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2021-02-26 12:10:49

资料专题:铬基本信息汇总表

(拉丁语:Chromium,化学符号:Cr)是一种化学元素,原子序为24,在第六族元素中排行首位。铬元素是一种银灰色,具金属光泽,且硬而脆的过渡金属。铬是一种高价值的金属,其经高度抛光后,仍能抵抗锈蚀;铬亦为不锈钢的主要添加物,为其提供防蚀特性。抛光的铬金属可以反射约70%可见光以及近乎90%红外光。 其命名源自于希腊语χρῶμα(拉丁化:chrōma),原意为“色彩或颜料”,因为大多数铬的化合物都具有颜色。

铬铁英语Ferrochrome合金是由铬铁矿通过硅热英语Silicothermic reaction铝热反应,再和铬金属经由锻烧英语Roasting(metallurgy)浸滤英语Leaching(metallurgy)过程,接着以碳元素和铝金属还原而生成的。铬金属的价值在于其具有高度耐腐蚀性和硬度。钢铁生产中的一个重大发展是发现借由添加金属铬形成不锈钢,可使钢材具有高度耐腐蚀和褪色的特性。不锈钢和镀铬英语Chrome plating(使用电镀法)共占商业用途的85%。

在美国,三价铬离子(Cr(III))被认为是人体的必须营养素,用于胰岛素、和脂质代谢,然而在2014年,欧盟欧洲食品安全局英语European Food Safety Authority得出结论,认定目前没有足够证据证实铬元素是不可或缺的营养素。

铬金属及三价铬离子(Cr(III))不具毒性,但六价铬离子英语Hexavalent chromium(Cr(VI))具有毒性且为致癌物质,产生废弃铬的场所需要进行环境清除。

字源

铬由发现者路易-尼古拉·沃克兰命名为法语:chrome,源自希腊语“χρώμα”(拉丁化:chrōma),字面意思是颜色或颜料,因为由这种元素构成的化合物拥有许多不同颜色。chromium是美式英文与拉丁语,根据chrome,加上金属离子常用的词尾-ium之后形成。法文与英式英文为Chrome,德文为Chrom。在现代标准汉语中,铬的读音为gè(音同“各”)。

历史

此章节未列出参考或来源

1761年,法国人约翰·戈特洛布·莱曼(Johann Gottlob Lehmann)在乌拉山区发现一种橘红色的金属矿,取名为西伯利亚红铅,但这种矿石实际上由铬铅矿构成。1770年,彼得·西蒙·帕拉斯在同一个地点,见到这种矿石。这种金属被带回欧洲后,被当成颜料,使用于油画等地方。当时欧洲铬铅矿都需要由俄国输入,产量不大。

1797年,法国人路易-尼古拉·沃克兰得到一些铬铅矿样本。经过与盐酸混合,他从中制作出三氧化铬。1798年,在加热三氧化铬溶液之后,沃克朗从中分离出铬,确认为化学元素之一。

1994年,中国兵马俑二号坑开挖, 坑中取出来的一批秦朝青铜剑经过检验后发现外层含有约10微米的铬盐化合物,可惜使用的涂布工艺已失传,当初的实际发现年代与是否拥有铬提炼法依旧不明。

来源

自然界没有游离状态的铬,主要的矿物是铬铅矿(Chromite,(Fe,Mg)Cr2O4)。

主要分布在东非大裂谷、乌拉尔褶皱带、阿尔卑斯—喜马拉雅褶皱带、环太平洋矿带。南非与哈萨克斯坦占世界储量的95%。此外,津巴布韦、阿尔巴尼亚、土耳其等国储量较高。

中国严重缺乏铬资源,保有铬铁矿矿石1000万吨。铬铁矿石年产量约20万吨。由于中国是不锈钢生产大国,铬严重依赖进口。

美国地质调查局发布的数据显示,2013年和2014年,全球铬年产量如下(单位千吨):

国家2000年2014年
南非1365015000
哈萨克斯坦37004050
土耳其33002355
印度29503000
其他国家51504600
世界储量2880029000

性质

物理性质

铬是元素周期表中第四个被发现的过渡金属,其电子组态为[Ar]3d4s,铬是周期表中基态电子组态违反递建原理的第一个元素,此现象也陆续在其他元素的电子组态中出现,像是铜(Cu)、铌(Nb)和钼(Mo)。会发生这个现象,乃是相同轨域中两个电子发生排斥所造成。 遵守递建原理的元素,其将电子跃迁至较高能阶所需的能量极大,不足以弥补其减少成对电子间的斥力所降低的能量;然而在3d过渡金属中,4s轨域与邻近较高能阶的3d轨域间,能隙非常小,而3d轨域拥有五个等能阶的轨域,其相同自旋的电子可以互换而降低能量,获得稳定。 以铬为例,依照递建原理,电子组态应为[Ar]4s3d,但若电子组态为[Ar]4s3d,使4s和3d轨域皆呈现半填满状态,则可降低能量,使之更稳定。

化学性质

铬在室温下化学性质稳定,在空气中生成保护膜。可溶于稀盐酸和稀硫酸,在冷的浓硝酸或王水中钝化。

化合物

铬的氧化离子铬酸根CrO2−
4
呈黄色是常见的氧化剂。重铬酸根Cr2O2−
7
呈橙色。铬离子Cr呈蓝紫色或绿色。

铬的氧化态
−2Na2[Cr(CO)5]
−1Na2[Cr2(CO)10]
0Cr(C6H6)2
+1K3[Cr(CN)5NO]
+2CrCl2
+3CrCl3
+4K2CrF6
+5K3CrO8
+6K2CrO4

