Курсовая работа (т): Хром и пигменты на его основе

Хром и пигменты на его основе

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(НИУ "БелГУ")

БИОЛОГО-ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ХИМИИ

Курсовая работа

студента дневного отделения 1 курса группы 84001302

Хром и пигменты на его основе

Титова Евгения Николаевича

Научный руководитель:

кандидат химических наук,

доцент Л.А. Дейнека

Белгород 2014

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Хром

1.1.1 Историческая справка

1.1.2 Распространение хрома в природе

1.1.3 Получение хрома

1.1.4 Физические и химические свойства хрома

1.1.5 Применение хрома и его соединений

1.1.6 Соединение хрома (II)

1.1.7 Соединение хрома (III)

1.1.8 Соединение хрома (VI)

1.2 Неорганические пигменты на основе хрома

1.2.1 Хромовые пигменты

1.2.2 Окись хрома

1.2.3 Изумрудная зелень

2. Экспериментальная часть

2.1 Реактивы, оборудование

2.2 Методики исследования

2.2.1 Синтез Оксида хрома.

2.2.2 Синтез Изумрудной зелени.

3. Результаты и обсуждения результатов

3.1 Получение оксида хрома (III)

3.2 Получение изумрудной зелени

Вывод

Список литературы

Введение

Хром (лат. Cromium), обозначается символом Cr, химический элемент VI группы, побочной подгруппы системы химических элементов Д.И. Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996.

Хром используется в быту и промышленности. Многие сорта нержавеющей стали содержат больше 17% хрома. Им покрывают изделия для защиты от коррозии. Так же хром является микроэлементом, необходимый для нормального развития и функционирования человеческого организма. В биологических процессах принимает участие только хром (III). Он участвует в регуляции уровня крови и глюкозы. Хромиты окрашены в темный цвет, имеют металлический блеск. Широко используются в огнеупорной промышленности. Магнезитохромитый кирпич - огнеупорный материал для печей и других металлургических агрегатов [1].

Целью курсовой работы является: Изучить способы получения и свойства хрома и его соединений. Изучить и установить значение этого элемента в промышленности. Изучить способы получения неорганических пигментов на основе хрома.

Задачи:

Изучить свойства хрома и способы его получения;

Изучить свойства соединений хрома и способы их получения;

Изучить способы получения неорганических пигментов на основе хрома;

Получить неорганические пигменты на основе хрома.

1. Литературный обзор

1.1 Хром

1.1.1 Историческая справка

Минерал, в котором содержался хром, был открыт в Екатеринбурге в 1766 г. Леманном и назван "сибирским красным свинцом". Сейчас этот минерал называется крокоитом. Формула - PbCrO₄. Несколько лет спорили о составе этого минерала, пока, в 1797 г. химик Воклен выделил из него металл, который назвали хромом. Воклен обработал крокоит поташем K₂CO₃: хромат свинца превратился в хромат калия. Затем его обработали соляной кислоты хромат калия был превращен в окись хрома и воду. Нагрев зеленый порошок окиси хрома в графитовом тигле с углем, Луи Воклен получил новый металл.

В дальнейшем оказалось, что Луи получил не чистый металл, а его карбид. Его друзья уговорили ученого назвать элемент "хром" из-за яркой окраски. Так и утвердилось новое название элемента [3].

Ганс Гольдшмидт в 1894 г. открыл алюмотермический метод, который помог получить металлический хром [2].

1.1.2 Распространение хрома в природе

В земной коре хрома - 0,02%. Важнейшей хромовой рудой является хромистый железняк (FeO∙Cr₂O₃). Встречается он в Южной Африке, Греции. Хромовая руда носит название хромитов или хромистого железняка (так как всегда содержит железо). Также огромное техническое значение имеет свинцовая руда (PbCrO₄). Добываю ее Бразилии и на Урале [3].

Интересным минералом является смарагд (природный). Его интерес в том, что собой он представляет окрашенный в глубокий темно-зеленый цвет берилл, в котором алюминий замещен хромом [3].

