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24 铬 不锈钢的核心元素

投稿作者 漂泊

铬元素是一种非常重要的合金元素,它是不锈钢这种应用非常广泛的钢材的核心元素。通过在钢铁中掺杂一定的铬,可以极大的提高他们的耐腐蚀性能。此外,铬在维持人体健康的过程中也发挥着重要的作用,它可以提高胰岛素的效率,促进细胞对葡萄糖的吸收,在人体的各个生理过程中发挥着重要作用。

铬的基本物理性质

分类 过渡金属
原子序号原子量 51.9961
电子配置 3d54s1
密度 7190kg / m 
熔点 1857°C
沸点 2672°C
形状 银白色金属
丰度 0.00015ppm(海水),100ppm(地壳)
发现者 L.N.Vauquelin
主要的同位素 50 Cr,53 Cr,54 Cr
用途例 不锈钢,合金材料,耐火材料及铸铁
前后的元素 钒-铬-锰

铬的发现

1766年,德国矿物学家列曼通过分析过一种西伯利亚矿石,确定其中含有,这种矿石被归类为西伯利亚红铅。1797年,法国化学家沃克兰(L.N.Vauquelin)在分析西伯利亚红铅矿时发现了铬。他把西伯利亚红铅矿石和碳酸钾一起煮,得到意料之中的碳酸铅沉淀和一种性质不明的鲜黄色溶液。他在这黄色溶液里加入高盐溶液,就出现了美丽的红色溶液;加入铅盐溶液,出现灼灼夺目的黄色沉淀物;加入氯化亚,则溶液又变为清脆的绿色。由于铬能够生成美丽多色的化合物,如金属铬是银白雪亮的,硫酸铬是绿色的,铬酸是黄色的,重铬酸钾是桔红色的,铬酸是猩红色的,氧化铬是绿色的,铬矾是蓝紫色的,铬酸铅是黄色的……因此沃克兰根据希腊文chroma(颜色)将其命名为chromium。

1798年克拉普罗特(w.H.Klaproth)也制得了铬。由于铬与碳亲和力强,因此很难制得无碳金属铬。早在1856年由德维尔、弗雷迈和沃勒等就开始用钠、铝和锌还原氯化铬制取纯铬。戈尔德施米特(H.Goldschmidt)在1895~1908年间用铝热法还原氧化铬,从而实现了以工业规模生产金属铬。1854年本生(W.Bunsen)报导了通过电解氯化铬水溶液制得电解铬。1905年卡尔弗特(H.R.Carveth)和柯里(B.E.Curry)又报导了通过电解铬酸水溶液的方式制取铬。这种方法在美国采用了约30年,但存在电效率低、能耗高和成本贵等诸多问题。美国矿务局经十多年的研究,于1946~1950年间多次报导电解铬—铵—矾水溶液生产电解铬的方法,并完成半工业试验,奠定了电解铬的生产工艺。

铬矿

路易·尼克拉·沃克兰

路易·尼克拉·沃克兰(L.N.Vauquelin)是18-19世纪的法国化学家,他因发现了铬、铍两种元素而闻名于世。他于1763年5月16日生于法国北部卡尔瓦多斯地区的一个农民家庭,年少时曾在巴黎的一个药店和皇家植物园工作过,在这期间,他学习了大量的化学知识,经过不断努力,他成为了法国科学院院士。沃克兰在研究红铅矿时发现了铬,在研究祖母绿和绿柱石时发现了铍,为化学的发展做出了卓越的贡献,居维叶称他为“一位真正的化学家,他把自己生活中的每一天,每一天中的每一刻都奉献给了化学”。

路易·尼克拉·沃克兰

 

不锈钢

不锈钢是一种非常重要的合金材料,它能耐蒸汽、空气、水等弱腐蚀性介质的腐蚀。不锈钢有许多种,但是绝大多数的不锈钢中都含有铬元素。不锈钢的发明和使用要追溯到第一次世界大战时期,当时英国科学家亨利·布雷尔利受英国政府军部兵工厂的委托,对武器的改进进行研究。在那时,士兵用的步枪枪膛由于腐蚀严重,极易磨损,因此布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢布雷尔利和其助手搜集了国内外生产的各种型号的钢材,各种不同性质的合金钢,在各种不同性质的机械上进行性能实验,然后选择出较为适用的钢材制成枪枝。他们做了许多的实验,但是仍未能找到合适的钢材,大量废弃的钢材被放置在垃圾场。雨季来临,一场大雨过后,布雷尔利来到垃圾场放置新的废弃钢材,这时,他发现在众多锈迹斑斑的钢材中间,有一块锃光瓦亮的钢材,于是他立即对这块钢材的成分进行了研究。他发现这块钢材当中含有17%的铬,另外,其他一些实验结果还证明:这是一块不怕酸、碱、盐的不锈钢。布雷尔利在心里盘算着:“这种不耐磨却耐腐蚀的钢材,不能制枪枝,是否可以做餐具呢?”他说干就干,动手制作了不锈钢的水果刀、叉、勺、果盘及折叠刀等。他发现这种餐具非常好用,便于1916年在英国取得了不锈钢的专利权,并开始大量生产,至此,从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球,亨利·布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。

不锈钢及其制品

铬的生理功能

铬是人体所必须的微量元素之一,在维持人体健康方面发挥着极为重要的作用。铬在人体中主要分布于骨骼、皮肤、肾上腺、大脑和肌肉当中,在维持生长发育和调节血糖的过程中发挥着极为重要的作用。

铬是葡萄糖耐量因子的组成部分,它能帮助胰岛素提高葡萄糖被细胞吸收的效率,是重要的血糖调节剂。胰岛素在人体内的作用非常大,既是体内重要的合成激素可促进葡萄糖的摄取、贮存和利用,又可促进脂肪酸的合成,还能促进蛋白质的合成和贮存。因此,铬的作用非常重要。除此之外,铬在维持胆固醇的浓度方面也具有重要的作用。

缺乏铬时,很容易出现糖代谢失调,严重的可能导致糖尿病并诱发心血管疾病,甚至会导致白内障和失明。但是也不能盲目补铬,六价铬其实具有相当的毒性,食物中以三价铬居多,但是这两种价态的铬在人体中存在一定的平衡关系,大量的摄入铬可能导致人体中六价铬过多,甚至导致中毒。

富含铬的食物是动物的内脏,尤其是肝脏,啤酒酵母、未加工的谷物、麸糠、硬果类、乳酪中也含有较多的铬。家禽、鱼类和精制的谷类食物则含有很少的铬。长期食用精制食品和大量的精糖,可促进体内铬的排泄增加,因此造成铬的缺乏。糖尿病患者应该注意在饮食中增加铬的摄入量。

富含铬的食物(肝脏和粗粮)

 

参考文献

 

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