Хром chromium cr – Хром. Описание, свойства, происхождение и применение металла

Содержание

Хром — Википедия

Хром
← Ванадий | Марганец →
Твёрдый металл голубовато-белого цвета
Chromium crystals and 1cm3 cube.jpg
Название, символ, номер Хром / Chromium (Cr), 24
Атомная масса
(молярная масса)
51,9961(6)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d5 4s1
Радиус атома 130 пм
Ковалентный радиус 118 пм
Радиус иона (+6e)52 (+3e)63 пм
Электроотрицательность 1,66 (шкала Полинга)
Электродный потенциал −0,74
Степени окисления 6, 3, 2, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
 652,4 (6,76) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.) 7,19 г/см³
Температура плавления 2130 K (1856,9 °C)
Температура кипения 2945 K (2671,9 °C)
Уд. теплота плавления 21 кДж/моль
Уд. теплота испарения 342 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 23,3[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 7,23 см³/моль
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Параметры решётки 2,885 Å
Температура Дебая 460 K
Теплопроводность (300 K) 93,9 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-47-3

Хром — элемент 6-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы 6-й группы) 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 24. Обозначается символом

Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам.

Происхождение названия[править | править код]

Название элемент получил от греч. χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений.

История[править | править код]

Открыт на Среднем Урале, в Березовском золоторудном месторождении. Впервые упоминается в труде М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии» (1763 год), как красная свинцовая руда, PbCrO4. Современное название — крокоит. В 1797 году французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл ( Воклен получил карбид хрома). Он прокалил зелёный оксид Cr2O3 с углём и выделил тугоплавкий металл (с примесью карбидов). Сам оксид Cr

2O3 Воклен получил разложением «Сибирского красного свинца» — минерала крокоита PbCrO4.

Современный способ получения чистого хрома (с 1894 г.) отличается от способа Воклена только видом восстановителя. Процесс электролитического покрытия железа хромом разработан в 20-х годах ХХ в.

Хром является довольно распространённым элементом в земной коре (0,03 % по массе)[3]. Основные соединения хрома — хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO4.

Месторождения[править | править код]

Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1-е место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении[4], Бразилии, на Филиппинах[5].

Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское).

Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2-е место в мире)[5].

Среднее содержание хрома в различных изверженных породах резко непостоянно. В ультраосновных породах (перидотитах) оно достигает 2 кг/т, в основных породах (базальтах и др.) — 200 г/т, а в гранитах десятки г/т. Кларк хрома в земной коре 83 г/т. Он является типичным литофильным элементом и почти весь заключен в минералах типа хромшпинелидов. Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем составляют одно геохимическое семейство.

Различают три основных минерала хрома: магнохромит (Mg, Fe)Cr2O4, хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 и алюмохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. По внешнему виду они неразличимы, и их неточно называют «хромиты». Состав их изменчив:

  • Cr2O3 18—62 %,
  • FeO 1—18 %,
  • MgO 5—16 %,
  • Al2O3 0,2 — 0,4 (до 33 %),
  • Fe2O3 2 — 30 %,
  • примеси TiO2 до 2 %,
  • V2O5 до 0,2 %,
  • ZnO до 5 %,
  • MnO до 1 %; присутствуют также Co, Ni и др.

Собственно, хромит, то есть FeCr2O4 сравнительно редок. Помимо различных хромитов, хром входит в состав ряда других минералов — хромовой слюды (фуксита), хромового хлорита, хромвезувиана, хромдиопсида, хромтурмалина, хромового граната (уваровита) и др., которые нередко сопровождают руды, но сами промышленного значения не имеют. В экзогенных условиях хром, как и железо, мигрирует в виде взвесей и может накапливаться в глинах. Наиболее подвижной формой являются хроматы.

Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO

2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):

Fe(CrO2)2+4C→Fe+2Cr+4CO{\displaystyle {\mathsf {Fe(CrO_{2})_{2}+4C\rightarrow Fe+2Cr+4CO}}}

Феррохром применяют для производства легированных сталей.

Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:

1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:

4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2→8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2{\displaystyle {\mathsf {4Fe(CrO_{2})_{2}+8Na_{2}CO_{3}+7O_{2}\rightarrow 8Na_{2}CrO_{4}+2Fe_{2}O_{3}+8CO_{2}}}}

2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;

3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;

4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:

Na2Cr2O7+2C→Cr2O3+Na2CO3+CO{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}Cr_{2}O_{7}+2C\rightarrow Cr_{2}O_{3}+Na_{2}CO_{3}+CO}}}

5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:

Cr2O3+2Al→Al2O3+2Cr+130kcal{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{3}+2Al\rightarrow Al_{2}O_{3}+2Cr+130kcal}}}

6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:

  • восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
  • разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
  • разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Cr2O72−+14H++12e−→2Cr+7h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{7}^{2-}+14H^{+}+12e^{-}\rightarrow 2Cr+7H_{2}O}}}

В свободном виде — голубовато-белый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой, a = 0,28845 нм. Ниже температуры 38 °C является антиферромагнетиком, выше переходит в парамагнитное состояние (точка Нееля).

Хром имеет твёрдость по шкале Мооса 8.5[6], один из самых твёрдых чистых металлов (уступает только иридию, бериллию, вольфраму и урану). Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке.

Изотопы[править | править код]

Известны изотопы хрома с массовыми числами от 42 до 67 (количество протонов 24, нейтронов от 18 до 43) и 2 ядерных изомера.

Природный хром состоит из четырех стабильных изотопов (50Cr (изотопная распространённость 4,345 %), 52Cr (83.789 %), 53Cr (9.501 %), 54Cr (2.365 %)).

Среди искусственных изотопов самый долгоживущий 51Cr (период полураспада 27 суток). Период полураспада остальных не превышает одних суток.

Характерные степени окисления[править | править код]

Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6 (см. табл.). Практически все соединения хрома окрашены[7].

Степень окисления Оксид Гидроксид Характер Преобладающие формы в растворах Примечания
+2 CrO (чёрный) Cr(OH)2 (жёлтый) Основный Cr2+ (соли голубого цвета) Очень сильный восстановитель
+3 Cr2O3 (зелёный) Cr(OH)3 (серо-зелёный) Амфотерный Cr3+ (зелёные или лиловые соли)

[Cr(OH)4] (зелёный)

+4 CrO2 не существует Несолеобразующий Встречается редко, малохарактерна
+6 CrO3 (красный) H2CrO4

H2Cr2O7

Кислотный CrO42− (хроматы, желтые)

Cr2O72− (дихроматы, оранжевые)

Переход зависит от рН среды. Сильнейший окислитель, гигроскопичен, очень ядовит.
{\mathsf  {Cr_{2}O_{7}^{{2-}}+14H^{+}+12e^{-}\rightarrow 2Cr+7H_{2}O}}

Простое вещество[править | править код]

Устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами.

Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB2, CrB4 и Cr5B3), с углеродом (карбиды Cr23C6, Cr7C3 и Cr3C2), c кремнием (силициды Cr3Si, Cr5Si3 и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr2N).

Соединения Cr(+2)[править | править код]

Степени окисления +2 соответствует основный оксид CrO (чёрный). Соли Cr2+ (растворы голубого цвета) получаются при восстановлении солей Cr3+ или дихроматов цинком в кислой среде («водородом в момент выделения»):

2Cr3+→Zn,HCl[H]2Cr2+{\displaystyle {\mathsf {2Cr^{3+}{\xrightarrow[{Zn,HCl}]{[H]}}2Cr^{2+}}}}

Все эти соли Cr2+ — сильные восстановители вплоть до того, что при стоянии вытесняют водород из воды[8]. Кислородом воздуха, особенно в кислой среде, Cr2+ окисляется, в результате чего голубой раствор быстро зеленеет.

Коричневый или жёлтый гидроксид Cr(OH)2 осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).