В основном хром - металл глубинных зон Земли. Так же в метеоритах ученые обнаружили хром (2,7∙10^-1 %). Известно свыше 20 минералов хрома [4].

1.1.3 Получение хрома

В основном для получения хрома и его соединений используют хромистый железняк. Если нужно получить не чистый хром, а его сплав с железом, то хромистый железняк восстанавливают углем в электрических печах:

FeO∙Cr₂O₃ + 4C = Fe + 2Cr +4CO [13]

Для получения чистого хрома используют алюмотермическое восстановление:

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ +2Cr + 130 ккал. [12].₂O₃ + CrO₃ +4Al = 3Cr + 2Al₂O₃ [3].

Очень чистый металл серого цвета выделяется при электролитическом восстановлении соединений Cr:

2Cr₂ (SO₄) ₃ + 6H₂O + 12e = 4Cr + 3O₂ + 6H₂SO₄

Сплавлением хромита железа с карбонатом кальция на воздухе получают чистый хром:

4Fe (CrO₂) ₂ + 8Na₂CO₃ + 7O₂ = 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ +8CO₂ [1]

1.1.4 Физические и химические свойства хрома

Хром - серебристый металл с плотностью 7200 кг/м³. Определить температуру плавления очень тяжело, так как малейшем влиянии кислорода влияет на величину этой температуры. Но ученые смогли определить температуру плавления и она равна 1907 ^оС, а температура кипения хрома 2671 ^оС. Чистый хром вязок и ковок. При загрязнении становится хрупким и твердым. Удельный вес хрома 7,2. Он почти не окисляется на воздухе.

Электронная конфигурация атома хрома: [Ar] 3d⁵4s¹. Степени окисления проявляет: +2, +3, +6, наиболее устойчиво соединение Cr⁺³. Очень редко прояляются соединение +1,+4, +5 [1].

Очень малоактивный металл. Но может образовывать соединения со фтором (CrF₃). Обычный хром реагирует с кислотами:

+ 2HCl = CrCl₂ + H₂ [11]

Но если в процессе добавить азотную кислоту, то реакция прекращается - хром - пассивирует.

При нагревании металлический хром реагирует с галогенами, серой и некоторыми другими элементами:

+ 3Cl₂ = 2CrCl₃

При нагревании хрома с расплавленной содой, нитратами щелочных металлов получают хроматы (VI):

Cr + 2Na₂CO₃ + 3O₂ = 2Na₂CrO₄ + 2CO₂

Хром - инертный металл, при нагревании становится довольно активным.

При нагревании выше 600 ^оС хром сгорает в кислороде:

Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃

С азотом реагирует при температуре выше 1000 ^оС с образованием нитридов:

Cr + N₂ = 2CrN

Cr +N₂ = 2Cr₂N

Реагирует с бором, углеродом и кремнием с образованием боридов, карбидов и силицидов:

+ 2B = CrB₂

Cr + 3C = Cr₂C₃+ 2Si = CrSi

С водородом не взаимодействует.

В раскаленном состоянии хром реагирует с водой:

Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂

Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют хром [15]. Хром может растворятся только при нагревании:

Cr + 6H₂SO_{4 (конц.)} = Cr₂ (SO₄) ₃ + 3SO₂ +6H₂O

Cr +6HNO₃ = Cr (NO₃) ₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Хром реагирует с расплавами щелочей с образованием хромитов:

Cr + 6KOH = 2KCrO₄ + 2K₂O + 3H₂

Хром - активный металл, способен вытеснять металлы из растворов их солей:

Cr + 3CuCl₂ = 2CrCl₃ + 3Cu [1].

