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(化學元素)

鎖定
鉻(Chromium),化學符號Cr,原子序數為24,在元素週期表中屬ⅥB族。元素名來自於希臘文,原意為“顏色”,因為鉻的化合物都有顏色。單質為鋼灰色金屬,是自然界硬度最大的金屬。鉻在地殼中的含量為0.01%,居第17位。呈遊離態的自然鉻極其罕見,主要存在於鉻鉛礦中。相對密度7.15g/cm³,熔點1907℃,沸點2679℃。電阻率12.7x10⁻⁸Ω·m(20℃)。 [1] 
鉻是一種藍灰色、非常耀眼光澤的堅硬金屬。鉻的化合物都有毒,地球上的鉻以鉻鐵礦的形式存在。 [3]  鉻主要用於不鏽鋼電鍍和金屬陶瓷等。 [1] 
微量鉻是生命的必需元素,鉻的中毒量為200mg,致死量大於3g。高價鉻有致癌作用。 [1] 
中文名
外文名
chromium
化學式
Cr
CAS登錄號
7440-47-3
EINECS登錄號
231-157-5
熔    點
1907 ℃ [1] 
沸    點
2679 ℃ [1] 
密    度
7.15 g/cm³(固體) [1] 
外    觀
鋼灰色金屬
安全性描述
S16;S26;S27;S36/37/39;S45
危險性符號
Xn
危險性描述
R40
UN危險貨物編號
2924

研究簡史

克拉普羅特 克拉普羅特
1766年,在俄羅斯聖彼得堡任化學教授的德國的列曼曾經分析了鉻,確定其中含有鉛。
1797年,沃克蘭發現了氧化鉻。 [3] 
1798年,沃克蘭給他找到的這種灰色針狀金屬命名為chrom,來自希臘文chroma(顏色)。由此得到鉻的拉丁名稱chromium和元素符號Cr。差不多在同一個時期裏,克拉普羅特也從鉻鉛礦中獨立發現了鉻。
2017年10月27日,世界衞生組織國際癌症研究機構公佈的致癌物清單初步整理參考,金屬鉻在3類致癌物清單中。 [2] 

理化性質

物理性質

金屬鉻塊,玻封鉻展示標本 金屬鉻塊,玻封鉻展示標本
鉻是銀白色有光澤的金屬,純鉻有延展性,含雜質的鉻硬而脆。相對密度7.15g/cm³,熔點1907℃,沸點2679℃。電阻率12.7x10⁻⁸Ω·m(20℃)。 [1] 
鉻具有很高的耐腐蝕性,在空氣中,即便是在赤熱的狀態下,氧化也很慢。不溶於水。鍍在金屬上可起保護作用。

化學性質

  • 鉻與鹵素單質的反應
在400℃和200—300atm下,鉻直接同氟氣反應生成氟化鉻(Ⅵ)CrF₆。 [3] 
在比較温和的條件下,可以生成氟化鉻(Ⅴ)CrF₅。 [3] 
在更温和的條件下,鉻同氟氣(F₂)、氯氣(Cl₂)、溴單質(Br₂)、碘單質(I₂)分別反應生成相應的三鹵化物氟化鉻(Ⅲ)(CrF₃)、氯化鉻(Ⅲ)(CrCl₃)、溴化鉻(Ⅲ)(CrBr₃)和碘化鉻(Ⅲ)(CrI₃)。 [3] 
  • 鉻與酸的反應
金屬鉻能迅速溶解在稀鹽酸中,形成氫氣和包含鉻(Ⅱ)離子的水溶液。實際上Cr(Ⅱ)是以Cr(H₂O)₆²⁺配離子的形式存在的。在硫酸中也有相似的情況,但是純淨的鉻不會與酸發生反應,如鉻不會與硝酸(HNO₃)發生反應。事實上,鉻會在硝酸中純化。 [3] 

製備方法

工業製備

鉻
用於生產鉻的首要礦物是鉻鐵礦[Fe(CrO₂)₂],在熔融的鹼中用空氣氧化該礦物,可以生成含有+6價格的鉻酸鈉(Na₂CrO₄)。鉻酸鈉經過用水萃取、沉澱,並用石墨還原,可以得到氧化鉻(Ⅲ)(Cr₂O₃)。用鋁或硅進一步還原這種氧化物,可以得到金屬鉻。 [3] 