Синтезированы дигалогениды хрома CrF2, CrCl2, CrBr2 и CrI2

Соединения Cr(+3)[править | править код]

Степени окисления +3 соответствует амфотерный оксид Cr2O3 и гидроксид Cr(OH)3 (оба — зелёного цвета). Это — наиболее устойчивая степень окисления хрома. Соединения хрома в этой степени окисления имеют цвет от грязно-лилового (в водных растворах ион Cr3+ существует в виде аквакомплексов [Cr(H2O)6]3+) до зелёного (в координационной сфере присутствуют анионы).

Cr3+ склонен к образованию двойных сульфатов вида MICr(SO4)2·12H2O (квасцов)

Гидроксид хрома (III) получают, действуя аммиаком на растворы солей хрома (III):

Cr3++3Nh4+3h3O→Cr(OH)3↓+3Nh5+{\displaystyle {\mathsf {Cr^{3+}+3NH_{3}+3H_{2}O\rightarrow Cr(OH)_{3}\downarrow +3NH_{4}^{+}}}}

Можно использовать растворы щелочей, но в их избытке образуется растворимый гидроксокомплекс:

Cr3++3OH−→Cr(OH)3↓{\displaystyle {\mathsf {Cr^{3+}+3OH^{-}\rightarrow Cr(OH)_{3}\downarrow }}}
Cr(OH)3+3OH−→[Cr(OH)6]3−{\displaystyle {\mathsf {Cr(OH)_{3}+3OH^{-}\rightarrow [Cr(OH)_{6}]^{3-}}}}

Сплавляя Cr2O3 со щелочами, получают хромиты:

Cr2O3+2NaOH→2NaCrO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{3}+2NaOH\rightarrow 2NaCrO_{2}+H_{2}O}}}

Непрокаленный оксид хрома(III) растворяется в щелочных растворах и в кислотах:

Cr2O3+6HCl→2CrCl3+3h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{3}+6HCl\rightarrow 2CrCl_{3}+3H_{2}O}}}

При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):

2Na3[Cr(OH)6]+3h3O2→2Na2CrO4+2NaOH+8h3O{\displaystyle {\mathsf {2Na_{3}[Cr(OH)_{6}]+3H_{2}O_{2}\rightarrow 2Na_{2}CrO_{4}+2NaOH+8H_{2}O}}}

То же самое происходит при сплавлении оксида хрома (III) со щелочью и окислителями, или со щелочью на воздухе (расплав при этом приобретает жёлтую окраску):

2Cr2O3+8NaOH+3O2→4Na2CrO4+4h3O{\displaystyle {\mathsf {2Cr_{2}O_{3}+8NaOH+3O_{2}\rightarrow 4Na_{2}CrO_{4}+4H_{2}O}}}

Соединения хрома (+4)[править | править код]

При осторожном разложении оксида хрома(VI) CrO3 в гидротермальных условиях получают оксид хрома(IV) CrO2, который является ферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.

Среди тетрагалогенидов хрома устойчив CrF4, тетрахлорид хрома CrCl4 существует только в парах.

Соединения хрома (+6)[править | править код]

Степени окисления +6 соответствует кислотный оксид хрома (VI) CrO3 и целый ряд кислот, между которыми существует равновесие. Простейшие из них — хромовая H2CrO4 и двухромовая H2Cr2O7. Они образуют два ряда солей: желтые хроматы и оранжевые дихроматы соответственно.

Оксид хрома (VI) CrO3 образуется при взаимодействии концентрированной серной кислоты с растворами дихроматов. Типичный кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовую H2CrO4, дихромовую H2Cr2O7 и другие изополикислоты с общей формулой H2CrnO3n+1. Увеличение степени полимеризации происходит с уменьшением рН, то есть увеличением кислотности:

2CrO42−+2H+→Cr2O72−+h3O{\displaystyle {\mathsf {2CrO_{4}^{2-}+2H^{+}\rightarrow Cr_{2}O_{7}^{2-}+H_{2}O}}}

Но если к оранжевому раствору K2Cr2O7 прилить раствор щёлочи, как окраска вновь переходит в жёлтую, так как снова образуется хромат K2CrO4:

Cr2O72−+2OH−→2CrO42−+h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{7}^{2-}+2OH^{-}\rightarrow 2CrO_{4}^{2-}+H_{2}O}}}

До высокой степени полимеризации, как это происходит у вольфрама и молибдена, не доходит, так как полихромовая кислота распадается на оксид хрома(VI) и воду:

h3CrnO3n+1→h3O+nCrO3{\displaystyle {\mathsf {H_{2}Cr_{n}O_{3n+1}\rightarrow H_{2}O+nCrO_{3}}}}

Растворимость хроматов примерно соответствует растворимости сульфатов. В частности, жёлтый хромат бария BaCrO4 выпадает при добавлении солей бария как к растворам хроматов, так и к растворам дихроматов:

Ba2++CrO42−→BaCrO4↓{\displaystyle {\mathsf {Ba^{2+}+CrO_{4}^{2-}\rightarrow BaCrO_{4}\downarrow }}}
2Ba2++Cr2O72−+h3O→2BaCrO4↓+2H+{\displaystyle {\mathsf {2Ba^{2+}+Cr_{2}O_{7}^{2-}+H_{2}O\rightarrow 2BaCrO_{4}\downarrow +2H^{+}}}}

Образование кроваво-красного малорастворимого хромата серебра используют для обнаружения серебра в сплавах при помощи пробирной кислоты.

Известны пентафторид хрома CrF5 и малоустойчивый гексафторид хрома CrF6. Также получены летучие оксигалогениды хрома CrO2F2 и CrO2Cl2 (хромилхлорид).

Соединения хрома(VI) — сильные окислители, например:

K2Cr2O7+14HCl→2CrCl3+2KCl+3Cl2↑+7h3O{\displaystyle {\mathsf {K_{2}Cr_{2}O_{7}+14HCl\rightarrow 2CrCl_{3}+2KCl+3Cl_{2}\uparrow +7H_{2}O}}}

Добавление к дихроматам перекиси водорода, серной кислоты и органического растворителя (эфира) приводит к образованию синего монопероксида хрома(VI) CrO5 (CrO(O2)2), который экстрагируется в органический слой; данная реакция используется как аналитическая.

Хром — важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Добавка хрома существенно повышает твердость и коррозийную стойкость сплавов.

Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование).

Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.

Биологическая роль и физиологическое действие[править | править код]

Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.

В чистом виде хром довольно токсичен[9], металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты.

Соединения хрома в степени окисления +6 особо токсичны. Практически вся хромовая руда обрабатывается через преобразование в дихромат натрия. В 1985 году было произведено примерно 136 000 тонн шестивалентного хрома.[10] Другими источниками шестивалентного хрома являются триоксид хрома и различные соли — хроматы и дихроматы. Шестивалентный хром используется при производстве нержавеющих сталей, текстильных красок, консервантов для дерева, при хромировании и пр.

Шестивалентный хром является признанным канцерогеном при вдыхании.[11] На многих рабочих местах сотрудники подвержены воздействию шестивалентного хрома, например, при гальваническом хромировании или сварке нержавеющих сталей.[11] В Европейском союзе использование шестивалентного хрома существенно ограничено директивой RoHS.

Шестивалентный хром транспортируется в клетки человеческого организма с помощью сульфатного транспортного механизма благодаря своей близости к сульфатам по структуре и заряду. Трёхвалентный хром, более часто встречающийся, не транспортируется в клетки.