1.1.5 Применение хрома и его соединений

Мировым лидером в производстве высокочистого хрома является фирма Bell Metals. Хром применяется для приготовления различных сталей. Стали содержащие хром, почти не ржавеют. Хром широко применяется для хромирования изделий. Покрытые пленкой изделия не ржавеют и становятся очень устойчивыми. Хром зарядом +3 входит в состав минерала - рубине. Соединениями хрома протравливают ткани при крашении. При добавлении к бронзе или латуни хрома, возрастает их твердость. Соли хрома (III) используют в красильной промышленности, так же они являются хорошими восстановителями. Хроматы и дихроматы очень хорошие окислители. Применяют их при изготовлении органических красок. Многие другие соли хрома использую в качестве минеральных красок. Но при изготовлении красок надо учитывать то, что они ядовиты [4].

1.1.6 Соединение хрома (II)

Соединения хрома двухвалентного малоустойчивые. При растворении в кислотах хром сначала переходит преимущественно в двухвалентное соединение, но затем быстро переходит в трехвалентный хром.

Растворы солей хрома (II) окрашены в голубой цвет. Но безводные соли, окрашены в другие цвета, тогда как содержащие воду соли хрома (II) имеют голубой цвет [3].

Химические свойства и получение соединений хрома (II)

Гидроксид хрома (II) - вещество желтого цвета.

Реагирует с концентрированными кислотами (образует соли хрома (II) синего цвета), но с разбавленными кислотами и щелочами не реагирует:

Cr (OH) ₂ + H₂SO_{4 (конц.)} = CrSO₄ + 2H₂O (OH) ₂ + H₂SO₄ (_разб.) =

Желтый гидроксид хрома (II), на воздухе быстро окисляется с

образованием зеленого метагидроксида хрома (III).

4Cr (OH) ₂ + O₂ + = 4CrO (OH) + 2H₂O [14].

Получают при взаимодействии солей хрома (II) со щелочами без кислорода:

CrCl₂ + 2NaOH = Cr (OH) ₂ + 2NaCl

Хлорид хрома (II) - блестящие белые кристаллы.

В растворах окисляется кислородом воздуха (сильный восстановитель):

CrCl₂ + O₂ + 4HCl = 4CrCl₃ + 2H₂O

Без окислителя восстанавливает даже воду:

CrCl₂ + 2H₂O = 2CrOHCl₂ + H₂

Получаются восстановлением солей хрома (III):

2CrCl₃ + 3Zn + 4HCl = 2CrCl₂ + 3ZnCl₂ + 2H₂

Оксид хрома (II) - кристаллическое вещество красного (черного) цвета.

Окисляется при температуре свыше 100 ^оС:

CrO + O₂ = 2Cr₂O₃ [16].

Реагирует с соляной кислотой (сильный восстановитель), но не реагирует с разбавленной серной и азотной кислотой и щелочами:

CrO + 6HCl = 2CrCl₃ + H₂ + 2H₂O

Получают окислением амальгамы хрома кислородом воздуха или термическим разложением карбонила:

2Cr/Hg + O₂ = 2CrO + 2Hg(CO) ₆ = CrO + 5CO + C [5].

1.1.7 Соединение хрома (III)

Самым устойчивым соединением являются соединения хрома (+3).

Химические свойства и получения соединений хрома (III)

Гидроксид хрома (III) - цвет вещества зависит от многих условий (от голубого и зеленого до черно-фиолетового), хорошо разлагается:

Cr (OH) ₃ = Cr₂O₃ + 3H₂O

Является амфотерным элементом (реагирует с кислотами и щелочами):

2Cr (OH) ₃ + 6HCl = 2CrCl₃ + 3H₂O(OH) ₃ + 3NaOH = Na₃ [Cr (OH) ₆]

хром неорганический пигмент соединение

Получается при действии водного раствора аммиака на соли хрома или при пропускании углекислого газа через щелочной раствор гексагидроксохромата (III) натрия:

CrCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O = Cr (OH) ₃ + 3NH₄Cl₃ [Cr (OH) ₆] + 3CO₂ = Cr (OH) ₃ + 3NaHCO₃

Оксид хрома (III) - темно зеленый порошок имеет металлический блеск.