實驗室製備

另外一種生產鉻的方法則是電解,首先需要把Cr₂O₃溶解在硫酸中,隨後用所得的電解液電鍍即可。 [3] 

應用領域

高碳鉻不鏽鋼棒 高碳鉻不鏽鋼棒
鉻用於制不鏽鋼,汽車零件,工具,磁帶和錄像帶等。鉻鍍在金屬上可以防鏽,也叫可多米,堅固美觀。
鉻可用於制不鏽鋼。紅、綠寶石的色彩也來自於鉻。作為現代科技中最重要的金屬,以不同百分比熔合的鉻鎳鋼千變萬化,種類繁多,令人難以置信。
鉻的毒性與其存在的價態有關,六價鉻比三價鉻毒性高100倍,並易被人體吸收且在體內蓄積,三價鉻和六價鉻可以相互轉化。天然水不含鉻;海水中鉻的平均濃度為0.05μg/L;飲用水中更低。鉻的污染源有含鉻礦石的加工、金屬表面處理、皮革鞣製、印染等排放的污水。
由於鉻合金性脆,作為金屬材料使用還在研究中,鉻主要以鐵合金(如鉻鐵)形式用於生產不鏽鋼及各種合金鋼。金屬鉻用作鋁合金鈷合金鈦合金高温合金、電阻發熱合金等的添加劑。氧化鉻用作耐光、耐熱的塗料,也可用作磨料,玻璃、陶瓷的着色劑,化學合成的催化劑。鹼式硫酸鉻(三價鉻鹽)用作皮革的鞣劑。鉻礬重鉻酸鹽用作織物染色的媒染劑、浸漬劑及各種顏料。鍍鉻和滲鉻可使鋼鐵和銅、鋁等金屬形成抗腐蝕的表層,並且光亮美觀,大量用於傢俱、汽車、建築等工業。此外,鉻礦石還大量用於製作耐火材料。
在航空和其他產業中,可用於陽極氧化鋁。 [3] 
耐火材料生產中,把鉻鐵礦用於制磚和成型。 [3] 

分佈情況

鉻礦石 鉻礦石
在自然界中不存在鉻的單質。鉻最重要的資源是鉻鐵礦(FeCr₂O₄),分佈於土耳其美國南非阿爾巴尼亞芬蘭伊朗馬達加斯加俄羅斯津巴布韋古巴巴西日本印度、巴基斯坦和菲律賓。赤鉛礦是另外一種鉻礦,分佈於俄羅斯、巴西、美國和澳大利亞。 [3] 
截至2021年底,全球鉻鐵礦儲量20.42億噸。 [5] 
中國鉻礦資源緊缺,探明儲量1309.5萬噸,保有儲量1095.1萬噸,主要分佈於西藏、新疆等地。鉻鐵礦有56處產地,主要是新疆薩爾託海、西藏羅布莎、內蒙古賀根山、甘肅大道爾吉等鉻礦。 [6] 

安全措施

環境危害

三價鉻對人體幾乎不產生有害作用,未見引起工業中毒的報道。進入人體的鉻被積存在人體組織中,代謝和被清除的速度緩慢。鉻進入血液後,主要與血漿中的球蛋白、白蛋白、r-球蛋白結合。六價鉻還可透過紅細胞膜,15分鐘內可以有50%的六價鉻進入細胞,進入紅細胞後與血紅蛋白結合。鉻的代謝物主要從腎排出,少量經糞便排出。六價鉻對人主要是慢性毒害,它可以通過消化道、呼吸道、皮膚和粘膜侵入人體,在體內主要積聚在肝、腎和內分泌腺中。通過呼吸道進入的則易積存在肺部。六價鉻有強氧化作用,所以慢性中毒往往以局部損害開始逐漸發展到不可救藥。經呼吸道侵入人體時,開始侵害上呼吸道,引起鼻炎、咽炎和喉炎、支氣管炎。

