Данной статье будет рассмотрен хром и его подгруппа: молибден и вольфрам. По содержанию в земной коре хром (6∙10-3 %), молибден (3∙10-4 %) и вольфрам (6∙10-4%) относятся к довольно распространенным элементам. Встречаются они исключительно в виде соединений.Основной рудой хрома является природный хромистый железняк (FeO∙Cr2O3). Из молибденовых руд наиболее важен минерал молибденит (MoS2), из руд вольфрама - минералы вольфрамит (xFeWO4∙zMnWO4) и шеелит (CaWO4). Природный хром состоит из изотопов с массовыми числами 50 (4,3%), 52 (83,8%, 53 (9,5%), 54 (2,4%), молибден - из изотопов 92 (15,9%), 94 (9,1%), 95 (15,7%), 96 (16,5%), 97 (9,5%), 98 (23,7%). 100 (9,6%), а вольфрам - из изотопов 180 (0,1%), 182 (26,4%), 183 (14,4%), 184 (30,7%), 186 (28,4%).

Физические свойства:

Получение:

Для получения элементарного хрома удобно исходить из смеси его окиси (Cr2O3) с порошком алюминия. Начинающаяся при нагревании реакция идет по уравнению (алюмотермия):

Cr2O3+2Аl =Al2O3+2Сr+129 ккал

При алюмотермическом получении хрома к исходной Cr2O3 обычно добавляют немного СrO3 (чтобы процесс протекал энергичнее). В результате реакции образуются два слоя, из которых верхний содержит красную (от следов оксида хрома) окись алюминия, а нижний - примерно 99,5% хром. Восстановление MoO3 и WO3 водородом до металлов легко идет выше 500 °С.

Cr2O3+3h3→2Cr+3h3O

WO3+3h3→W+3h3O

MoO3+3h3→Mo+3h3O

Молибденит переводят MoO3 обжигом на воздухе: 2MoS2+ 702 = 4S02+2MoO3

Так же один из способов получение хрома- восстановление хромистого железняка углем:

Fe(Cr02)2+2С→2С02+Fe+2Cr (получается сплав железа с хромом- феррохром).

4Fe(Cr02)2+8Na2 CO3+702→8Na2CrO4+2Fe2O3+8С02

Na2Cr2O7+2C→Cr2O3+Na2CO3+С0

Cr2O3+2Аl=Al2O3+2Сr+129 ккал

В лаборатории чаще проводят другую реакцию:

(Nh5)2Cr2O7→N2+Cr2O3+4h3O, а затем восстанавливают до хрома, как описано выше.

Это интересно:

Очень чистый хром может быть получен, например, перегонкой электролитически осажденного металла в высоком вакууме. Он пластичен, однако, уже при хранении на воздухе поглощает следы газов (02, N2, Н2) и теряет пластичность. Из руд Сr, Мо и W обычно выплавляют не чистые металлы, а их высокопроцентные сплавы с железом. Исходным материалом для приготовления феррохрома (не менее 60% Сr) является непосредственно хромистый железняк. Молибденит предварительно переводят в MoO3, исходя из которой затем и готовят ферромолибден (не менее 55% Мо). Для получения ферровольфрама (65-80% W) могут служить бедные марганцем вольфрамиты.

Химические свойства:

По отношению к воздуху и воде Сг, Мо и W при обычных условиях вполне устойчивы. В обычных условиях все три металла заметно взаимодействуют лишь с фтором, но при достаточном нагревании более или менее энергично соединяются и с другими типичными металлоидами. Общим для них является отсутствие химического взаимодействия с водородом. При переходе в подгруппе сверху вниз (Сг-Mо-W) химическая активность металлов уменьшается. Особенно наглядно сказывается это на их отношении к кислотам. Хром растворим в разбавленных HCI и h3SO4. На молибден они не действуют, но в горячей крепкой h3SO4 металл этот растворяется. Вольфрам устойчив по отношению ко всем обычным кислотам и их смесям (кроме смеси плавиковой и азотной кислот). Перевод молибдена и вольфрама в растворимое соединение легче всего осуществляется путем сплавления с селитрой и содой по схеме:

Э+ 3NaNO3+Na2CO3=Na2ЭO4+3NaNO2+С02

Полученный из вольфрамита путем подобного же сплавления с содой вольфрамат натрия разлагают соляной кислотой и выделившуюсяh3WO4 прокаливают до перехода ее в WO3.

Все металлы образуют амфотерные оксиды:

4Cr+302→2Cr2O3

Это интересно:

Cr2O3 собой очень тугоплавкое темно-зеленое вещество, нерастворимое не только в воде, но и в кислотах(с щелочами реагирует только в расплавах, с кислотами- только с сильными (например HCl и h3SO4) и только, в мелкодисперсном состоянии), примеры- ниже. Благодаря своей интенсивной окраске и большой устойчивости к атмосферным влияниям окись хрома служит прекрасным материалом для изготовления масляных красок («хромовая зелень»).

4СrO3 →2Cr2O3+302

2Э+3Hal2→2ЭHal3

РастворимостьMo03 и W03 в воде очень мала, но в щелочах они растворяются с образованием солей молибденовой и вольфрамовой кислот. Последние в свободном состоянии представляют собой почти нерастворимые порошки белого (Н2Мо04) или желтого (h3W04) цвета. При нагревании обе кислоты легко отщепляют воду и переходят в соответствующие оксиды.