Проявляет амфотерные свойства:

Cr₂O₃ + 2KOH = 2KCrO₂ + H₂O

Cr₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaCrO₂ + CO₂

Сплавление с кислотным реагентом (проявляет основные свойства):

Сr₂O₃ + 3SO₃ = Cr₂ (SO₄) ₃

Cr₂O₃ + 3K₂S₂O₇ = Cr₂ (SO₄) ₃ + 3K₂SO₄

Получают при термическом разложении дихромата аммония или восстановлением дихромата калия коксом:

(NH₄) ₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

K₂Cr₂O₇ +3C = 2Cr₂O₃ + 2K₂CO₃ + CO₂

В щелочной среде устойчивое соединение, но в кислой разрушается:

KCrO₂ + HCl _{(недост.)} + H₂O = Cr (OH) ₃ + KCl

KCrO₂ + 4HCl _(изб.) = CrCl₃ + NaCl + 2H₂O

Соединения хрома (III) являются окислителями и восстановителями:

1) 2CrCl₃ + 3H₂O₂ +10KOH = 2K₂CrO₄ + 6KCl + 8H₂O

) 2CrCl₃ + 3Zn +4HCl = 2CrCl₂ + 3ZnCl₂ +2H₂

1) Cr³⁺ - восстановитель

) Cr³⁺ - окислитель [6].

1.1.8 Соединение хрома (VI)

Очень токсичные соединения. Является канцерогеном (вызывает опухоли). Шестивалентный хром транспортируется в клетки человека с помощью сульфатно-транспортного механизма. Химические свойства и получение соединений хрома (VI). Основными соединением хрома (VI) являются хромовые кислоты, которые в свободном состоянии не выделены. Хроматы - это соли хромовой кислоты. Имеют желтую окраску (хроматы), а оранжевую окраску (дихроматы). Хроматы устойчивы в щелочной среде, дихроматы в кислой. При нагревании дихроматы разлагаются:

K₂Cr₂O₇ = 4K₂CrO₄ + 2Cr₂O₃ + 3O₂

Соли хрома (VI) являются окислителями:

1)      K₂Cr₂O₇ + 3 (NH₄) ₂S + H₂O = 2Cr (OH) ₃ + 3S +6NH₃ + 2KOH (нейтральная среда)

2)      K₂Cr₂O₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ = Cr₂ (SO₄) ₃ + 4K₂SO₄ + 4H₂O (кислая среда)

)        2K₂CrO₄ + 3 (NH₄) ₂S + 2KOH + 2H₂O = 2K₃ [Cr (OH) ₆] + 3S +6NH₃ (щелочная среда)

Получить соли калия можно при сплавлении хромистого железняка с карбонатами при температуре выше 1000 ^оС:

4FeCr₂O₄ + 8K₂CO₃ + 7O₂ = 8K₂CrO₄ + Fe₂O₃ + 8CO₂

Оксид хрома (VI) - темно-красное вещество (кристаллическое вещество).

Реагирует с водой:

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

CrO₃ + H₂O = H₂Cr₂O₇

Реагирует с основаниями и основными оксидами:

CrO₃ + 2NaOH = Na₂CrO₄ + H₂O₃ + BaO = BaCrO₄

Оксид хрома (VI) является сильным окислителем:

CrO₃ + 3C = 2Cr₂O₃ + 3CO₂

Получают при разложении хромата калия с серной кислотой при температуре:

K₂CrO₄ + 2H₂SO₄ = CrO₃ + 2KHSO₄ + H₂O [7].

1.2 Неорганические пигменты на основе хрома

Пигменты (лат. Pigmentum - краска) - это очень высокодисперсные вещества, нерастворимы в воде и других органических растворителях. Придают солям цвет и противокоррозийные и другие свойства [8].

Пигменты людям были известны еще в глубокой древности. Цветные рисунки найденные в Альтамирской пещере в Испании свидетельствуют этому. В качестве пигмента древние люди использовали в основном уголь. В древнем Египте людям было известно 3 красных пигмента: пурпур, киноварь и охра и зеленые пигменты на основе силикатов меди.