Внутри клетки Cr(VI) восстанавливается до метастабильного пятивалентного хрома (Cr(V)), затем до трехвалентного хрома (Cr(III)). Трехвалентный хром, присоединяясь к протеинам, создаёт гаптены, которые включают иммунную реакцию. После их появления чувствительность к хрому не пропадает. В этом случае даже контакт с текстильными изделиями, окрашенными хромсодержащими красками или с кожей, обработанной хромом, может вызвать раздражение кожи. Витамин C и другие агенты реагируют с хроматами и образуют Cr(III) внутри клетки.[12]

Продукты шестивалентного хрома являются генотоксичными канцерогенами. Хроническое вдыхание соединений шестивалентного хрома увеличивает риск заболеваний носоглотки, риск рака лёгких. (Лёгкие особенно уязвимы из-за большого количества мелких капилляров). Видимо, механизм генотоксичности запускается пяти- и трёхвалентным хромом.

В США предельно допустимая концентрация шестивалентного хрома в воздухе составляет 5 мкг/м³ (0,005 мг/м³).[13][14] В России предельно допустимая концентрация хрома (VI) существенно ниже — 1,5 мкг/м³ (0,0015 мг/м³).[15]

Одним из общепризнанных методов избежания шестивалентного хрома является переход от технологий гальванического хромирования к газотермическому и вакуумному напылению.

Основанный на реальных событиях фильм «Эрин Брокович» режиссёра Стивена Содерберга рассказывает о крупном судебном процессе, связанном с загрязнением окружающей среды шестивалентным хромом, в результате которого у многих людей развились серьёзные заболевания.[16]

ru.wikipedia.org

Хром (Cr, Chromium) — влияние на организм, польза и вред, описание

История хрома

Первое упоминание о хроме, как о самостоятельном элементе встречается в трудах М.В. Ломоносова 1763 года, после того, как металл открыли Березовском месторождении золотой руды. Автор называл его красной свинцовой рудой. Соединения хрома имеют разнообразные окраски, видимо, поэтому элементы присвоили название хром – от греческого χρῶμα – краска, цвет.

Общая характеристика хрома

Хром является элементом побочной подгруппы VI группы IV периода в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 24 и атомную массу 51,966. Принятое обозначение – Cr (от латинского Chromium).

Нахождение в природе

Хром распространён в земной коре, самые известные соединения – хромит и крокоит. Месторождения хрома находятся в ЮАР, Турции, Зимбабве, Армении, Индии и на Среднем Урале в России.

Физические и химические свойства

Хром является твёрдым металлом (часто его называют чёрным металлом), имеет бело-голубой цвет и одну из самых высоких твёрдостей.

Суточная потребность в хроме

Необходимая суточная дозировка в хроме для детей составляет от 11 до 35 мкг в зависимости от возраста, для женщин необходимо получать 50-70 мкг хрома в сутки, во время беременности потребность вырастает до 100-120 мкг. Взрослые здоровые мужчины должны получать 60-80 мкг хрома в день, при активных занятиях спортом или иных физических нагрузках суточная дозировка составляет 120-200 мкг.

Продукты питания богатые хромом

Основные поставщики хрома в организм человека – говяжья печень и пивные дрожжи, далее следуют картофель в мундире, помидоры, брокколи, редис и зелёный лук, говядина и куриное мясо, хлеб из муки грубого помола, зёрна пшеницы, чёрный перец, есть хром в кукурузном масле и морепродуктах, сыре, тунце, скумбрии и сельди, фруктах и ягодах, бобовых продуктах и некоторых крупах – перловке и манке.

Признаки нехватки хрома

Признаками недостатка хрома в организме человека являются:

  • бессонница и быстрая утомляемость,
  • головная боль и тревожность,
  • повышение уровня «плохого» холестерина,
  • дрожь и снижение чувствительности конечностей,
  • истощение и выпадение волос.

Признаки избытка хрома

Избыточное содержание хрома в организме характеризуется аллергическими реакциями и воспалительными процессами, возникают язвочки на слизистых, нервные расстройства и нарушения в деятельности печени и почек.

Полезные свойства хрома и его влияние на организм

Хром играет важную роль в жизнедеятельности человека, принимает участие в липидном и углеродном обменах, способствует выведению «плохого» холестерина и отвечает за переработку жировых отложений, тем самым поддерживая вес в норме. Способность хрома замещать йод играет важнейшую роль для щитовидной железы, также хром незаменим для профилактики остеопороза, укрепляя костную ткань. Хром стимулирует процессы регенерации тканей – сохраняет в генах наследственную информацию.

Применение хрома в жизни

Основное применение хром нашёл в металлургической промышленности, где его используют для повышения твёрдости и коррозийной стойкости сплавов, в процессе хромирования, также применяется в авиакосмической отрасли промышленности.

Автор: Виктория Н. (специально для Calorizator.ru)
Копирование данной статьи целиком или частично запрещено.

www.calorizator.ru

Хром Википедия

Хром
← Ванадий | Марганец →
Твёрдый металл голубовато-белого цвета
Название, символ, номер Хром / Chromium (Cr), 24
Атомная масса
(молярная масса)
51,9961(6)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d5 4s1
Радиус атома 130 пм
Ковалентный радиус 118 пм
Радиус иона (+6e)52 (+3e)63 пм
Электроотрицательность 1,66 (шкала Полинга)
Электродный потенциал −0,74
Степени окисления 6, 3, 2, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
 652,4 (6,76) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.) 7,19 г/см³
Температура плавления 2130 K (1856,9 °C)
Температура кипения 2945 K (2671,9 °C)
Уд. теплота плавления 21 кДж/моль
Уд. теплота испарения 342 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 23,3[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 7,23 см³/моль
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Параметры решётки 2,885 Å
Температура Дебая 460 K
Теплопроводность (300 K) 93,9 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-47-3

Хром — элемент 6-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы 6-й группы) 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 24. Обозначается символом Cr

(лат. Chromium). Простое вещество хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам.

История

Происхождение названия

Название элемент получил от греч. χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений.

История

Открыт на Среднем Урале, в Березовском золоторудном месторождении. Впервые упоминается в труде М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии» (1763 год), как красная свинцовая руда, PbCrO4. Современное название — крокоит. В 1797 году французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл ( Воклен получил карбид хрома). Он прокалил зелёный оксид Cr2O3 с углём и выделил тугоплавкий металл (с примесью карбидов). Сам оксид Cr2O3 Воклен получил разложением «Сибирского красного свинца» — минерала крокоита PbCrO

4.

Современный способ получения чистого хрома (с 1894 г.) отличается от способа Воклена только видом восстановителя. Процесс электролитического покрытия железа хромом разработан в 20-х годах ХХ в.

Нахождение в природе

Хром является довольно распространённым элементом в земной коре (0,03 % по массе)[3]. Основные соединения хрома — хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO4.

Месторождения

Самые большие месторождения хрома находятся в ЮАР (1-е место в мире), Казахстане, России, Зимбабве, Мадагаскаре. Также есть месторождения на территории Турции, Индии, Армении[4], Бразилии, на Филиппинах[5].

Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское).

Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 миллионов тонн (2-е место в мире)

[5].

Геохимия и минералогия

Среднее содержание хрома в различных изверженных породах резко непостоянно. В ультраосновных породах (перидотитах) оно достигает 2 кг/т, в основных породах (базальтах и др.) — 200 г/т, а в гранитах десятки г/т. Кларк хрома в земной коре 83 г/т. Он является типичным литофильным элементом и почти весь заключен в минералах типа хромшпинелидов. Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем составляют одно геохимическое семейство.

Различают три основных минерала хрома: магнохромит (Mg, Fe)Cr2O4, хромпикотит (Mg, Fe)(Cr, Al)2O4 и алюмохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4. По внешнему виду они неразличимы, и их неточно называют «хромиты». Состав их изменчив:

  • Cr2O3 18—62 %,
  • FeO 1—18 %,
  • MgO 5—16 %,
  • Al2O3
    0,2 — 0,4 (до 33 %),
  • Fe2O3 2 — 30 %,
  • примеси TiO2 до 2 %,
  • V2O5 до 0,2 %,
  • ZnO до 5 %,
  • MnO до 1 %; присутствуют также Co, Ni и др.