Mo03+2NaOH→Na2MoO4+h3O

W03+2NaOH→Na2WO4+h3O

Так же аналогичные соли можно получить при сплавлении металлов с щелочами в присутствии окислителей:

2W+4NaOH+302→2Na2WO4+2h3O

W+2NaOH+3NaNO3→Na2WO4+3NaNO2+h3O

Аналогично и для молибдена

2Mo+4NaOH+302→2Na2MoO4+2h3O

Mo+2NaOH+3NaNO3→Na2MoO4+3NaNO2+h3O

По ряду Сr-Мо-W сила кислот h3ЭO4 уменьшается. Большинство их солей малорастворимо в воде. Из производных чаще встречающихся металлов хорошо растворимы: хроматы - лишь Na+, К+, Mg2+ иСа2+, молибдаты и вольфраматы - только Na+ и К+. Хромовокислые соли окрашены, как правило, в светло-желтый цвет иона CrO42-,Cr2O72- - в оранжевый; молибденовокислые и вольфрамовокислые - бесцветны.

Вольфрам растворяется только в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

W+10HF+4HNO3→WF6+WOF4+4NO+7h3O

На молибден же действует и концентрированная серная кислота:

2Mo+6h3 SO4(конц.)→ Mo2 (SO4)3+3SO2+6h3O

На хром же действует как HCl, так и h3SO4(разб.), так и h3SO4(конц.), но концентрированная- только при нагревании, так как хром пассивируется концентрированной серной кислотой:

27h3SO4(конц.)+16Cr=8Cr2(SO4)3+24h3O+3h3S

2Cr+6HCl→2CrCl3+3h3

3h3 SO4+2Cr→Cr2(SO4)3+3h3

Будучи типичным кислотным ангидридом, СrO3растворяется в воде с образованием характеризующейся средней силой хромовой кислоты - h3CrO4 (при недостатке СrO3)(или дихромовой, при избыткеСrO3-h3Cr2O7).Хромовый ангидрид ядовит и является очень сильным окислителем.

h3O+2СrO3(изб.)→h3Cr2O7

h3O+СrO3(нед.)→h3CrO4

2СrO3+12HCl→2CrCl3+3Cl2+6h3O

Кроме кислот типа h3CrO4 (хроматы- соли) для хрома и его аналогов существуют также отвечающие общей формуле h3Cr2O7 (соли- бихроматы).

Растворы бихроматов показывают кислую реакцию, обусловленную тем, что ион Cr2O72- реагирует с водой по схеме

h3O+Cr2O72-→2НCrO4→ 2Н++2CrO42-

Как видно из уравнения, прибавление к раствору кислот (ионов Н+) должно смещать равновесие влево, а прибавление щелочей (ионов OH-)-вправо. В соответствии с этим из бихроматов легко получить хроматы, и наоборот, например по реакциям:

Na2 Cr2O7+2NaОН = 2Na2CrO4+h3O

2K2CrO4+h3SO4=K2SO4+K2Cr2O7+h3O

Na2 CrO4+14НHal = 2NaHal + 2СrHal3+3Hal2+7h3

Это интересно:

Обладающая очень сильным окислительным действием смесь равных объемов насыщенного на холоду раствора к K2Cr2O7 и концентрированной h3SO4(«хромовая смесь») применяется в лабораториях для мытья химической посуды.

При взаимодействии СrO3 и газообразного хлороводорода образуется хлористый хромил (CrO2Cl2), представляющий собой красно-бурую жидкость. Соединения такого состава известны также для Мо и W. С водой все они взаимодействуют по схеме

ЭO2 Cl2+2h3O→h3ЭO4+2НСl

Значит, хлоистый хромил- хлорангидрид хромовой кислоты. Хлористый хромил является сильным окислителем.

CrO2Cl2+h3O+KCl→KCrO3Cl+2HC

Это интересно:

Соединения, где хром и его аналоги проявляет степень окисления + 2 и +4 довольно экзотичны.Степени окисления +2 соответствует основный оксид CrO (чёрный). Соли Cr2+ (растворы голубого цвета) получаются при восстановлении солей Cr3+ или дихроматов цинком в кислой среде («водородом в момент выделения»).

Двуокиси аналогов хрома - коричневые Мо02 и W02 - образуются в качестве промежуточных продуктов при взаимодействии соответствующих металлов с кислородом и могут быть получены также восстановлением их высших окислов газообразным аммиаком (они нерастворимы в воде и при нагревании на воздухе легко переходят в трёхоски):

Mo03+h3→MoO2+h3O

3W03+2Nh4→N2+3h3O+3W02

2W03+C→CO2+2W02

Так же, для получения оксида четырёхвалентного хрома, может быть использована следующая реакция:

2СrO3 →2CrO2+02

Основной функции двуокисей отвечают галогениды четырёхвалентных молибдена и вольфрама. Образующийся в результате взаимодействия Мо02 с хлором при нагревании в присутствии угля коричневый МоСl4 легко возгоняется в виде желтых паров:

Mo02+2Cl2+2C→MoCl4+2CO

Как было указано выше для хрома более характерны соединения, где он проявляет степень окисления +:6 или +3.