健康危害

  • 對人皮膚
鉻化合物並不損傷完整的皮膚,但當皮膚擦傷而接觸鉻化合物時即可發生傷害作用。鉻性皮膚潰瘍的發病率偶然性較高,主要與接觸時間長短,皮膚的過敏性及個人衞生習慣有關。鉻瘡主要發生於手、臂及足部,但只要皮膚髮生破損,不管任何部位,均可發生。指甲根部是暴露處,容易積留髒物,皮膚也最易破損,因此這些部位也易形成鉻瘡。形成鉻瘡前,皮膚最初出現紅腫,具搔癢感,不作適當治療可侵入深部。潰瘍上蓋有分泌物的硬痂,四周部隆起,中央深而充滿腐肉,邊緣明顯,呈灰紅色,局部疼痛,潰瘍部呈倒錐形,潰瘍面較小,一般不超過3mm,有時也可大至12—30mm,或小至針尖般大小,若忽視治療,進一步發展可深放至骨部,劇烈疼痛,癒合甚慢。
接觸六價鉻也可發生鉻性皮炎及濕疹,患處皮膚搔癢並形成水泡,皮膚過敏者接觸鉻污染物數天後即可發生皮炎,鉻過敏期長達3-6月,濕疹常發生於手及前臂等暴露部份,偶爾也發生在足及踝部,甚至臉部、背部等。
  • 對呼吸道
接觸鉻鹽常見的呼吸道職業病是鉻性鼻炎,該病早期症狀為鼻粘膜充血,腫脹、鼻腔乾燥、搔癢、出血,嗅覺減退,粘液分泌增多,常打噴嚏等,繼而發生鼻中隔潰疹,潰疹部位一般在鼻中隔軟骨前下端1.5cm處,無明顯疼痛感。鉻性鼻炎根據潰瘍及穿孔程度,可為三期:
糜爛性鼻炎,鼻中隔粘膜縻爛,呈灰白色斑點。
潰瘍性鼻炎,鼻中隔變薄,鼻粘膜呈凹性缺損,表面有濃性痂蓋,鼻中粘膜蒼白,嗅覺明顯衰退。
鼻中隔穿孔,鼻中隔軟骨可見圓形成三角形孔洞穿孔處有黃色痂,鼻粘膜萎縮,鼻腔乾燥。
  • 對眼及耳
眼皮及角膜接觸鉻化合物可能引起刺激及潰瘍,症狀為眼球結膜充血、有異物感、流淚刺痛、視力減弱,嚴重時可導致角膜上皮脱落。
鉻化合物侵蝕鼓膜及外耳引起潰瘍僅偶然發生。
  • 對腸胃道
誤食入六價鉻化合物可引起口腔粘膜增厚,水腫形成黃色痂皮,反胃嘔吐,有時帶血,劇烈腹痛,肝腫大,嚴重時使循環衰竭,失去知覺,甚至死亡。六價鉻化合物在吸入時是有致癌性的,會造成肺癌。
  • 全身中毒
此種情況甚少,症狀是:頭痛消瘦,腸胃失調,肝功能衰竭,腎臟損傷,單接血球增多,血鈣增多及血磷增多等。

毒理資料

所有鉻化合物都是劇毒物。鉻(Ⅵ)化合物有劇毒,並強烈致癌,鉻(Ⅲ)化合物毒性較低。鉻化合物是重要的污染物。 [3] 

儲存運輸

儲存方法

儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與氧化劑、酸類分開存放,切忌混儲。配備相應品種和數量的消防器材。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。 [4] 

運輸方法

運鉻鐵的設備必須要有頂蓋,來避免在運輸的過程中,出現暴風雨的天氣。
鉻鐵在裝車之前,要先檢測運輸地車輛能不能夠安全地運轉,再就是檢查車廂有沒有漏洞,看一看運輸地設備是否有防雨措施,檢測貨物地包裝是否完整,是否將所有貨物歸類整理,然後再有順序地放到運輸設備裏面。
鉻鐵裝滿車廂以後,一定要辦理交接手續,確認以後再發車。
在運輸的過程中,司機應該是定期檢查車輛,檢查頂棚,檢查貨物在車廂內的堆放情況,一般事故的隱患都是從泄漏開的,由於在行車的途中車輛顛簸震動,往往是會造成包裝破損。
高碳鉻鐵廠家提醒雖然鉻鐵不是危險物品,但是在運輸的時候,還要需要注意路線,不能為了路近選擇走一些比較複雜難走的路段,同時也千萬不能在城市街道和人口密集的的方停車,另外在鉻鐵在運輸的過程中,是不可以與堅硬物質混裝,也不可以強烈的振動、摩擦、踩、砸,禁止拋擲。

生理作用

鉻是生命體的必需微量元素,參與了葡萄糖的代謝。鉻會影響胰島素的表達。除非是痕量的鉻,否則鉻化合物都有劇毒。 [3] 
參考資料