Собственно, хромит, то есть FeCr2O4 сравнительно редок. Помимо различных хромитов, хром входит в состав ряда других минералов — хромовой слюды (фуксита), хромового хлорита, хромвезувиана, хромдиопсида, хромтурмалина, хромового граната (уваровита) и др., которые нередко сопровождают руды, но сами промышленного значения не имеют. В экзогенных условиях хром, как и железо, мигрирует в виде взвесей и может накапливаться в глинах. Наиболее подвижной формой являются хроматы.

Получение

Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):

Fe(CrO2)2+4C→Fe+2Cr+4CO{\displaystyle {\mathsf {Fe(CrO_{2})_{2}+4C\rightarrow Fe+2Cr+4CO}}}

Феррохром применяют для производства легированных сталей.

Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:

1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:

4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2→8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2{\displaystyle {\mathsf {4Fe(CrO_{2})_{2}+8Na_{2}CO_{3}+7O_{2}\rightarrow 8Na_{2}CrO_{4}+2Fe_{2}O_{3}+8CO_{2}}}}

2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;

3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;

4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:

Na2Cr2O7+2C→Cr2O3+Na2CO3+CO{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}Cr_{2}O_{7}+2C\rightarrow Cr_{2}O_{3}+Na_{2}CO_{3}+CO}}}

5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:

Cr2O3+2Al→Al2O3+2Cr+130kcal{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{3}+2Al\rightarrow Al_{2}O_{3}+2Cr+130kcal}}}

6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:

  • восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
  • разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
  • разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Cr2O72−+14H++12e−→2Cr+7h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{7}^{2-}+14H^{+}+12e^{-}\rightarrow 2Cr+7H_{2}O}}}

Физические свойства

В свободном виде — голубовато-белый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой, a = 0,28845 нм. Ниже температуры 38 °C является антиферромагнетиком, выше переходит в парамагнитное состояние (точка Нееля).

Хром имеет твёрдость по шкале Мооса 8.5[6], один из самых твёрдых чистых металлов (уступает только иридию, бериллию, вольфраму и урану). Очень чистый хром достаточно хорошо поддаётся механической обработке.

Изотопы

Известны изотопы хрома с массовыми числами от 42 до 67 (количество протонов 24, нейтронов от 18 до 43) и 2 ядерных изомера.

Природный хром состоит из четырех стабильных изотопов (50Cr (изотопная распространённость 4,345 %), 52Cr (83.789 %), 53Cr (9.501 %), 54Cr (2.365 %)).

Среди искусственных изотопов самый долгоживущий 51Cr (период полураспада 27 суток). Период полураспада остальных не превышает одних суток.

Химические свойства

Характерные степени окисления

Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6 (см. табл.). Практически все соединения хрома окрашены[7].

Степень окисления Оксид Гидроксид Характер Преобладающие формы в растворах Примечания
+2 CrO (чёрный) Cr(OH)2 (жёлтый) Основный Cr2+ (соли голубого цвета) Очень сильный восстановитель
+3 Cr2O3 (зелёный) Cr(OH)3 (серо-зелёный) Амфотерный Cr3+ (зелёные или лиловые соли)

[Cr(OH)4] (зелёный)

+4 CrO2 не существует Несолеобразующий Встречается редко, малохарактерна
+6 CrO3 (красный) H2CrO4

H2Cr2O7

Кислотный CrO42− (хроматы, желтые)

Cr2O72− (дихроматы, оранжевые)

Переход зависит от рН среды. Сильнейший окислитель, гигроскопичен, очень ядовит.

Простое вещество

Устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами.

Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB2, CrB4 и Cr5B3), с углеродом (карбиды Cr23C6, Cr7C3 и Cr3C2), c кремнием (силициды Cr3Si, Cr5Si3 и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr2N).

Соединения Cr(+2)

Степени окисления +2 соответствует основный оксид CrO (чёрный). Соли Cr2+ (растворы голубого цвета) получаются при восстановлении солей Cr3+ или дихроматов цинком в кислой среде («водородом в момент выделения»):

2Cr3+→Zn,HCl[H]2Cr2+{\displaystyle {\mathsf {2Cr^{3+}{\xrightarrow[{Zn,HCl}]{[H]}}2Cr^{2+}}}}

Все эти соли Cr2+ — сильные восстановители вплоть до того, что при стоянии вытесняют водород из воды[8]. Кислородом воздуха, особенно в кислой среде, Cr2+ окисляется, в результате чего голубой раствор быстро зеленеет.

Коричневый или жёлтый гидроксид Cr(OH)2 осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).

Синтезированы дигалогениды хрома CrF2, CrCl2, CrBr2 и CrI2

Соединения Cr(+3)

Степени окисления +3 соответствует амфотерный оксид Cr2O3 и гидроксид Cr(OH)3 (оба — зелёного цвета). Это — наиболее устойчивая степень окисления хрома. Соединения хрома в этой степени окисления имеют цвет от грязно-лилового (в водных растворах ион Cr3+ существует в виде аквакомплексов [Cr(H2O)6]3+) до зелёного (в координационной сфере присутствуют анионы).

Cr3+ склонен к образованию двойных сульфатов вида MICr(SO4)2·12H2O (квасцов)

Гидроксид хрома (III) получают, действуя аммиаком на растворы солей хрома (III):

Cr3++3Nh4+3h3O→Cr(OH)3↓+3Nh5+{\displaystyle {\mathsf {Cr^{3+}+3NH_{3}+3H_{2}O\rightarrow Cr(OH)_{3}\downarrow +3NH_{4}^{+}}}}

Можно использовать растворы щелочей, но в их избытке образуется растворимый гидроксокомплекс:

Cr3++3OH−→Cr(OH)3↓{\displaystyle {\mathsf {Cr^{3+}+3OH^{-}\rightarrow Cr(OH)_{3}\downarrow }}}
Cr(OH)3+3OH−→[Cr(OH)6]3−{\displaystyle {\mathsf {Cr(OH)_{3}+3OH^{-}\rightarrow [Cr(OH)_{6}]^{3-}}}}

Сплавляя Cr2O3 со щелочами, получают хромиты:

Cr2O3+2NaOH→2NaCrO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{3}+2NaOH\rightarrow 2NaCrO_{2}+H_{2}O}}}

Непрокаленный оксид хрома(III) растворяется в щелочных растворах и в кислотах:

Cr2O3+6HCl→2CrCl3+3h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{3}+6HCl\rightarrow 2CrCl_{3}+3H_{2}O}}}

При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):

2Na3[Cr(OH)6]+3h3O2→2Na2CrO4+2NaOH+8h3O{\displaystyle {\mathsf {2Na_{3}[Cr(OH)_{6}]+3H_{2}O_{2}\rightarrow 2Na_{2}CrO_{4}+2NaOH+8H_{2}O}}}

То же самое происходит при сплавлении оксида хрома (III) со щелочью и окислителями, или со щелочью на воздухе (расплав при этом приобретает жёлтую окраску):

2Cr2O3+8NaOH+3O2→4Na2CrO4+4h3O{\displaystyle {\mathsf {2Cr_{2}O_{3}+8NaOH+3O_{2}\rightarrow 4Na_{2}CrO_{4}+4H_{2}O}}}

Соединения хрома (+4)

При осторожном разложении оксида хрома(VI) CrO3 в гидротермальных условиях получают оксид хрома(IV) CrO2, который является ферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.

Среди тетрагалогенидов хрома устойчив CrF4, тетрахлорид хрома CrCl4 существует только в парах.

Соединения хрома (+6)

Степени окисления +6 соответствует кислотный оксид хрома (VI) CrO3 и целый ряд кислот, между которыми существует равновесие. Простейшие из них — хромовая H2CrO4 и двухромовая H2Cr2O7. Они образуют два ряда солей: желтые хроматы и оранжевые дихроматы соответственно.