Получают триокисд дихрома по реакции:

4Cr+302→2Cr2O3

Но, чаще Cr2O3 и отвечающие хромовой кислоте соли обычно получают не из металла, а путем восстановления производных шестивалентного хрома, например, по реакции:

K2Cr2O7+3S02+h3SO4=K2SO4+Cr2SO4)3+h3O

Действием маленького количества щелочи на раствор Cr2(SO4)3 может быть получен темно-синий осадок малорастворимого в воде гидрата оксида хромаСr(ОН)3. Последний имеет ясно выраженный амфотерный характер. С кислотами он дает соли окиси хрома, а при действии избытка щелочей образует комплекс, с анионом[Сr(ОН)6 ]3-,или, образуются соли- хромиты.Например:

Сr(ОН)3+ЗНСl=СrСl3+Зh3O

Сr(ОН)3+КОН=К3[Сr(ОН)6]+2h3O

Сr(ОН)3+КОН=КCrO2+2h3O

2NaCrO2+3Br2+8NaОН=6NaВr+2Na2CrO4+4h3O Cr2(SO4)3+Зh302+10NaOH=3Na2SO4+2Na2CrO4+8h3O

5Cr2O3+6NaBrO3+2h3O=3Na2Cr2O7+2h3Cr2O7+ЗBr2

Степени окисления хрома +6 отвечает оксид хрома: CrO3.Его можно получать по реакции:

K2Cr2O7+h3SO4→ 2CrO3+K2SO4+h3O

Данному оксиду, как было описано выше отвечают 2 кислоты: хромовая и дихромовая. Основные производные этих кислот, которые необходимо знать -K2Cr2O7 и Na2CrO4 или Na2Cr2O7 и K2CrO4.Обе данных соли являются очень хорошими окислителями:

2K2CrO4+3(Nh5)2S+8h3O=2Сr(ОН)3+3S+4КОН+ 6Nh5ОН

K2Cr2O7+7h3SO4+6NaI→K2SO4+(Cr2SO4)3+3Na2SO4+7h3O+3I2

4h302+K2Cr2O7+h3SO4 →CrO5+K2SO4+5h3O

Молекула CrO5 имеет структуру. Это соль пероксида водорода.

Na2CrO4+BaCl2→BaCrO4↓+2NaCl (качественная реакция на катион бария 2+, осадок желтого цвета)

K2Cr2O7+3Na2 SO3+4h3SO4→Cr2(SO4)3+K2SO4+3Na2 SO4+4h3O

K2Cr2O7+7h3 SO4+3Na2S→3S +Cr2(SO4)3+K2SO4+3Na2SO4+7h3O

K2Cr2O7+4h3SO4+3C2H5OH→Cr2(SO4)3+K2SO4+3Ch4COH+7h3O

3h3C=CH-Ch3-Ch4+5K2Cr2O7+20h3SO4=

3h4C-Ch3-COOH+3C02+5Cr2(SO4)3+5K2SO4+ 23h3O

Применение:

Это интересно:

Редактор: Харламова Галина Николаевна

www.teslalab.ru

что дает хром, никель и молибден

Хром, никель и молибден являются важнейшими легирующими элементами сталей. Их применяют в различных сочетаниях и получают различные категории легированных сталей: хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и тому подобные легированные стали.

Влияние хрома на свойства сталей

Стремление хром образовывать карбиды является средним среди других карбидообразующих легирующих элементов. При низком соотношении Cr/C содержания хрома по отношению к железу образуется только цементит вида (Fe,Cr)3C. С увеличением отношения содержания хрома и углерода в стали Cr/C появляются хромистые карбиды вида (Cr,Fe)7C3 или (Cr,Fe)23C6 или оба. Хром повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к коррозии и окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах, а также повышает сопротивление абразивному износу высокоуглеродистых сталей.

Влияние никеля на свойства сталей

Никель не образует в сталях карбидов. В сталях он является элементом, способствующим образованию и сохранению аустенита. Никель повышает упрочняемость сталей. В комбинации с хромом и молибденом никель еще больше повышает способность сталей к термическому упрочнению, способствует повышению вязкости и усталостной прочности сталей. Растворяясь в феррите никель повышает его вязкость. Никель увеличивает сопротивление коррозии хромоникелевых аустенитных сталей в неокисляющих кислотных растворах.

Влияние молибдена на свойства сталей

Источник: Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies, ed. G. E. Totten, 2006

steel-guide.ru

Хром, молибден, вольфрам

	МеталлыVIБ-подгруппы
		Общая характеристика
		VI Б подгруппу образуют d-элементы: Cr, Mo, W.

		Валентные электроны:



	кислород	Переход одного электрона с ns-орбиталина(n–1)dобу-

		словлен устойчивостью электронной конфигурации d
		Простые вещества – металлы, серебристо-серые,
		тяжелые, с высокими температурами плавления, которые
		тяжелые, с высокими температурами плавления, которые

		повышаются при переходе от Сr	к W. Вольфрам самый
		повышаются при переходе от Сr	к W. Вольфрам самый
		тугоплавкий металл (температура плавления 3410оС).

		Элементы Mo и W более сходны между собой,

	молибден	чем с хромом. У Mo и W наиболее устойчива высшая
		степень окисления и распространены соединения в
		степень окисления и распространены соединения в

		степени окисления + 6.
		Для Cr известны степени окисления: 3, 6 и ма-
		Для Cr известны степени окисления: 3, 6 и ма-
		лоустойчивая +2. Степень окисления +3 наиболее ус-
	вольфрам	лоустойчивая +2. Степень окисления +3 наиболее ус-
	вольфрам
		тойчива. Соединения Cr(+6) – сильные окислители, а

		соединения Cr(+2) – восстановители.
		соединения Cr(+2) – восстановители.
		Наибольшее сходство элементы VIБ–подгруппы
		Наибольшее сходство элементы VIБ–подгруппы

		проявляют в высшей степени окисления, оно выража-
		ется в кислотном характере высших оксидов и гидрокси-
		ется в кислотном характере высших оксидов и гидрокси-
дов и в способности оксоанионов к полимеризации.

