ქრომი

ქრომი არის  ქიმიური ელემენტი ატომური ნომრით 24. იგი აღინიშნება სიმბოლოთი Cr (ლათ. Chromium). მარტივი ნივთიერება ქრომი მაგარი მოცისფრო-თეთრი ფერის მეტალია.

 

ისტორია

1766 წელს ეკატერინბურგის მიდამოებში აღმოჩენილ იქნა მინერალი PbCrO₄, რომელმაც მიიღო დასახელება ”ციმბირის წითელი ტყვია”. მისი თანამედროვე დასახელებაა  კროკოიტი. 1797 წელს ფრანგმა ქიმიკოსმა ლ. ნ. ვოკლენმა ამ მინერალისგან გამოყო ძნელადლღობადი მეტალი, თუმცა შემდგომში აღმოჩნდა, რომ მის მიერ გამოყოფილი ნივთიერება სუფთა ქრომი კი არა, არამედ მისი კარბიდი იყო.

 ელემენტმა დასახელება მიიღო ბერძნულიდან χρῶμα - ფერი, საღებავი - მისი ნაერთების შეფერილობის მრავალფეროვნების გამო.

 

გავრცელება

ქრომის ყველაზე დიდი საბადოები გავრცელებულია სამხრეთ აფრიკის რესპუბლიკაში (მსოფლიოში პირველი ადგილი), ყაზახეთში, რუსეთში, ზიმბაბვეში, მადაგასკარში. ასევე გავრცელებულია თურქეთში, ინდოეთში, სომხეთში, ბრაზილიაში, ფილიპინებზე.

რუსეთის ფედერაციაში ქრომის საბადოები ძირითადად ცნობილია ურალში (დონსკი, სარანოვსკი).

ყაზახეთში ქრომის საბადოს მარაგი შედგენს 350 მილიონ ტონაზე მეტს (მეორე ადგილი მსოფლიოში).

 

 

იზოტოპები

ცნობილია ქრომის 24 იზოტოპი ⁴²Cr-დან ⁶⁶C-მდე. მათგან  სამი ⁵²Cr, ⁵³Cr და ⁵⁴Cr სტაბილური იზოტოპია, მათ შორის ყველაზე გავრცელებულია ⁵²Cr (83.789%). ბუნებრივი ქრომის იზოტოპური შემადგენლობა: ⁵⁰Cr (ნახევარდაშლის პერიოდით 1.8 × 10¹⁷ წელი) 4.345%, ⁵²Cr 83.489%, ⁵³Cr 9.501%, ⁵⁴Cr 2.365%. ექვსი ხელოვნური რადიოქატიური იზოტოპიდან შედარებით მნიშვნელოვანია ⁵¹Cr ნახევარდაშლის პერიოდით 27.8 დღე. ის გამოიყენება როგორც იზოტოპური ინდიკატორი.

 

გეოქიმია და მინერალოგია

ქრომის საშუალო შემცველობა სხვადასხვა ქანებში განსხვავებულია. ულტრაძირითად ქანებში (პერიდოდიტებში) ის აღწევს 2 კგ/ტ, ძირითად ქანებში (ბაზალტებში და სხვა) – 200 გ/ტ, ხოლო გრანიტებში ათობით გ/ტ. ქრომი რკინასთან, ტიტანთან, ნიკელთან, ვანადიუმთან და მანგანუმთან ერთად წარმოადგენს ერთ გეოქიმიურ ოჯახს.