Оксид хрома (VI) CrO3 образуется при взаимодействии концентрированной серной кислоты с растворами дихроматов. Типичный кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовую H2CrO4, дихромовую H2Cr2O7 и другие изополикислоты с общей формулой H2CrnO3n+1. Увеличение степени полимеризации происходит с уменьшением рН, то есть увеличением кислотности:

2CrO42−+2H+→Cr2O72−+h3O{\displaystyle {\mathsf {2CrO_{4}^{2-}+2H^{+}\rightarrow Cr_{2}O_{7}^{2-}+H_{2}O}}}

Но если к оранжевому раствору K2Cr2O7 прилить раствор щёлочи, как окраска вновь переходит в жёлтую, так как снова образуется хромат K2CrO4:

Cr2O72−+2OH−→2CrO42−+h3O{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{7}^{2-}+2OH^{-}\rightarrow 2CrO_{4}^{2-}+H_{2}O}}}

До высокой степени полимеризации, как это происходит у вольфрама и молибдена, не доходит, так как полихромовая кислота распадается на оксид хрома(VI) и воду:

h3CrnO3n+1→h3O+nCrO3{\displaystyle {\mathsf {H_{2}Cr_{n}O_{3n+1}\rightarrow H_{2}O+nCrO_{3}}}}

Растворимость хроматов примерно соответствует растворимости сульфатов. В частности, жёлтый хромат бария BaCrO4 выпадает при добавлении солей бария как к растворам хроматов, так и к растворам дихроматов:

Ba2++CrO42−→BaCrO4↓{\displaystyle {\mathsf {Ba^{2+}+CrO_{4}^{2-}\rightarrow BaCrO_{4}\downarrow }}}
2Ba2++Cr2O72−+h3O→2BaCrO4↓+2H+{\displaystyle {\mathsf {2Ba^{2+}+Cr_{2}O_{7}^{2-}+H_{2}O\rightarrow 2BaCrO_{4}\downarrow +2H^{+}}}}

Образование кроваво-красного малорастворимого хромата серебра используют для обнаружения серебра в сплавах при помощи пробирной кислоты.

Известны пентафторид хрома CrF5 и малоустойчивый гексафторид хрома CrF6. Также получены летучие оксигалогениды хрома CrO2F2 и CrO2Cl2 (хромилхлорид).

Соединения хрома(VI) — сильные окислители, например:

K2Cr2O7+14HCl→2CrCl3+2KCl+3Cl2↑+7h3O{\displaystyle {\mathsf {K_{2}Cr_{2}O_{7}+14HCl\rightarrow 2CrCl_{3}+2KCl+3Cl_{2}\uparrow +7H_{2}O}}}

Добавление к дихроматам перекиси водорода, серной кислоты и органического растворителя (эфира) приводит к образованию синего монопероксида хрома(VI) CrO5 (CrO(O2)2), который экстрагируется в органический слой; данная реакция используется как аналитическая.

Применение

Хром — важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Добавка хрома существенно повышает твердость и коррозийную стойкость сплавов.

Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование).

Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.

Биологическая роль и физиологическое действие

Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.

В чистом виде хром довольно токсичен[9], металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты.

Соединения хрома в степени окисления +6 особо токсичны. Практически вся хромовая руда обрабатывается через преобразование в дихромат натрия. В 1985 году было произведено примерно 136 000 тонн шестивалентного хрома.[10] Другими источниками шестивалентного хрома являются триоксид хрома и различные соли — хроматы и дихроматы. Шестивалентный хром используется при производстве нержавеющих сталей, текстильных красок, консервантов для дерева, при хромировании и пр.

Шестивалентный хром является признанным канцерогеном при вдыхании.[11] На многих рабочих местах сотрудники подвержены воздействию шестивалентного хрома, например, при гальваническом хромировании или сварке нержавеющих сталей.[11] В Европейском союзе использование шестивалентного хрома существенно ограничено директивой RoHS.

Шестивалентный хром транспортируется в клетки человеческого организма с помощью сульфатного транспортного механизма благодаря своей близости к сульфатам по структуре и заряду. Трёхвалентный хром, более часто встречающийся, не транспортируется в клетки.

Внутри клетки Cr(VI) восстанавливается до метастабильного пятивалентного хрома (Cr(V)), затем до трехвалентного хрома (Cr(III)). Трехвалентный хром, присоединяясь к протеинам, создаёт гаптены, которые включают иммунную реакцию. После их появления чувствительность к хрому не пропадает. В этом случае даже контакт с текстильными изделиями, окрашенными хромсодержащими красками или с кожей, обработанной хромом, может вызвать раздражение кожи. Витамин C и другие агенты реагируют с хроматами и образуют Cr(III) внутри клетки.[12]

Продукты шестивалентного хрома являются генотоксичными канцерогенами. Хроническое вдыхание соединений шестивалентного хрома увеличивает риск заболеваний носоглотки, риск рака лёгких. (Лёгкие особенно уязвимы из-за большого количества мелких капилляров). Видимо, механизм генотоксичности запускается пяти- и трёхвалентным хромом.

В США предельно допустимая концентрация шестивалентного хрома в воздухе составляет 5 мкг/м³ (0,005 мг/м³).[13][14] В России предельно допустимая концентрация хрома (VI) существенно ниже — 1,5 мкг/м³ (0,0015 мг/м³).[15]

Одним из общепризнанных методов избежания шестивалентного хрома является переход от технологий гальванического хромирования к газотермическому и вакуумному напылению.

Основанный на реальных событиях фильм «Эрин Брокович» режиссёра Стивена Содерберга рассказывает о крупном судебном процессе, связанном с загрязнением окружающей среды шестивалентным хромом, в результате которого у многих людей развились серьёзные заболевания.[16]

См. также

Примечания

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 308.
  3. ↑ 1.    Дроздов А. А. и др. Неорганическая химия: В 3 т./Под ред. ЮД Третьякова. T. 2: Химия переходных металлов. – 2004. 2.     Greenwood N. N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements. – 1984.
  4. ↑ статья «Минеральные ресурсы» (неопр.). Энциклопедия «Кругосвет». Архивировано 21 августа 2011 года.
  5. 1 2 ХРОМ | Онлайн Энциклопедия Кругосвет.
  6. Поваренных А. С. Твердость минералов. — АН УССР, 1963. — С. 197—208. — 304 с.
  7. ↑ Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 2. М., Мир, 1966. С. 142—180.
  8. ↑ Некрасов Б. В. Курс общей химии. М:, ГНХТИ, 1952, С. 334
  9. ↑ Хром // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред.Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1986. — Т. 27. Хлоракон — Экономика здравоохранения. — 576 с. — 150 000 экз.
  10. ↑ Gerd Anger, Jost Halstenberg, Klaus Hochgeschwender, Christoph Scherhag, Ulrich Korallus, Herbert Knopf, Peter Schmidt, Manfred Ohlinger, «Chromium Compounds» in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005.
  11. 1 2 IARC. Volume 49: Chromium, Nickel, and Welding. — Lyon : International Agency for Research on Cancer, 1999-11-05. — «There is sufficient evidence in humans for the carcinogenicity of chromium[VI] compounds as encountered in the chromate production, chromate pigment production and chromium plating industries.». — ISBN 92-832-1249-5. Архивная копия от 24 декабря 2008 на Wayback Machine
  12. ↑ Salnikow, K. and Zhitkovich, A., «Genetic and Epigenetic Mechanisms in Metal Carcinogenesis and Cocarcinogenesis: Nickel, Arsenic, and Chromium», Chem. Res. Toxicol., 2008, 21, 28-44. DOI:10.1021/tx700198a
  13. ↑ OSHA: Small Entity Compliance Guide for the Hexavalent Chromium Standards
  14. David Blowes. Tracking Hexavalent Cr in Groundwater (англ.) // Science. — 2002. — Vol. 295. — P. 2024—2025. — DOI:10.1126/science.1070031. — PMID 11896259.
  15. ↑ ПДК воздуха населённых мест
  16. ↑ Официальный сайт Эрин Брокович, страница, посвящённая фильму