2CrO42– + 2H+  Cr2O72–

7MoO42– +8 H+  Mo7O246–

12WO42– +14 H+  W12O4110– + 7h3O

Элемент Сr достаточно распространен, его содержание в земной коре

составляет около 0,01 %. Содержание Mo и W составляет ~10 – 4%.

Исполнитель:

Мероприятие №

В природе преобладают соединения Cr(+3). Наибольшее значение имеет смешанный оксидFeO Cr2O3 (минерал хромит). Среди природных соединений

Mo и W преобладают соединения Me(+6): CaWO4 – шеелит, (Fe,Mn)WO4 –

вольфрамит, повелит – CaMoO4 . Для получения Mo используют также молиб-

денит – MoS2. Среди природных соединений Cr известен минерал, в котором хром находится в степени окисления +6 – крокоит PbCrO4. В составе этого минерала был впервые открыт элемент Cr.

Наибольшее практическое значение из металлов VIБ– подгруппы

имеет хром.

Характерные степени окисления

Наиболее устойчивой является степень окисления + 3. Соединения Cr(+6)

– сильные окислители. Соединения Cr(+2) неустойчивы, в водных раство-

рах они окисляются до Cr(+3), восстанавливая воду.

Кислотно-основнойхарактер оксидов и гидроксидов Cr закономерно из-

меняется в зависимости от степени окисления: в степени окисления +3 оксид и гидроксид – амфотерны, а в высшей степени окисления имеют кислотный ха-

В водных растворах Cr(+3) существует в виде аквакатионов 3+,

которые для простоты обозначают Cr3+.

Хром в высоких степенях окисления находится в растворе в форме ок-

соанионов: CrO42– иCr2O72–.

Природные соединения и получение металла

Минерал хромит FeO Cr2O3 используют для получения хрома и сплава хрома с железом - феррохрома, необходи-

мого для изготовления нержавеющих ста-

Рис. Хромит FeO.Cr2O3 – основной минерал, используемый для получения Cr

Для получения феррохрома хромит восстанавливают углем.

FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO

Вместе с оксидами Cr восстанавливаются и оксиды Fe, содержащиеся в руде. Получе-

ние хрома с минимальным содержанием Fe

и С включает несколько стадий:

Окислительная щелочная плавка:

4FeCr2O4 + 20NaOH(расплав) + 7O2 = 8Na2CrO4 + 4Na2FeO2 + 10h3O

Плав после охлаждения выщелачивают водой и осаждают в виде Na2Cr2O7. 2Na2CrO4 + Н2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + h3O

Na2Cr2O7 + 2C = Na2CO3 + Сr2O3 + CO

Затем оксид Сr2O3 восстанавливают алюминием:

Сr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3

Простое вещество

Хром – светло-серыйс голубоватым блеском металл с температурой плавления 1857ОС. Плотность – 7,2 г/см3. Хром является очень твердым и ус-

тойчивым к коррозии металлом. На воздухе он покрывается тонкой и плотной пленкой инертного оксида Cr2O3 и практически не окисляется, даже в присут-

ствии влаги. В кислороде при высокой температуре хром сгорает с образовани-

ем оксида Cr2O3.

При нагревании хром реагирует с галогенами и серой, азотом.

Электродный потенциал Ео (Cr3+/Cr) = – 0,74 В, хром растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода.

В концентрированных серной и азотной кислотах хром пассивируется.

Соединения хрома

Соединения хрома в подавляющем большинстве окрашены.

Соединения хрома (+3) имеют цвет от фиолетового до зеленого, а

соединения хрома (+6) _ от желтого до красного.Из-закрасивых и разнооб-

разных окрасок своих соединений элемент и получил свое название – «хром»,

что в переводе с греческого означает «цвет».

Соединения хрома (+6)

Все соединения Cr(+6) проявляют сильные окислительные свойства.

Оксид CrO3 – темно-красноекристаллическое вещество, оксид гигро-

скопичен и сильно ядовит.

Получают CrO3 по реакции:

K2CrO4 + 2Н2SO4 (конц.) = 2KHSO4 + CrO3 + h3O

С водой оксид CrO3 реагирует с образованием двух кислот h3CrO4 и

Н2Cr2O7, известных только в растворе.

В водном растворе устанавливается равновесие:

Cr2O72– + h3O2HCrO4– CrO42–- + 2Н+

В щелочных растворах более устойчив CrO42–- (желтого цвета), в интер-

вале рН от 2 до 6 сосуществует в равновесии с Cr2O72– (оранжевого цвета) и

HCrO4– ионы, в кислых растворах преобладаютдихромат-ионыCr2O72–.

При подкислении раствора концентрированной серной кислотой из него выпадают красные кристаллы CrO3.

Рис. Растворы солей Cr(+6). В щелочных растворах преобладают желтые хроматы, а в кислых – оранжевые дихроматы.

В щелочной среде соединения хрома (VI) получают окислением хрома (+3):

2 Na3 + 3h3O2 = 2Na2CrO4 + 8h3O + 2NaOH

Хромат калия K2CrO4 – кристаллизуется в виде безводных желто-

лимонных кристаллов. Бихромат калия K2Cr2O7 – в виде безводных оранжевых пластинок. При обычных температурах его растворимость сравнительно мала и сильно увеличивается с ростом температуры (от 4,6 г на 100 г воды при 0оС до

94,1 г при 100оС).

Бихромат аммония (Nh5)2Cr2O7 при нагревании до 200оС энергично сго-

рает с образование тонкодисперсной окиси хрома(+3). (Nh5)2Сr2O7 = Cr2O3 + 4h3O + N2

Бихроматы и хроматы являются сильными окислителями.