ანსხვავებენ ქრომის სამ ძირითდ მინერალს: მაგნოქრიმატი (Mn, Fe)Cr₂O₄, ქრომპიკოტიტი (Mg, Fe)(Cr, Al)₂O₄ და ალუმოქრომიტი(Fe, Mg)(Cr, Al)₂O₄. გარეგნულად მათი გარჩევა შეუძლებელია და მათ არასწორად უწოდებენ ”ქრომიტებს”. მათი შემადგენლობა ცვლადია:

• Cr₂O₃ 18 - 62 %
• FeO 1 -18 %
• MgO 5 -16 %
• Al₂O₃ 0.2 - 0.4 ( 33 %-მდე)
• Fe₂O₃ 2 - 30 %
• TiO₂ მინარევები 2 %-მდე
• V₂O₅ 0,2 %-მდე
• ZnO 5 %-მდე
• MnO 1 %-მდე; ასევე მოიცავს  Co, Ni და სხვა.

რკინის ქრომიტი FeCr₂O₄  შედარებით იშვიათია.

გარდა ამ ქრომიტებისა, ქრომი შედის აგრეთვე სხვა მინერალების შედგენილობაშიც, როგორიცაა ქრომული ქარსი (ფუქსიტი), ქრომის ქლორიტი, ქრომდიოპსიდი, ქრომტურმალინი, ქრომის გრანიტი და სხვა, რომლებიც ხშირად თან ახლავს მადანს, თუმცა მათ არა აქვთ სამრეწველო მნიშვნელობა. ეგზოგენურ პირობებში, ქრომი ისევე როგორც რკინა, მიგრირდება და შეიძლება დაგროვდეს თიხაში. ქრომატები, შედარებით, ყველაზე მობილური ფორმაა.

 

 

ფიზიკური თვისებები

ქრომი მეტალური ბზინვარების მქონე მონაცრისფრო-თეთრი მეტალია, აქვს კუბური მოცულობით ცენტრირებული კრისტალური მესერი. გარეგნულად ქრომი ფოლადს ჰგავს, ის მძიმე მეტალია, მისი სიმკვრივე 7.19 გ/სმ³-ია. ძნელად ლღვება. ქრომის ლღობის ტემპერატურა 1890°C-ია, დუღილის ტემპერატურა კი – 2480°C. ქრომი ყველაზე მაგარი მეტალია, რომელიც მხოლოდ ვოლფრამს უთმობს უპირატესობას. იგი ჭრის მინას. ქრომის სიმაგრის ერთერთი მიზეზი ისაა, რომ მის მეტალურ მესერში ერთ შედარებით მცირე მოცულობის ქრომის იონზე მოდის ექვსი შედარებით თავისუფალი ელექტრონი. ზესუფთა ქრომი საკმაოდ კარგად ექვემდებარება მექანიკურ დამუშავებას. მდგრადია ჰაერზე. 2000 °C ტემპერატურისას იწვის მწვანე ფერის ქრომის ოქსიდის (III) წარმოქმნით Cr₂O₃, რომელიც ამფოტერული თვისებებით ხასიათდება.

 

 

 

ქიმიური თვისებები

ქრომისათვის დამახასიათებელია შემდეგი ჟანგვის რიცხვები: +2, +3 და +6. ქრომის თითქმის ყველა ნაერთი შეფერილია.

ჩვეულებრივ პირობებში ქრომი საკმაოდ დაბალი აქტივობის ლითონია. მისი ზედაპირი დაფარულია ოქსიდის (Cr₂O₃) აფსკით, რომელიც კოროზიისადმი მდგრადობას ანიჭებს. გავარვარებისას აფსკი იშლება და ქრომი ურთიერთქმედებს მარტივ და რთულ ნივთიერებებთან.

ქრომი ურთიერთქმედებს არალითონებთან: იწვის ჟანგბადში მაღალ ტემპერატურაზე, იერთებს ჰალოგენებს, გოგირდს, აზოტს, ფოსფორს, ნახშირბადს, სილიციუმს.

4Cr + 3O₂ → 2Cr₂O₃

2Cr + 3Cl₂ → 2CrCl₃

3Cr + 2P → Cr₃P₂

2Cr + N₂ → 2CrN

2Cr + 3S → Cr₂S₃

Cr + Si → CrSi

გავარვარებული ქრომი ურთიერთქმედებს წყლის ორთქლთან ქრომი (III)-ის ოქსიდის წარმოქმნით.