Литература

Ссылки

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

wikiredia.ru

Chromium — Википедия

Эта статья о браузере; об операционной системе см. Chromium OS.
Chromium
Chromium 11 Logo.svg
Тип браузер
Разработчик The Chromium Authors, Google[1][2], некоторые другие компании[3]
Написана на C++, язык ассемблера
Операционная система Windows (7 или выше)
Mac OS X (10.9 или выше)
Linux[4]
Первый выпуск 3 сентября 2008
Последняя версия 74.0.3729.131
Состояние в активной разработке
Лицензия Компоненты распространяются под Apache License, BSD license, ICU License, LGPL, libjpeg license, libpng license, MIT License, MS-PL, MPL/GPL/LGPL, zlib license[1]
Сайт chromium.org/Home​ (англ.)
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Chromium (МФА [‘krəumɪəm], англ. chromium — хром) — веб-браузер с открытым исходным кодом, разрабатываемый сообществом The Chromium Authors, компанией Google и некоторыми другими компаниями (Opera Software, Яндекс, NVIDIA, …)[3]. По утверждению разработчиков, Chromium предназначен для предоставления пользователям быстрого, безопасного и надёжного доступа в Интернет, а также удобной платформы для веб-приложений[5][6]. На основе Chromium создан браузер Google Chrome (при этом в рамках Chromium также доступны ранние пре-альфа версии[7], в которых можно ознакомиться с новшествами, ещё не включёнными в состав Chrome), а также ряд других альтернативных веб-обозревателей[2].

Разработка веб-обозревателя началась 25 июля 2008 года[8]. 1 сентября 2008 года в официальном блоге Google Сандар Пичаи (Sundar Pichai) и Линус Апсон (Linus Upson) анонсировали браузер Google Chrome[5]. На следующий день состоялся выпуск первой публичной бета-версии браузера от Google, а также была опубликована большая часть кода браузера, лицензированного преимущественно под опциональной BSD-лицензией[9], а также рядом других[1]. Проект получил название Chromium. Разработчики Google объяснили создание открытого и свободного проекта Chromium стремлением помочь Mozilla и WebKit развивать Интернет и веб-технологии, предоставить разработчикам удобную платформу для создания и развития собственных проектов, а также возможностью протестировать свои собственные продукты силами сообщества[9]. Для взаимодействия с сообществом Google создал ряд сервисов: дискуссионные группы[10], справочные форумы[11], официальный блог проекта[12], баг-трекер[13]. Также разработчики Chromium гарантировали, что будут всячески стремиться соединять собственные разработки и исправления с основной веткой разработки WebKit[9]. В марте 2011 года разработчики решили провести изменение логотипа браузера из 3D в 2D-представление[14][15].

Скорость[править | править код]

Поставив своей целью разработать быстрый браузер, разработчики решили использовать открытые компоненты. Движком отображения веб-страниц был выбран свободный WebKit. Он обеспечивал необходимую скорость рендеринга, имея при этом ряд других преимуществ[16][17]. С движком обработки JavaScript всё обстояло несколько сложнее. Все имеющиеся на момент 2008 года движки или не обеспечивали необходимой производительности или распространялись по закрытым лицензиям. Поэтому инженеры Google написали с нуля скоростной, высокопроизводительный[18][19][20][21] движок V8, что позволило Chromium стать на момент запуска веб-обозревателя одним из самых быстрых браузеров в плане обработки JavaScript. В конце 2009 года в тестовых сборках Chromium начались работы по внедрению аппаратного ускорения при обработке динамического содержимого. Результат работы проявился в 7 версии Chromium, где уже можно было включить аппаратное ускорение[22][23][24], обеспечивая высочайшую производительность при обработке динамического 2D (Canvas) и 3D-контента (WebGL) с помощью графического процессора, показывая высокие результаты в демонстрационных тестах от Microsoft и Google[25][26][27][28][29][30]. Для ускорения доступа к страницам используется технология предварительного чтения DNS[31] и предварительная отрисовка страниц (пререндеринг)[32][33]. 7 декабря 2010 года Google анонсировала новый виток развития V8, разработав новую инфраструктуру компиляции кода. Новая технология под названием Crankshaft позволила добиться огромного прироста в производительности (порядка 109 %), обойдя все конкурирующие движки[34][35].

В апреле 2013 было объявлено, что браузеры Chromium и Chrome, а также операционная система Chrome OS переходят на новый открытый движок Blink, являющийся форком WebKit. Первоначальной целью такого решения было доработать внутреннюю архитектуру движка и сократить объём его исходного кода[36].

Безопасность[править | править код]

Safe Browsing в действии

Согласно заявленным создателями Chromium стремлениям создать самый безопасный браузер, разработчики уделяют большое внимание внедрению новых функций по защите браузера. Для обеспечения безопасности в Chromium была выбрана модель «песочницы», позволявшая ограничить простор для атаки пользовательского компьютера через использованную уязвимость[37]. Исследователи Google пришли к выводу, что почти 70 % угроз «работают» в движке отображения, который взаимодействует с ненадёжным содержимым. Именно поэтому разработчики перевели всю работу движка в песочницу[~ 1][38][39]. На большинстве операционных систем Linux этот режим в браузере включен, однако некоторые неофициальные сборки Chromium дистрибутива Slackware отключают режим «песочницы» принудительно[40]. Тем не менее на официально поддерживаемых Google Linux-системах, начиная с версии 23, Chromium использует возможности ядра для использования дополнительных компонентов, таких как фильтры seccomp-bpf, позволяющие значительно ограничить потенциал использования злоумышленником специфичных вызовов ядра[41]. В сборке 66022 разработчики перенесли в «песочницу» (изменение касается систем под ОС Microsoft Windows) также исполнение подключаемого модуля Adobe Flash Player[42][43], который довольно часто становится объектом пристального внимания хакеров[44]. У Chromium нет действенной защиты от XSS-атак, но, благодаря тому, что Chromium поддерживает HTTP-only cookies, опасность межсайтового скриптинга значительно снижается[45]. Также активно тестируется функция XSS Auditor, внедрённая в списке экспериментальных функций в 7 версии. Данный компонент значительно увеличивает защиту от межсайтового скриптинга. Впервые XSS Auditor был использован в 4 версии Chromium[46], но в связи с многочисленными ошибками и падением производительности в версии 4.1 функция была отключена[47]. Проблему с производительностью и стабильностью разработчикам удалось разрешить, но функция до сих пор является экспериментальной, так как не все сайты способны с ней работать[48]. Также в 7 версии Chromium в качестве эксперимента появилась возможность надзора над подключаемыми модулями. Браузер получил возможность предлагать отключение тех плагинов, которые имеют незакрытые уязвимости до тех пор, пока не выйдет обновлённая версия модуля с исправлением ошибок[48][49][50], окончательно функция стала доступна в 10 версии браузера[51]. Для обеспечения криптографической безопасности при работе с конфиденциальной информацией пользователей Chromium предоставляет возможность работать с защищённым протоколом передачи данных (HTTPS), которые могут упаковываться в соответствии с криптографическими протоколами SSL 3.0 и TLS 1.0. Для дополнительной защиты Chromium может использовать экспериментальный открытый протокол HSTS, позволяющий устанавливать с сайтами в форсированном режиме защищённое соединение[52][53]. Часть настроек безопасности пользователь может регулировать сам. В Chromium встроен компонент Безопасный просмотр, обеспечивающий защиту от фишинга и вредоносного ПО[54][55][56]. Chromium при первом запуске в течение первых пяти минут загружает базы определений вредоносных и мошеннических сайтов, которые затем обновляет каждые 30 минут, при этом никакая личная информация в компанию Google не отправляется. Сам компонент может быть отключен в настройках браузера[~ 2][57]. Дополнительно Chromium позволяет проводить гибкую настройку содержания веб-страниц: редактировать политику запуска подключаемых модулей, использования JavaScript и cookies[~ 3], а также проводить очистку конфиденциальных данных за определённый период[~ 4][58]. Среди прочих механизмов защиты можно выделить:

  • Спецификация HTML5 в виде Origin header обеспечивает защиту от подделки межсайтовых запросов (CSRF)[53], блокируя неправильные запросы сайтов.
  • Chromium поддерживает X-Frame-Options API[59], защищающий браузер от кликджекинга, а также X-Content-Type-Options API[60], предоставляющий браузеру возможность защищаться от MIME-сниффинга[61].
  • Chromium поддерживает «режим инкогнито», при котором история посещений и загрузок не записывается в журналы, а файлы cookies удаляются после закрытия браузера[62].