Сr2O72– + 14H+ +6 e– = 2Cr3++ 7h3O; (E0= +1,33 В). CrO42– + 4h3O +3e– = Cr(OH)3 + 5OН– ; (E0= +0,13 В).

Галогензамещенные хроматы

Хлористый хромил CrO2Сl2 – представляет собойтемно-краснуюжид-

кость с температурой кипения 117 оС. Это соединение образуется при дейст-

вии газообразного HCl на сухую трехокись хрома:

2HCl + CrO3 = CrO2Сl2 + h3O или

K2Cr2O7 + 3h3SO4 + 4KCl = 2CrO2Сl2 + 3K2SO4 + 3h3O

Водой хлористый хромил разлагается с выделением тепла.

Хлорохромат калия К получают добавлением избытка концен-

трированной соляной кислоты к бихромату калия:

K2Cr2O7 + 2HCl = 2K

Пероксохроматы

При взаимодействии соединений Сr(VI) с перекисью водорода в зависи-

мости от условий проведения реакции можно получать различные пероксохроматы: красные 3– и синие2–.

Красный пероксохромат калия K3CrO8 получают при взаимодействии

30% -нойперекиси водорода на сильнощелочной раствор хромата калия.

Синий пероксохромат калия K2Cr2O12 получают при взаимодействии

30% -нойперекиси водорода на раствор бихромата калия, охлажденный до 0oC.

Синяя перекись хрома CrO5 известна в растворах и продуктах присоеди-

нения (например, с пиридином).

В водном растворе при обычной температуре пероксохроматы неустой-

чивы и разлагаются с выделением кислорода.

Соединения хрома (+3)

Оксид Cr2O3 – наиболее устойчивое соединение Cr(+3). Это кристал-

лическое темно-зеленоевещество, нерастворимое в воде. Оксид Cr2O3, полу-

ченный при высокой температуре, является очень инертным соединением и не растворяется в водных растворах кислот и щелочей. Оксид взаимодействует с расплавами щелочей с образованием оксохромита:

Cr2O3(кр.) + 2NaOH(ж.) = 2NaCrO2(кр.) + h3O(г.)

При растворении оксохромита в щелочном растворе он переходит в гид-

роксокомплекс:

NaCrO2(кр.) +2h3O(ж.) = Na(р.)

Гидроксид хрома (+3) выпадает в видесеро-зеленогоосадка неопреде-

ленного состава Cr2O3 nh3O при добавлении щелочи к растворам солей Cr (+3).

При слабом нагревании он переходит в гидроксид, состав которого более соот-

ветствует формуле CrOOH, но чаще всего гидроксид хрома (+3) описывают условной формулой Cr(OH)3.

При нагревании Cr2O3 nh3O выше 150оС он разлагается на воду и оксид

Гидроксид хрома (+3) амфотерен. При его растворении

вкислоте образуются катионы Cr3+,вернее, 3+,

вщелочи - комплексные анионы ─ , при большом избытке щелочи образуются анионы 3 ─.

Соли хрома (+3) в растворе могут быть окрашеныпо-разному,по-

скольку часть молекул воды в аквакатионе может легко замещаться на анио-

ны, например, аквакатион 3+ – фиолетовый, а + –темно-

Из водных растворов соли хрома(+3) кристаллизуются в виде кристалло-

гидратов, например: Cl3 – фиолетового цвета, Cl2 h3O –

бледно-зеленогоцвета и Cl 2h3O –темно-зеленогоцвета.

Хромовые квасцы KCr(SO4)2 12h3Oкристаллизуются из смешанного раствора сульфата хрома и сульфата калия, по составу и кристаллической структуре полностью соответствуют алюмокалиевым квасцам

KAl(SO4)2 12h3O.

Безводный хлорид хрома CrСl3 – блестящие листочки красно-

фиолетового цвета.

Удобным способом получения безводного CrCl3 является взаимодейст-

вие кристаллогидрата Cr(+3) с четыреххлористым углеродом:

Cl 2h3O + CCl4 → CrCl3 + h3O + ....или

Cr2O3 + 3CCl4 = 2CrCl3 + 3СOCl2

Соли хрома (+3) в водных растворах в сильной степени подвержены гидролизу и создают в растворе кислую среду. Если в растворе присутству-

ют также анионы очень слабых и летучих кислот CO32─, SO32─, S2─, гидролиз за-

вершается образованием гидроксида:

2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3h3O = 2Cr(OH)3 + 3CO2 + 6NaCl

Степень окисления (+3) у хрома более устойчива, чем (+6). Но под дейст-

вием сильных окислителей хром (+3) можно окислить до хрома (+6). Окисление легче проходит в щелочной среде.

(Cr3+, ─) + окислитель + щелочь CrO42─

Ярко выраженная способность трехвалентного хрома к образованию комплексных соединений особенно отчетливо проявляется в комплексных про-

дуктах присоединения аммиака, например 3+. Известно большое чис-

ло многоядерных комплексов, содержащие гидроксильные или кислородные мостики:

[(Nh4)5Cr(OH)Cr(Nh4)5]5+ → [(Nh4)5CrOCr(Nh4)5]4+ (при pH>7)

Соединения хрома (+2)

В водных растворах соединения Cr(+2) сильные и быстродействую-

щие восстановители.

