Физико-химические свойства хрома и его соединений

Хром (от греческого слова chroma — цвет) переходный элемент VI группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, имеет электронную структуру 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶3d⁵4s¹. Твердость по минералогической шкале 8,5. Это серебристо-белый блестящий металл, обладающий следующими физико-химическими свойствами: атомная масса 52,01; валентность 1—6; плотность 719 г/см³; температура плавления 1855°С, кипения 2469°С. С железом хром обладает полной взаимной растворимостью в твердом и жидком состоянии (рис. 39) Температура плавления высокоуглеродистого феррохрома ~1500°С и низкоуглеродистого 1600—1630 °С. С углеродом хром образует прочные карбиды Cr₂₃С₆ (5,7 % С), Cr₇С₃ (9,01 % С) и Cr₃С₂ (13,34 % С), имеющие температуру плавления 1520, 1780 и 1890 °С соответственно. Диаграмма состояния системы Cr — С приведена на рис. 40. В системе Cr—Fe—С существуют двойные карбиды: (Cr, Fe)₂₃C₆; (Cr, Fe)₇C₃; (Cr, Fe)₃C₂.

Высокоуглеродистый феррохром имеет в своем составе углерод в основном в виде (Cr, Fe)₇C₃, а рафинированный содержит углерод в виде (Cr, Fe)₂₃C₃. С кремнием хром образует ряд силицидов: Cr₃Si (15,25% Si); Cr₅Si₃ (24,45 % Si); CrSi (35,05 % Si); CrSi₂ (51,9% Si), имеющие температуры плавления 1710, 1597, 1545 и 1550 С соответственно. Строение и свойства жидких сплавов хрома с кремнием рассмотрены П. В. Гельдом. В тройной системе Fe—Cr—Si при 15 и 25 % Fe в сплаве обнаруживаются силициды (Cr, Fe) Si и (Cr, Fe) Si₂. Первый сплав с 32—35 % Si плавится при 1500 °С, второй с 52 % Si плавится при 1350—1400 °С. Ферросиликохром с 60 % Si состоит из кремния и (Fe, Cr)Si₂; с 50 % Si — из (Fe, Cr) Si₂; с 40% Si — из (Fe, Cr)Si₂ и (Fe, Cr) Si; С 30% Si— из (Fe, Cr) Sі и (Fe, Cr)₃Si₂; С 20% Sі — из (Fe, Cr)₃Si₂ н α-раствора. При взаимодействии силицидов с углеродом могут образовываться тройные фазы Me_mSi_nC_p. Силициды хрома прочнее его карбидов, поэтому в сплавах Fe—Cr—Si при увеличении содержания кремния понижается содержание углерода (рис. 41). С кислородом хром образует ряд оксидов (табл. 63). Наиболее прочным является оксид Cr₂O₃, в виде которого хром в основном находится в рудах и шлаках. В кислых шлаках встречается и CrO, особенно при восстановительных процессах. В высокоизвестковых шлаках при окислительных процессах частично образуется CrO₃. Хром с серой образует сульфиды CrS, Cr₂S_з и Cr_зS₄. С фосфором хром образует фосфиды Cr₃P, Cr₂P, CrP И CrP₂. С азотом хром образует прочные соединения нитриды Cr₂N И CrN. С повышением температуры термодинамическая прочность нитридов снижается. Температура плавления Cr₂N ~ 1700 °С, CrN диссоциирует при 1500 °С, плотность их соответственно равна 6,5 и 6,18 г/см³. Растворимость азота в жидком хроме составляет 4,2 % N при 1898 °С и 6,5 % N для переохлажденного расплава при 1600 °С. Растворение азота в хроме значительно понижает температуру его плавления. Твердый хром, насыщенный азотом при 800—1000°С может содержать его до 21 %.