2Cr + 3H₂O → Cr₂O₃ + 3H₂

ქრომი ნელა იხსენება განზავებულ მარილმჟავასა და გოგირდმჟავაში. მიიღება Cr(II)-ის მარილები.

Cr + H₂SO₄ → CrSO₄ + H₂

Cr + 2HCl → CrCl₂ + H₂

კონცენტრირებული გოგირდმჟავა, აზოტმჟავა, სამეფო წყალი ვერ ხსნის ქრომს, რადგან ქრომის ზედაპირზე Cr(III)-ის ოქსიდის დამცავი აფსკი წარმოიქმნება (პასიურდება).

Cr₂O₃-ისა და ტუტეების შელღობით მიირება  ქრომიტები.

Cr₂O₃ + 2NaOH → 2NaCrO₂ + H₂O

შეუცხობელი ქრომ(III) ოქსიდი ადვილად იხსნება მჟავებში და ტუტის ხსნარებში:

Cr₂O₃ + 6HCl → 2CrCl₃ + 3Н₂О

ქრომის კარბონილის Cr(СО)₆ თერმული დაშლისას ღებულობენ წითელი ფერის ქრომ(II) ფუძე ოქსიდს. ქრომ(II)-ის მარილების ხსნარებზე ტუტის დამატებით გამოიყოფა სუსტი ფუძე თვისებების მქონე, ყავისფერი ან ყვითელი ფერის ქრომის ჰიდროქსიდი Cr(OH)₂.

ქრომ(VI) ოქსიდის ფრთხილი დაშლით მიიღება ქრომ(IV) ოქსიდი. იგი ფერომაგნიტურია და ახასიათებს მეტალური გამტარობა.

კონცენტრირებულ გოგირდმჟავასა და დიქრომატების ხსნარების ურთიერთქმედებით მიიღება ქრომ(VI) ოქსიდის წითელი ან მოწითალო-იისფერი კრისტალები. ის ტიპიური მჟავა ოქსიდია და წყალთან ურთიერთქმედებისას წარმოქმნის ძლიერ უმდგრად ქრომის მჟავებს: ქრომმჟავას H₂CrO₄, დიქრომმჟავას H₂Cr₂O₇ და სხვა იზოპოლიმჟავებს ზოგადი ფორმულით H₂Cr_nO_3n+1. პოლიმერიზაციის ხარისხის ზრდა მიმდინარეობს рН-ის შემცირებით ანუ მჟავიანობის გაზრდით.

2 K₂CrO₄ + 2H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + 2 K₂SO₄ + Н₂О

მაგრამ, თუკი K₂Cr₂O₇-ის ნარინჯისფერ ხსნარს დაამატებენ ტუტის ხსნარს, ის ისევ მიიღებს ყვითელ შეფერილობას, რადგანაც წარმოიქმნება კალიუმის ქრომატი K₂CrO₄.

K₂Cr₂O₇ + 2KOH → 2 K₂CrO₄ + Н₂О

 

აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ პოლიმერიზაციის მაღალი ხარისხი, როგორც ეს ხდება ვოლფრამისა და მოლიბდენის შემთხვევაში ვერ მიიღწევა, იმდენად რამდენადაც პოლიქრომმჟავა იშლება ქრომ(VI) ოქსიდად და წყლად.

H₂Cr_nO_3n+1 → H₂О + n CrO₃

ცნობილია ჰალოგენიდები, რომელსაც შეესაბამება ქრომის სხვადასხვა ჟანგვის ხარისხი. სინთეზირებულია ქრომის დიჰალოგენიდები CrF₂, CrCl₂, CrBr₂ და CrI₂, ასევე ტრიჰალოგენიდები CrF₃, CrCl₃, CrBr₃ და CrI₃. თუმცა ალუმინისა და რკინის ანალოგიური ნაერთებისაგან განსხვავებით ქრომის ტრიქლორიდი CrCl₃ და ტრიბრომიდი CrBr₃ არააქროლადია.