Водные растворы Cr(+2) используют в качестве поглотителей кисло-

Безводные галогениды Cr(+2) получают взаимодействием металла с HCl, HBr или с I2 с при 600 – 700оС или восстановлением безводных CrX3 (где Х =

Cl, Br, I) водородом при 600 –700оС:

Cr + 2HX = CrX2 + h3

2CrX3 + h3 = 2CrX2 + 2HX

Одним из самых доступных и кинетически устойчивых соединений

Cr(+2) является . Его легко выделить при добавлении к концентрированному раствору ацетата калия в инертной атмосфере водного раствора CrX2. Твердая фаза соединения Cr(+2) образована двухядерными мо-

лекулами .

Для оценки окислительно-восстановительныхсвойств соединений хрома можно воспользоваться диаграммой Латимера.

Диаграмма Латимера (рH<7)

УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ

1.Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия: Учебник для вузов /

Б.Д. Степин, А.А. Цветков.– М.: Высш. шк., 1994.- 608 с.: ил.

2.Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия: Учебник для студен-

тов вузов / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. - 4-еизд., стер. - М.: Химия,

2000. - 592 с.: ил.

3.Угай Я.А. Общая и неорганическая химия: Учебник для студентов вузов,

обучающихся по направлению и специальности "Химия" / Я.А. Угай. - 3-е

изд., испр. - М.: Высш. шк., 2007. - 527 с.: ил.

4.Никольский А.Б., Суворов А.В. Химия. Учебник для вузов /

А.Б. Никольский, А.В. Суворов.– СПб: Химиздат, 2001. - 512 с.: ил.

studfiles.net

Материалы изготовления велосипедных рам - OUTDOOR TIME

Покупая велосипед – вы покупаете раму. У 95% производителей все навесное оборудование ставится других фирм. Это позволяет сосредоточиться на улучшении геометрии и производстве. Существует ряд фирм, которые не жалеют средств на разработку и технологии, например Cannondale, Speshilazed или Scott.

Итак, покупая велосипед – смотрите на раму. Если для вас это первый велосипед, или у вас нет нацеленности на гонки профессионального уровня, у вас будет весьма ограниченный выбор. Разбирать геометрию в этой статье мы не будем, а вот материалов коснемся подробно.

Существует большая пятерка материалов: сталь, хромоль, алюминий, титан и карбон.

Сталь. К минусам можно отнести то, что материал тяжелый, легко подвержен коррозии, ржавеет, обладает низкой хладноломкостью – склонностью металла растрескиваться и ломаться при холодной механической обработке. К плюсам же то, что материал характеризуется высоким запасом прочности, сопротивлением к усталостным нагрузкам, поглощает мелкие вибрации и стоимость его весьма небольшая. Ремонтопригоден с помощью обычной сварки, признаки накопления «усталости» металла – микротрещины, можно обнаружить при внимательном осмотре. Все дешевые велосипеды, так называемые «ашанбайки» делаются преимущественно из стали (еще такие велосипеды называют «сделанными из водопроводных труб»). Не рекомендуется использовать в велотуризме.

Хромомолибден. Это та же сталь, только уже высоколегированная, с присадками. К минусам можно отнести все ту же хладноломкость, подверженность коррозии, достаточно большой вес. К плюсам стоит отнести высокую упругостью и жесткостью, а так же свойство поглощать мелкие вибрации. Ремонтопригоден с помощью обычной сварки, признаки накопления «усталости» металла – микротрещины, можно обнаружить при внимательном осмотре. Нужно сказать, что хромомолибденовых рам в России не так много и достать их не так просто, плюс они дороже алюминиевых. Хороший выбор для велотуризма.

Алюминий. К минусам можно отнести полное отсутствие поглощения вибраций и низкую упругость – тот предел, при котором рама ломается, а так же то, что материал достаточно легко «копит» усталость. К плюсам можно отнести малый вес – гидроформирование и баттинг позволяют сделать раму практически невесомой без потери упругости самого материала. А еще отработанная технология производства делает стоимость такой рамы очень низкой, да и коррозии он не подвержен. Условно ремонтопригоден, признаки накопления «усталости» металла невозможно отследить заранее, ломается резко и внезапно. В настоящее время является самым популярным в велотуризме материалом в бюджетной и средней ценовой категории, к тому же самым распространенным среди велотуристов. Подробнее о сплавах алюминия можно прочитать в этой статье.

Титан. К минусам можно отнести огромную стоимость, так как к технологиям производства предъявляются очень высокие требования. Действительно хорошо производят такие рамы только в России и только под заказ фирмами Triton bikes и Rapid (из известных мне). Плюсов же очень много: малый вес, высокая прочность и упругость, стойкость к коррозии, большой диапазон рабочих температур, поглощение мелких вибраций. Остается вопрос с накоплением «усталости» металла, но никаких серьезных данных статистики (как например, с применением титана в скалолазании) в велосипедостроении нет. Я склонен доверять «серьезным» велотуристам, так как большинство перешло на титановые рамы. Абсолютно неремонтопригоден, признаки накопления «усталости» металла невозможно отследить заранее, ломается резко и внезапно. Среди не бюджетных рам, это самый лучший выбор для велотуризма.

Карбон. Это не металл, а углепластик. Делается по довольно сложной технологии, что сильно удорожает продукцию. Тут, конечно, идет постоянное улучшение технологий, что плавно снижает цену и увеличивает прочностные характеристики. Материал прекрасно гасит вибрации, усталость материала сразу видно, но ремонтировать его несколько сложно, так как существует ряд ограничений из-за особенностей технологий ремонта. Материал хладноломкий, но зато не подвержен коррозии. Самый легкий материал, при высокой прочности. Так как существует множество противоречивых сведений на счет пригодности этого материала для туризма, то пока я оставлю это вопрос в стороне.