同位素

铬共有28个同位素,其中三个是稳定的,即Cr、Cr和Cr。Cr的丰度最高,约83.789%。

用途

大多用于制不锈钢等特殊钢,例如:汽车零件、工具、磁带、录像带、菜刀等厨房用品。可以提升钢的强度又具极佳的耐热性,使用于制造飞机引擎及核能器械用的超合金(超耐热抗蚀合金)及镀覆等用途。

镀铬分为防护装饰性镀铬和耐磨镀铬两大类。前者是防止基体金属生锈和美化产品外观,后者是提高机械零件的硬度、耐磨、耐蚀和耐温等性能。镀铬层具有很高的硬度和很低的摩擦系数。装饰镀铬是在光亮的底层镀上0.25~2um的铬层。多孔铬主要用于气缸内腔、活塞环上,利用其微孔吸入的润滑油来提高零件的耐磨性。镀黑铬层则用于需要消光而又耐磨的零件上。镀乳白铬主要用于各种量具。

铬可用来制作颜料“铬绿”及“铬黄”。

三价铬的生理作用

铬是人体必需的微量元素,在肌体的糖代谢和脂代谢中发挥特殊作用。三价的铬是对人体有益的元素,而六价铬是有毒的。人体对无机铬的吸收利用率极低,不到1%;人体对有机铬的利用率可达10-25%。铬在天然食品中的含量较低、均以三价的形式存在。

确切地说,铬的生理功能是与其它控制代谢的物质一起配合起作用,如激素、胰岛素、各种类、细胞的基因物质(DNA和RNA)等。铬的生理功能主要有:

  1. 葡萄糖耐量因子的组成部分,对调节体内糖代谢、维持体内正常的葡萄糖耐量起重要作用。
  2. 影响机体的脂质代谢,降低血中胆固醇甘油三酯的含量,预防心血管疾病。
  3. 是核酸类(DNA和RNA)的稳定剂,可防止细胞内某些基因物质的突变并预防癌症

正常健康成人每天尿里流失约1微克铬。

啤酒酵母、废糖蜜、干酪、蛋、肝、苹果皮、香蕉、牛肉、面粉、鸡以及马铃薯等为铬的主要来源。

六价铬的危害

  • 危害途径:吸入、皮肤接触等。

对皮肤

皮肤直接接触铬化合物所造成的伤害:

铬性皮肤溃疡(铬疮)

铬化合物并不损伤完整的皮肤,但当皮肤擦伤而接触铬化合物时即可发生伤害作用。铬性皮肤溃疡的发病率偶然性较高,主要与接触时间长短,皮肤的过敏性及个人卫生习惯有关。铬疮主要发生于手、臂及足部,但只要皮肤发生破损,不管任何部位,均可发生。指甲根部是暴露处,容易积留脏物,皮肤也最易破损,因此这些部位也易形成铬疮。形成铬疮前,皮肤最初出现红肿,具搔痒感,不作适当治疗可侵入深部。溃疡上盖有分泌物的硬痂,四周部隆起,中央深而充满腐肉,边缘明显,呈灰红色,局部疼痛,溃疡部呈倒锥形,溃疡面较小,一般不超过3mm,有时也可大至12—30mm,或小至针尖般大小,若忽视治疗,进一步发展可深放至骨部,剧烈疼痛,愈合甚慢。

铬性皮炎及湿疹

接触六价铬也可发生铬性皮炎及湿疹,患处皮肤搔痒并形成水泡,皮肤过敏者接触铬污染物数天后即可发生皮炎,铬过敏期长达3—6月,湿疹常发生于手及前臂等暴露部分,偶尔也发生在足及踝部,甚至脸部、背部等。

对呼吸道

铬性鼻炎

接触铬盐常见的呼吸道职业病是铬性鼻炎,该病早期症状为鼻粘膜充血,肿胀、鼻腔干燥、搔痒、出血,嗅觉减退,粘液分泌增多,常打喷嚏等,继而发生鼻中隔溃疹,溃疹部位一般在鼻中隔软骨前下端1.5cm处,无明显疼痛感。

铬性鼻炎根据溃疡及穿孔程度,可为三期:

  1. 糜烂性鼻炎,鼻中隔粘膜縻烂,呈灰白色斑点。
  2. 溃疡性鼻炎,鼻中隔变薄,鼻粘膜呈凹性缺损,表面有浓性痂盖,鼻中粘膜苍白,嗅觉明显衰退。
  3. 鼻中隔穿孔,鼻中隔软骨可见圆形成三角形孔洞穿孔处有黄色痂,鼻粘膜萎缩,鼻腔干燥。

对眼及耳

眼皮及角膜接触铬化合物可能引起刺激及溃疡,症状为眼球结膜充血、有异物感、流泪刺痛、视力减弱,严重时可导致角膜上皮脱落。

铬化合物侵蚀鼓膜及外耳引起溃疡仅偶然发生。

对肠胃道

误食入六价铬化合物可引起口腔粘膜增厚,水肿形成黄色痂皮,反胃呕吐,有时带血,剧烈腹痛,肝肿大,严重时使循环衰竭,失去知觉,甚至死亡。六价铬化合物在吸入时是有致癌性的,会造成肺癌。

全身中毒

此种情况甚少,症状是:头痛消瘦,肠胃失调,肝功能衰竭,肾脏损伤,单接血球增多,血钙增多及血磷增多等。

急救措施

  • 皮肤接触:脱去被污染的衣着,用流动清水冲洗。
  • 眼睛接触:立即用大量流动清水冲洗,再用氯霉素眼药水或用磺胺钠眼药水滴眼,并使用抗菌眼膏每日三次,严重时立刻就医。
  • 吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。严重时立刻就医。
  • 食入:立即用亚硫酸钠溶液洗胃解毒,口服1%氧化镁稀释溶液,喝牛奶和蛋清等,就医。

参考资料

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外部链接

资料专题:铬外部链接