ქრომის ტეტრაჰალოგენიდებს შორის მდგრადია CrF₄, ქრომის ტეტრაქლორიდი CrCl₄ არსებობს აირის სახით. ცნობილია ქრომის ჰექსაფთორიდიც CrF₆.

მიღებული და დახასიათებულია ქრომის ოქსიჰალოგენიდები CrO₂F₂ და CrO₂Cl₂.

სინთეზირებულია ქრომის ნაერთები ბორთან (ბორიდები Cr₂B, CrB, Cr₃B₄, CrB₂, CrB₄ და Cr₅B₃), ნახშირბადთან (კარბიდები Cr₂₃C₆, Cr₇C₃ და Cr₃C₂), სილიციუმთან (სილიციდები Cr₃Si, Cr₅Si₃ და CrSi) და აზოტთან (ნიტრიდები CrN და Cr₂N).

ხსნარებში ყველაზე მდგრადია ქრომ(III)-ის ნაერთები. მათში ქრომის ჟანგვის ხარისხი შეესაბამება როგორც კატიონურ ფორმას ისე ანიონურ ფორმას.

ტუტე არეში ქრომ(III)-ის ნაერთების ჟანგვისას წარმოიქმნება ქრომ(VI)-ის ნაერთები:

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

ყვითელ ხსნარში, რომელიც შეიცავს ქრომატ-იონებს ბარიუმის მარილების ხსნარების დამატებისას წარმოიქმნება ბარიუმის ქრომატის ყვითელი ნალექი BaCrO₄.

Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄ ↓

ქრომ(VI)-ის ნაერთები - ძლიერი დამჟანგველებია, მაგალითად:

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

 

 მიღება

ლითონური ქრომი მიიღება მაღალ ტემპერატურაზე მისი ოქსიდის ალუმინით აღდგენით (ალუმინოთერმია).

Cr₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Cr

ქრომი ბუნებაში ძირითადად გვხვდება რკინის ქრომიტის სახით Fe(CrO₂)₂. მისგან ღებულობენ ფეროქრომს ელექტროღუმელში ნახშირთან ძლიერი გახურებით. ამ დროს ადგილი აქვს ქრომისა და რკინის აღდგენა, შედეგად კი წარმოიქმნება ქრომის შენადნობი რკინასთან  - ფეროქრომი:

FeO·Cr₂O₃ + C → Cr + Fe + CO ↑

ფეროქრომი გამოიყენება ლეგირებული ფოლადის საწარმოებლად.

სუფთა ქრომის მიღებისათვის რეაქციას ატარებენ შემდეგნაირად:

1. რკინის ქრომიტისა და ნატრიუმის კარბონატს შეალღობენ ჰაერზე:

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

2. ნატრიუმის ქრომატს ხსნიან და აცილებენ რკინის ოქსიდს.
3. ქრომატი გადაჰყავთ ბიქრომატში, ხსნარს შეამჟავებენ, რის შემდეგაც გამოკრისტალდება ბიქრომატი.
4. დიქრომატის ნახშირით აღდგენით იღებენ სუფთა ქრომის ოქსიდს:

Na₂Cr₂O₇ + 2C → Cr₂O₃ + Na₂CO₃ + CO↑

5. ალუმინოთერმიის საშუალებით იღებენ მეტალურ ქრომს:

Cr₂O₃+ 2Al → Al₂O₃ + 2Cr + 130 კკალ.

6. ელექტროლიზის საშუალებით იღებენ ელექტროლიტურ ქრომს ქრომის ანჰიდრიდის წყალხსნარიდან, რომელიც დამატებით შეიცავს გოგირდმჟავას. ამ დროს კათოდზე ძირითადად მიმდინარეობს პროცესი.