Ну и, обобщая данные, сделаю сводную таблицу характеристик:

Сталь Хромомолибден Алюминий Титан Карбон

Виброгашение	Среднее	Высокое	Низкое	Высокое	Высокое
Торсионная жесткость	Низкая	Высокая	Средняя	Средняя	Высокая
Ремонтопригодность	Высокая	Высокая	Низкая	Низкая	Средняя
Вес	Высокий	Средний	Средний	Низкий	Низкий
Хладноломкость	Высокая	Высокая	Средняя	Низкая	Высокая
Накопление усталости	Низкое	Низкое	Высокое	Нет данных	Среднее
«Срок жизни»*	≥ 20 лет	≥ 20 лет	5 лет**	Нет данных	≤ 5 лет
Коррозирование	Высокое	Среднее	Низкое	Низкое	Низкое
Цена	Низкая	Средняя	Низкая	Высокая	Высокая
Баттинг	Не используется	Используется	Используется	Используется	Используется
Прочность***	Низкая	Высокая	Средняя	Высокая	Средняя
Пригодность для велотуризма	Низкая	Высокая	Низкая	Высокая	Данные спорные

*При уровне нагрузки, не превышающим значения, установленные производителем**Это, так называемая, «пожизненная гарантия» на раму. Свыше этого срока гарантии производителя на этот материал не распространяются. Средний срок жизни 10 лет, а после 15 лет активного использования эксплуатация алюминиевой рамы нежелательна***Совокупность характеристик: предела прочности на разрыв, процента удлинения, предела текучести, твердости по Бринеллю и воздействию точечных ударов

Для кого-то выбор очевиден, кто-то мечется в поисках, но в любом случае при выборе рамы стоит смотреть на производителя. Молодые бренды не имеют в своих активах достаточных ресурсов, чтобы предложить вам хорошие материалы и технологии. Исключения могут быть, например если фирму организовал «разработчик со стажем», ушедший из какой-то фирмы, чтобы открыть свое дело. Во всех остальных случаях вам будут предлагаться немного устаревшие (обычно на год) каталожные рамы, стальные или алюминиевые (так как технологии дешевы и отработаны).

Если же вы покупаете какой-то бренд, то смотрите на его историю. Например, даже сейчас фирмы Marin или Wheeler делают неплохие хромолевые рамы.

Но для простых покатушек в парке заморачиваться не стоит – алюминий наше все.

Благодарю за внимание,Алексей Евдокимов

outdoortime.info

Хром. Молибден. Вольфрам | АЛХИМИК

Все три металла побочной подгруппы VI группы – хром, молибден и вольфрам – были открыты один за другим в конце XVIII в.

Хром (Chromium)

Его обнаружил в 1766 г. в минерале крокоите PbCrO4 русский минералог И. Г.Леман. А в свободном виде металл впервые выделил в 1797 г. французский химик Луи Никола Воклен.

Хром

Хром – серебристо-белый металл, твердый и тугоплавкий (tпл = 1890оС). При комнатной температуре он не окисляется на воздухе. Слиток металла устойчив к окислению даже при повышенной температуре, в то время как порошок хрома сгорает на воздухе уже при 300 оС, образуя зеленый оксид хрома (III) Cr2O3. Разбавленные серная и соляная кислоты растворяют хром с выделением водорода. В холодной концентрированной азотной кислоте хром нерастворим и после обработки ею пассивируется.

Хром – довольно распространенный элемент. В земной коре его содержится примерно столько же, сколько хлора и ванадия, - 0,02%. Среди минералов хрома преобладает хромовый железняк, или хромит, FeCr2O4. При его восстановлении углём образуется феррохром – сплав хрома с железом: FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO. Для получения чистого металла хромистый железняк очищают от железа, переводя хром в высшую степень окисления (+6), и лишь затем восстанавливают его алюминием.

Феррохром (содержащий около 60% хрома) и чистый хром используются в качестве добавок к сталям: образующийся сплав – хромистая сталь – отличается высокой твердостью и устойчив к окислению. Самая популярная марка нержавеющей стали содержит 18% хрома и 6% никеля. Такая сталь используется в химической и нефтехимической промышленности, а также для изготовления бытовых приборов. Сплавы хрома с никелем – нихромы не только устойчивы к коррозии, но и обладают высоким электрическим сопротивлением. Из них изготовляют спирали накаливания электронагревательных приборов. Многие изделия покрывают тонким слоем хрома – хромируют. Хромовое покрытие придает изделию красивый внешний вид и защищает его от коррозии.

Хлорид хрома (III)

Название «хром» (от греч. «хрома» - «цвет», «краска»), предложенное Вокленом, подчеркивает разнообразие окраски солей этого металла. Так, в водных растворах соединения хрома (II) имеют небесно-голубой цвет, хрома (III) – фиолетовый или зеленый, хрома (VI) – оранжевый или желтый.

При окислении в кислотах-неокислителях, например соляной, хром переходит в степень окисления +2:

Cr + 2HCl = CrCl2 + h3

Но, образующийся светло-голубой раствор устойчив лишь в отсутствии кислорода. На воздухе он мгновенно зеленеет, поскольку хром окисляется:

4CrCl2 + 4HCl + O2 = 4CrCl3 + 2h3O

Если соединения хрома (II) проявляют основные свойства, то соединения трёхвалентного хрома амфотерны. Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3, осаждающийся из раствора соли хрома под действием аммиака:

CrCl3 + 3Nh4∙h3O = Cr(OH)3↓ + 3Nh5Cl,

является амфотерным основанием. При растворении его в кислотах образуются соли хрома (III):

2Cr(OH)3 + 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 + 6h3O,

а в едких щелочах – гидроксохроматы (III) щелочных металлов (их называют также хромитами):

Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3.