При этом Google призывает пользователей при нахождении уязвимостей в браузере сообщать о них разработчикам, взамен получая денежные вознаграждения[63].

Надёжность[править | править код]

В целях повышения стабильности для Chromium была выбрана мультипроцессная архитектура. Браузер, движок рендеринга, расширения, подключаемые модули работают в отдельных процессах. Таким образом, при нарушении работы, например, расширения браузер продолжит работу в обычном режиме, выдав предложение о перезапуске расширения[64]. У мультипроцессной архитектуры есть ещё ряд преимуществ, кроме стабильности[65][66]:

  • Возможность мгновенного освобождения памяти при закрытии одного из компонентов. В частности, при закрытии вкладки потреблявшаяся ею память освободится сразу, в отличие от браузеров, использующих однопроцессную архитектуру, где очищение памяти при закрытии вкладки идёт несколько дольше.
  • Активное взаимодействие с операционной системой. При использовании большого числа вкладок многие вкладки могут простаивать в бездействии, несмотря на то, что они необходимы пользователю. Chromium, взаимодействуя с ОС, уменьшает потребление памяти, заставляя систему считать неиспользуемую вкладку свёрнутым приложением.
  • Возможность понимания, какие ресурсы и в каком количестве выделяются каждому запущенному компоненту. Для того, чтобы пользователь мог точно разобраться в каждом процессе, в Chromium установлен собственный диспетчер задач и инструмент статистики about:memory.

Но при этом у подобной архитектуры есть существенный недостаток — бо́льшее общее потребление памяти[66].

Поддержка веб-спецификаций[править | править код]

Chromium использует движок Blink для отображения веб-страниц, благодаря чему Chromium обеспечивает широкую поддержку HTML 4.01, xHTML 1.0 (2 изд.), XML 1.0 (4 изд.), SVG (уровень поддержки в 6 версии оценён как Advanced+[67]), шрифты SVG, фильтры SVG, анимацию SVG SMIL, MathML, ECMAScript, DOM, обеспечивая поддержку около 95 % существующих рекомендованных стандартов[68][69]. Разработчики же активно внедряют поддержку спецификаций HTML5, реализовав поддержку canvas, тегов <video>, <audio>, веб-приложений, геолокации, WebGL, Web SQL Database и ряда других активно разрабатываемых стандартов[70]. Также Chromium полностью проходит тесты CSS3 Selectors Test и Acid3[70].

Поддержка форматов[править | править код]

Браузер обеспечивает поддержку графических изображений JPEG (через Libjpeg), PNG (через Libpng), GIF, XBM[71]. В качестве альтернативного графического формата Chromium поддерживает разработанный компанией Google формат WebP, обеспечивающий лучшее качество при меньших размерах в сравнении с JPEG[72][73][74]. Поддержка аудио- и видеоформатов ограничена исключительно свободными форматами Ogv, Ogg и WebM, при этом AAC и MP3 не поддерживаются[40][75].

Расширяемость[править | править код]

Панель расширений в Chromium 10

В декабре 2008 года Google объявила о начале работы по внедрению поддержки расширений в Google Chrome[76][77]. Тестовой площадкой стал свободный браузер Chromium. В первых версиях Chromium 2 появилась возможность использовать расширения[78][79][80]. Расширения — небольшие программы, запущенные в браузере и добавляющие дополнительную функциональность, интеграцию с разнообразными веб-сервисами и ряд других особенностей. При написании расширений могут использоваться те же самые технологии, что и при написании веб-страниц, то есть HTML для создания разметки, CSS для стилизации и JavaScript для программирования. Учитывая, что новейшие версии Chromium обеспечивают поддержку HTML5 и CSS3, то разработчики могут пользоваться новейшими открытыми веб-технологиями, такими как canvas и CSS-анимации[81].

Используя нативные API, расширения для Chromium могут взаимодействовать с закладками, предоставляя возможность создавать их и проводить над ними различные действия[82]; контекстным меню, позволяя редактировать его содержимое[83]; вкладками, позволяя сортировать их, изменять и проводить некоторые другие действия.[84]; другими нативными API[85], в том числе экспериментальными[86]. Из сторонних API есть возможность работать с DOM, HTML5 API’s, WebKit API и другими[87].

Также для Chromium можно использовать кросс-браузерный NPAPI-модуль, позволяющий вызывать нативный бинарный код расширения через JavaScript[88] для обмена данными между системой и браузером. Большим недостатком использования расширений, написанных с помощью этого API, является небезопасность. Расширения получают такие же права, которые имеет браузер, и через уязвимость в расширении злоумышленник может нанести вред системе[89]. Разработанные расширения можно выкладывать в официальной галерее расширений. Расширения, кроме использующих интерфейс NPAPI, не проходят предварительной проверки и сразу появляются в каталоге[90]. Все расширения хранятся в crx-формате, который является особо построенным ZIP-файлом, который можно распаковать большинством архиваторов (7-Zip, WinRAR и др.). Начиная с 19 августа 2010 года, согласно обновлённым политикам безопасности, разработчики должны выплатить взнос в размере 5$ для начала публикации расширений в каталоге. Разработчики, которые зарегистрировались до 19 августа, входной платой не облагаются и могут продолжать публиковать расширения в обычном режиме[91]. Расширения в Chromium могут обновляться сами, используя протокол Omaha[92]. Chromium имеет встроенную поддержку сценариев Greasemonkey, что существенно расширяет возможности браузера[93][94].

Персонализация[править | править код]

Летом 2009 года в Chromium 3 была внедрена поддержка тем[95]. Темы позволяли менять расцветку интерфейса браузера, согласно предпочтениям пользователя. В Linux-версии возможности персонализации оказались шире, так как темы могли использовать «родные» возможности интерфейса GTK+/GNOME[96]. Для удобства пользователей была создана специальная галерея[97], содержащая темы от Google и сторонних авторов[98].

Подключаемые модули[править | править код]

Демонстрация возможностей O3D

Chromium позволяет подключать к браузеру плагины, расширяющие возможности веб-обозревателя. В стандартной поставке на платформе Windows вместе с браузером идут:

  • Default Plug-in — предоставляет возможность подключать сторонние плагины.
  • GPU Plug-in — подключает возможность рендеринга Pepper 3D с помощью GPU.
  • Native Client — плагин-компонент, позволяющий запускать приложения, использующие машинный код, в «песочнице».

В апреле 2009 года началось активное развитие плагина O3D, который должен предоставить API для создания мощных интерактивных приложений трёхмерной графики[99]. Разработчики планировали в дальнейшем внедрить открытый модуль в поставку Chromium, но в связи с развитием WebGL разработка плагина была заморожена, а часть наработок перенесена в спецификации WebGL[100]. В качестве дополнительных плагинов могут быть подключены Adobe Flash, Java, Silverlight, VLC Multimedia Plug-in, Adobe Reader и ряд других.