Cr₂O₇²⁻ + 14Н⁺ + 12е− = 2Cr + 7H₂O

 

გამოყენება

ქრომის გამოყენება დაფუძნებულია მის სიმტკიცესა და კოროზია მედეგობაზე. ქრომი უჟანგავი ფოლადის კომპონენტია. ფეროქრომში ქრომის მასური წილი 60%-ია.

გამოიყენება სხვადასხვა ნაკეთობის დასაფარავად - სარკული ზედაპირის მისაღებად.  კობალტ-ქრომის შენადნობი გამოიყენება სტომატოლოგიაში პროთეზის დასამზადებლად, ხოლო  ტრამვატოლოგიაში კი კობალტ-ნიკელის შენადნობს იყენებენ.

კალიუმის, ნატრიუმისა და ამონიუმის დიქრომატები გამოიყენება ტყავის თრიმვლისათვის, ასანთის, საღებრების, ასაფეთქებელი ნივთიერების წარმოებაში.

ნატრიუმის ქრომატი (ნიშანდებული ⁵¹Cr-იზოტოპით) გამოიყენება მედიცინაში სისხლის სხვადასხვა დაავადებისა და კუჭნაწლავიდან სისხლდენის დიაგნოსტიკისათვის.

ქრომის (III)-ის ოქსიდი და ქრომიტები გამოიყენება კატალიზატორების სახით მრავალ ორგანულ რეაქციაში.

ლალი, რომელიც მინარევის სახით შეიცავს Cr(III)-ის იონებს,  გამოიყენება ლაზერებში და როგორც ძვირფასი ქვა საიუველირო ნაკეთობების დასამზადებლად.

 

ბიოლოგიური თვისებები

ქრომი მნიშვნელოვანი ბიოგენური ელემენტია, რომელიც შედის მცენარეების, ცხოველებისა და ადამიანის ქსოვილის შემადგენლობაში. მცენარეებში ამ ელემენტის საშუალო შემცველობა  შეადგენს  0.0005%-ს. იგი ძირითადად გროვდება ფესვებში (92-95%), ხოლო დანარჩენი კი ფოთლებში.

ცხოველებში ქრომის შემცველობა ათიათასიდან ათმილიონამდე პროცენტული წილს შეადგენს. ზრდასრული ადამიანის ორგანიზმში ქრომის შემცველობა მერყეობს 6 მგ-დან 12 მგ-მდე. თუმცა ქრომის ზუსტი რაოდენობა ადამიანის ფიზიოლოგიური ფუნქციონირებისათვის დადგენილი არ არის. ეს მეტწილად დამოკიდებულია რაციონზე - ისეთი საკვების მიღება, რომელშიც შაქრის შემცველობა მაღალია, ორგანიზმში ქრომის მიმართ მოთხოვნილება იზრდება. ითვლება, რომ როგორც სხვა ბიოგენურ ელემენტებს, ქრომსაც შეუძლია დაგროვდეს ორგანიზმის ქსოვილებში, განსაკუთრებით თმებში. სწორედ მათში ქრომის შემცველობა მიუთითებს ორგანიზმის ამ ელემენტით უზრუნველყოფის ხარისხზე. სამწუხაროდ ასაკის მატებასთან ერთად ქრომის ”მარაგი” ქსოვილებში ილევა, გამონაკლისს წარმოადგენს ფილტვები.

ქრომი მონაწილეობს ლიპიდების, ცილების (შედის ფერმენტ ტრიპსინის შემადგენლობაში), ნახშირწყლების (წარმოადგენს გლუკოზამედეგი ფაქტორის სტრუქტურულ კომპონენტს) მიმოცვლაში. ეს ფაქტორი განაპირობებს უჯრედის რეცეპტორების ურთიერთქმედებას ინსულინთან, ამავდროულად ამცირებს მასზე ორგანიზმის მოთხოვნილებას. გარდა ამისა ქრომი ღებულობს მონაწილეობას ქოლესტერინის მიმოცვლის რეგულაციაში და წარმოადგენს ზოგიერთი ფერმენტის აქტივატორს.