Хромат калия

В кислой среде соединения хрома (III) довольно устойчивы к окислению, однако в присутствии щёлочи легко окисляются до хроматов:

2Na3 + 4NaOH + 3Br2 = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 8h3O.

Хроматы – соли жёлтого цвета, производные устойчивой только в очень разбавленных растворах хромовой кислоты h3CrO4. Хроматы щелочных металлов хорошо растворимы в воде. В кислой среде они переходят в оранжевые дихроматы – соли двухромовой кислоты h3Cr2O7:

2Na2CrO4 + h3SO4 = Na2SO4 + Na2Cr2O7 + h3O

При подщелачивании дихромат вновь превращается в хромат:

Na2Cr2O7 + 2NaOH = 2Na2CrO4 + h3O, и раствор опять становится жёлтым.

В кислой среде дихроматы являются сильными окислителями. Продукты их восстановления – ионы Cr3+:

K2Cr2O7 + 4h3SO4 + 3K2SO3 = Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 4h3O

При пониженной температуре из образовавшегося раствора удается выделить фиолетовые кристаллы хромокалиевых квасцов KCr(SO4)2∙12h3O.

Темно-красный раствор, получаемый при добавлении концентрированной серной кислоты к насыщенному водному раствору дихромата калия, называется «хромпик». В лабораториях он служит для мытья и обезжиривания химической посуды. Посуду осторожно ополаскивают хромпиком, который не выливают в раковину, а используют многократно, пока смесь не станет зеленой – весь хром в таком растворе уже перешел в форму Cr3+.

Дихромат калия

Особенно сильный окислитель – оксид хрома (VI) CrO3. С его помощью можно зажечь спиртовку без спичек: достаточно прикоснуться к смоченному спиртом фитилю палочкой с несколькими кристалликами этого вещества.

При разложении CrO3 может быть получен темно-коричневый порошок оксида хрома (IV) CrO2. Он обладает ферромагнитными свойствами и раньше использовался в магнитных лентах некоторых аудиокассет.

В организме взрослого человека содержится всего около 6 мг хрома. Многие соединения этого элемента (особенно хроматы и дихроматы) токсичны, а некоторые из них являются канцерогенами.

Молибден (Molybdaenum) и вольфрам (Wolframium)

Чёрные с металлическим блеском кристаллы дисульфида молибдена MoS2 были известны людям еще в древности. Это вещество нередко путали с графитом или с галенитом PbS. Название минерала «молибденит» - подчеркивало сходство его механических свойств со свойствами свинца (в переводе с греческого «молибдос» означает «свинец»): им можно было пользоваться для письма по пергаменту. В 1778 г. К.В. Шееле доказал, что в молибдените не содержится свинца, и выделил из него оксид нового элемента. Спустя несколько лет шведский химик П. Хьельм, прокаливая этот оксид с углем, получил металл. По содержащему его минералу новый элемент и стали именовать молибденом.

Монета из молибдена

Примерно в то же самое время, в 1781 г., Шееле выделил из минерала тунгстена (нынешнее его название – шеелит CaWO4) оксид еще одного металла. Спустя два года испанские химики братья Фаусто и Хулио де Элуяр получили его в виде простого вещества, прокаливая с углем другой минерал – вольфрамит (Fe, Mn)WO4. Интересно, что в некоторых языках, например в английском, за элементом закрепилось наименование tungsten. А слово «вольфрам» образовано от немецких Wolf и Rahm и буквально переводится как «волчья пена». Так в Средние века называли некоторые минералы вольфрама, которые мешали выплавке олова. Они переводили металл в шлак в виде вольфраматов олова – «пожирали олово, словно волк овцу», как сказано в одном из средневековых трактатов по металлургии.

Молибден (tпл = 2615оС) и вольфрам (tпл = 3410оС) – одни из самых тугоплавких веществ. Свойственная этим металлам высокая твёрдость в сочетании с жаропрочностью делает их незаменимыми в производстве высокотемпературных конструкционных материалов. Недаром именно из вольфрама изготовляют нити накаливания электроламп (нить разогревается выше 2500оС) и катоды рентгеновских трубок, а сплав молибдена и титана может эксплуатироваться при температурах вплоть до 1500оС. Особой твёрдостью обладают сплавы на основе карбида вольфрама WC. Из них выполняют режущие части инструментов, свёрла.

Молибден и вольфрам химически гораздо менее активны, чем хром. Кислоты и щелочи на них практически не действуют. Исключение – горячая дымящая азотная кислота, которая медленно окисляет металлы до высшей степени окисления (+6):

W + 6HNO3 = h3WO4↓ + 6NO2 + 2h3O

Образующиеся осадки h3MoO4 и h3WO4 называются соответственно молибденовой и вольфрамовой кислотами, так как при действии щелочей они дают соли - молибдаты (например, Na2MoO4) и вольфраматы (Na2WO4).

Вольфрам

При нагревании молибденовой и вольфрамовой кислот образуются соответствующие высшие оксиды – MoO3 и WO3. Восстанавливая их водородом при 1100оС, получают порошки металлов: WO3 + 3h3 = W + 3h3O.

Перевести такой порошок в слиток – задача не из легких, ведь оба металла чрезвычайно тугоплавки. Для этого порошок металла смешивают с раствором глицерина в спирте и из полученной массы прессуют небольшие заготовки. Затем их нагревают до высокой температуры (глицерин при этом выгорает) и пропускают через них электрический ток. Под действием выделяющейся теплоты отдельные микрокристаллы сплавляются друг с другом, образуя компактный слиток.