Безопасность[править | править код]

Плагины запускаются, согласно мультипроцессной архитектуре, в отдельных процессах, поэтому нарушить работу браузера они не способны[65]. Но из-за того, что подключаемые модули используют системные библиотеки, их исполнение было вынесено из «песочницы».

Приложения[править | править код]

Commons-logo.svg Веб-приложения в Chromium 10

19 мая 2010 на официальном блоге Chromium был анонсирован Chrome Web Store, в котором будет предоставлена возможность публиковать приложения[101]. Приложения являются интерактивными веб-сайтами, во многом похожими на расширения, но ключевым отличием является то, что приложения можно продавать. Таким образом Google надеется привлечь крупных игроков, желающих извлечь выгоду из своих разработок[102]. Среди анонсированных приложений оказались: графический редактор и ряд игр. 7 декабря 2010 года на мероприятии Chrome Event разработчики браузера Chromium и Google Chrome объявили о запуске Chrome Web Store, в котором можно будет устанавливать веб-приложения, расширения и темы[103][104][105][106]. При этом для удобства пользования браузером на сенсорных экранах в браузере разрабатывается специальная панель приложений, адаптированная под управление пальцем[107].

Разработка приложений имеет примерно те же возможности, что и разработка расширений, но есть дополнительные возможности, как, например, запуск устанавливаемых приложений вне браузера[108].

Синхронизация[править | править код]

Через google-аккаунт может синхронизировать, в том числе и с браузером Google Chrome (и другими браузерами на основе Chromium, имеющие ядро выше 5 версии), веб-приложения, автозаполнение форм (кроме данных кредитных карт), закладки, расширения, параметры браузера и темы[109]. Начиная с 9 версии браузера, Chromium умеет синхронизировать пароли, при этом эти данные передаются в зашифрованном виде при установке идентификационной фразы[110].

Инструменты разработчика[править | править код]

Инструменты разработчика. Инструменты разработчика Chromium предоставляют интегрированное окружение для отладки, оптимизации и понимания устройства веб-приложений или сайтов, запущенных в Chromium. Инструменты разработчика частично разрабатываются в составе WebKit под названием Web Inspector. Среди функций стоит отметить обработку в реальном времени DOM и CSS, отладку JavaScript, использующую графический отладчик, анализ времени исполнения всех функций веб-приложений, исследование данных локальных хранилищ HTML5, а также ряд других функций[111][112][113][114][115][116].

Диспетчер задач[~ 5]. В диспетчере задач показываются все процессы, запущенные в Chromium, и используемые этими процессами ресурсы (память, процессор и сеть).

Другие инструменты. Браузер обладает дополнительными скрытыми инструментами для разработчиков и тестировщиков, позволяющих получить доступ к дополнительным экспериментальным функциям браузера[117][118], подробной информации о браузере, средствам мониторинга данных, а также к ряду других возможностей[119].

Браузер в целом положительно воспринимается экспертами, которые отмечают более высокую скорость работы по сравнению с конкурентами, а также обладает рядом других преимуществ, таких как: веб-приложения, минималистичный интерфейс, удобная работа с вкладками и некоторые другие достоинства[120][121]. При этом первые тестовые версии браузера для платформ Linux и macOS подвергались критике из-за крайне нестабильной работы, недостатка функций, нерабочих инструментов разработчика и крупного ряда других недочётов[122][123][124]. Позднее Chromium стал объектом скандала, возникшего после выявления российским программистом Алексеем Ужвой доказательств того, что браузер, вопреки заявлениям Google, совершает недокументированные запросы на серверы Google[125][126]. Разработчики признали дефект, объявили, что это ошибка, и удалили все следящие элементы[127].

Зачастую возникает путаница между браузерами Chromium и Google Chrome[128]. Несмотря на схожесть, браузеры имеют ряд существенных отличий. Chromium является свободным веб-обозревателем с открытым исходным кодом, в то время как Google Chrome распространяется под собственной лицензией[129] и содержит ряд несвободных элементов. С подробностями можно ознакомиться в таблице[40].

Chromium Google Chrome
Логотип Многоцветный с преобладанием оттенков синего Многоцветный с преобладанием тёплых цветов
Отчёты об ошибках Не отправляются[130] Отправляются при включённой опции
Статистика Не отправляется[130] Отправляется при включённой опции
RLZ-идентификатор Не отправляется[130] Периодически отправляется[54]
Видео и аудио Поддерживаются стандартно только открытые и свободные форматы WebM, Theora, Vorbis Поддерживаются форматы WebM, Theora, MP3, AAC, Vorbis
Adobe Flash Отсутствует Встроен
Google Updater Отсутствует. В некоторых операционных системах браузер обновляется при помощи технологии пакетного управления (Ubuntu, Debian, openSUSE, ChromeOS и др.) Следит за обновлениями браузера, скачивает и устанавливает их при необходимости
Качество и стабильность Каналы обновлений полностью соответствуют каналам Chrome. Также доступны нестабильные ежедневные сборки Несколько каналов обновлений. Канал Stable тщательно тестируется

Основную ветку Chromium (вне каналов Stable, Beta и Dev) можно расценивать как альфа-версию Google Chrome, она используется для «горячего» внедрения новых возможностей и функций[7]. При подобной политике использование браузера не рекомендуется для обычных пользователей, но в некоторых ОС, например в Joli OS, Chromium является браузером по умолчанию. В Windows существует ряд сторонних программ, позволяющих обновлять Chromium (например, свободный и открытый Chromium Updater[131]) по двум каналам обновлений — стабильному (протестированные сборки для ежедневного использования) и нестабильному (свежайшие сборки Chromium). Использование стабильного канала Chromium позволяет избежать ошибок и падений браузера. При этом корпоративный сегмент также может использовать Chromium благодаря инструментам управления групповыми политиками[132][133][134].

Chromium выпускается для операционных систем Microsoft Windows, начиная с XP SP2; MacOS, начиная с 10.5.6., и Linux (доступны также стабильные сборки Chromium), а именно, Arch Linux[135], Debian[136], Fedora[137], Gentoo Linux[138], openSUSE[139], Ubuntu и производные[140][141], Maemo 5 (существует неофициальный порт полноценного Chromium на коммуникатор Nokia N900)[142][143] и другие дистрибутивы[144]. FreeBSD официально не поддерживается, но доступен порт Linux версии, которая, однако, имеет некоторые функциональные недостатки в работе с расширениями[145][146]. Вычислить точное количество пользователей браузера Chromium очень сложно, так как User Agent браузеров Google Chrome и Chromium совпадают. Согласно социальной сети Wakoopa, аудиторию пользователей Chromium (около 87 %) составляют пользователи ОС с ядром Linux[147].

Кодовая база Chromium послужила основой для создания целого ряда альтернативных веб-обозревателей, имеющих ряд особенностей по сравнению с основной веткой развития. Одним из примеров является браузер Opera, который, начиная с версии 15, использует движок Blink (ранее использовался собственный движок Presto[148]). Также, на базе Chromium многие интернет-компании выпускают браузеры, интегрированные с собственными интернет-сервисами, например: Google Chrome (компания Google), Яндекс.Браузер (Яндекс[149][150][151][152]), 360 Extreme Explorer.

  1. ↑ На некоторых файловых системах, таких как FAT32, использование «песочницы» невозможно.
  2. ↑ Параметры Chromium → Расширенные → Конфиденциальность → Включить защиту от фишинга и вредоносного ПО.
  3. ↑ Параметры Chromium → Расширенные → Конфиденциальность → Настройки содержания.
  4. ↑ Параметры Chromium → Расширенные → Конфиденциальность → Удалить данные о просмотренных страницах.
  5. ↑ Меню «Настройка» → Инструменты → Диспетчер задач. Также можно воспользоваться быстрыми клавишами Shift + Escape.

ru.wikipedia.org

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о