ადამიანისა და ცხოველების ორგანიზმში  ქრომის მოხვედრის ძირითადი წყარო არის საკვები. დადგენილია, რომ მცენარეულ საკვებში ქრომის კონცენტრაცია მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე ცხოველურში. შედარებით მდიდარია ქრომით ლუდის საფუარი, ხორცი, პარკოსნები და დაუმუშავებელი მთელი მარცვალი. ამ ელემენტის შემცველობის შემცირება საკვებში და სისხლში იწვევს ზრდის პროცესის შეფერხებას, სისხლში ქოლესტერინის ზრდას, პერიფერიული ქსოვილების მგრძნობელობის შემცირებას ინსულინისადმი. გარდა ამისა იზრდება ათეროსკლეროზის განვითარებისა და ცენტრალური ნერვული სისტემის მუშაობის დარღვევის რისკი.

ატმოსფეროში მილიგრამი კუბურ მეტრზე კონცენტრაციის დროს ქრომის ყველა ნაერთი ახდენს ტოქსიკურ ზემოქმედებას ორგანიზმზე.  ქრომის ტოქსიკურობის ხარისხი დამოკიდებულია მისი ნაერთების ქიმიურ სტრუქტურაზე - დიქრომატები ქრომატებზე ტოქსიკურები არიან, ნაერთი Cr⁺⁶ უფრო ტოქსიკურია ვიდრე Cr⁺² და Cr⁺³. მოწამვლის სიმპტომები ვლინდება სიმშრალის შეგრძნებით და ცხვირის ღრუს ტკივილით, ყელის მწვავე ტკივილით, სუნთქვის გაძნელებით, ხველით და სხვა მსგავსი ნიშნებით.

ქრომის ნაერთებთან ხანგრძლივი კონტაქტის დროს ვლინდება ქრონიკული მოწამვლის ნიშნები - სისუსტე, მუდმივი თავის ტკივილები, წონაში დაკლება, დისპეფსია. იწყება კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის, პანკრეასის და ღვიძლის მუშაობის დარღვევა. ვითარდება ბრონქიტი, ბრონქიალური ასტმა, პნევმოსკლეროზი. ვლინდება კანის დაავადებები - დერმატიტი, ეგზემა. გარდა ამისა, ქრომის ნაერთები საშიში კანცეროგენია, რომელსაც შეუძლია დაგროვდეს ორგანიზმის ქსოვილებში, რომელიც იწვევს კიბოს დაავადებას. თანამშრომლებისათვის, რომლებიც მუშაობენ ქრომთან და მის ნაერთებთან, პროფილაქტიკისათვის აუცილებელია პერიოდულად სამედიცინო შემოწმების გავლა; ვენტილაციის დამონტაჟება და ა.შ.

 ქრომის შემცველი საკვები ნივთიერებები:

• ქლიავი, ალუბალი (K; Cr)
• სიმინდი (Cr; Fe; K; Na; Zn)
• ხახვი (Cr; Mn; Si; Zn)
• კარტოფილი (Cr; K; Na; Si)
• ხორბალი (Ca; Cr; Cu; Fe; P; S; Na; Zn)
• პარკოსნები (Cr; Cu; Fe; Ca; Mn; P; Se; Si; Zn)
• რძე (Ca; Cr; Mg; P; I)
• წიწიბურა (P; Cr; I; K; Mg; Mn; Ni; Si)
• ზღვის თევზი (Cr; Cu; Ma; P; Zn; K; N)
• ხორცი (Ca; Cr; Cu; Fe; K; Mg; Mn; P; Se; Si; Zn; N)

 

 

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით