9铬和5铬,九铬与五铬的区别

摘要

铬，原子序数24，铬有二十多种同位素，最常见的铬有28个中子。室温下的单质铬是坚硬而有光泽的金属。Chromium来自于希腊文中“颜色”的意思。铬有很多带颜色的化合物，如今颜料的制备中还会用到铬。一些物质中掺杂了铬也会拥有颜色，例如，红宝石的红色便与铬有关。

图一：不同颜色的含铬化合物

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Chromium来自于希腊文中“颜色”的意思。铬有很多带颜色的化合物（图一），如今颜料的制备中还会用到铬。一些物质中掺杂了铬也会拥有颜色，例如，红宝石的红色便与铬有关。红宝石的主体是刚玉（三氧化二铝最稳定的状态），刚玉本身是透明的。原子中的电子可能占据的能量并不是连续的，而是量子化的，一旦光的能量与电子两个量子态的能量差相等时，电子可以与光子有相互作用，刚玉在可见光范围与光子无显著相互作用，因而无色透明。如果三价的铬取代了三价的铝，电子允许占据的能级会被改变，最终让铝的氧化物呈现为红色（强红光穿透，强紫光吸收，强黄绿光吸收）。不仅铬的化合物和掺杂铬的晶体容易呈现颜色，含铬的离子在溶液中也有多种颜色，这些颜色的来源很多与铬的价层d轨道有关。铬的英文Chromium还是Google的一个项目名，浏览器Chrome的名字就是起源于此。

图二：铬掺杂对颜色的影响。刚玉（三氧化二铝）是无色透明的，随着铬的掺杂，颜色逐渐由红变绿。 图片来源：http://pedagog.hubpages.com/hub/Ruby-sapphire#

电子在原子中的结构需要用量子力学解释。电子结构依照两个量子数被分类，这两个量子数分别是主量子数n和角量子数l，它们和另外两个量子数（角动量z分量量子数和自旋）描述了电子的状态。主量子数n决定了电子的壳层，每个壳层可容纳的电子数是2n2（2，8，18，32，……）。比如n＝1时，根据量子力学，l只能有一个取值0，角动量z分量量子数也只有一个取值。因为泡利不相容原理，原子中不能有两个量子数完全一样的电子，因此，再加上自旋这个自由度，n＝1这个壳层最多只能填充两个电子，氢是只填一个电子的例子，氦是只填两个电子的例子。

每个壳层根据角动量不同而有不同支层。例如，n＝2时，l有两个取值，分别是0和1，对应两个支壳层。l＝0的支层，角动量z分量只有一个取值，再加上自旋自由度，这个支层可以容纳两个电子，对应锂和铍。l＝1的支层，角动量z分量有三个取值（－1，0，1），再加上自旋的自由度，这个支层可以容纳六个电子，对应从硼到氖。因此，整个n＝2壳层可以容纳8个电子，对应第二周期从锂到氖的八种元素。元素周期表并不是完全按照2n2的规律排的，因为电子不一定填完一个主量子数n再填下一个，它遵守的是能量最低原理。例如，（n＝3，l＝2）与（n＝4，l＝0）这两个支壳层的能量就非常接近，填充时不必填满一个再填另一个。

习惯上，人们用s、p、d、f来对应l＝0、1、2、3的不同支壳层。铬有24个电子，其中18个电子与非常稳定的氩一样，剩下5个电子填在价层d轨道上，1个电子填在最外层的s轨道上，这6个电子让铬与其他元素不同。铬的价层d轨道指的即是电子角动量l＝2的轨道，它允许五种角动量z分量取值（－2，－1，0，1，2），再加上自旋，这个轨道最多可以填充10个电子。因为这个d轨道的存在，铬能与其他元素灵活地组合，它在化合物中可以呈负二价到正六价，共九种可能价态。多种价态让铬形成多种化合物，有些正好带颜色。除了颜料，生活中我们还常遇到不锈钢中的铬，因为铬会被氧气钝化，形成一层保护层，因此材料表面会变得不活跃，不容易受环境影响，类似的例子有铝的表面形成三氧化二铝。兵马俑中武器上的涂层发现过铬的存在。

铬也频繁出现于科研中，例如作为微加工技术中的中间镀层。过去几十年里，铬用于科研中的一个著名例子是巨磁阻效应。巨磁阻效应于1988年被发现，2007年获得诺贝尔物理学奖。所谓巨磁阻效应，简单来说指的是电阻随磁场大幅度变化的现象，它出现于多层有结构的薄膜中。图三给出了巨磁阻现象的一个示意图，随着磁场出现，电阻值大幅度改变，这个现象可以用于硬盘的信息存储。磁阻现象150年前就被发现了，例如，铁的电阻在磁场下可以变化大约5％，而巨磁阻现象中的电阻变化可以高达100％，这个效应与电子自旋有关。巨磁阻现象于多层交替的铁和铬薄膜中被发现，铁起图三中铁磁性层的作用，铬起图三中非铁磁性层的作用，这个体系中磁场下的电阻变化可达50％。铬本身的磁性也很特殊，它是是室温下唯一的反铁磁元素。关于磁性的介绍，我们将在漫谈其他元素时涉及。

图三：巨磁阻现象。左上，无磁场时，两个铁磁性薄膜磁化反向，记为R↑↓；右上，加磁场时，两个铁磁性薄膜磁化同向，记为R↑↑；下图，随着磁场增加，电阻值逐渐减少，由R↑↓变为R↑↑。GMR值就是电阻在磁场中变化的比例。

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铬，原子序数24，不为人熟知的常见元素，它的化学性质来自量子力学。

什么是五铬合金

以铬为基加入其他元素组成的合金，属难熔合金。与金属镍相比，金属铬熔点高(1860℃)，比强度大（强度和密度之比），具有良好的抗氧化性能和抗高硫、柴油燃料、海水腐蚀性能。20世纪50年代中期开始了铬合金高温材料的研究。由于铬合金的塑性－脆性转变温度高于室温，特别高温下暴露在空气中，因氮的渗入，使合金塑性变坏,冲击韧性也不能达到要求,使铬合金在用作高于镍基高温合金使用温度的喷气发动机的涡轮叶片和导向叶片方面未能得到发展和应用。60年代初，美国斯克拉格斯(d.v.scruggs)等研制出弥散强化型
cr-mgo合金(chrome-30)有较好的室温塑性，在
1000～1200℃温度下,材料表面形成mgo·cr2o3尖晶石结构，因而合金具有抗高温氧化和抗熔蚀性。这种合金已用作制造燃气轮机的火焰稳定器、乙烯分馏炉中的热电偶套管等部件。几种典型铬合金的成分和塑性－脆性转变温度。

118个元素周期表顺口溜是什么?

一、氢(qīng)。氦(hài)。锂(lǐ)。铍(pí)。硼(péng)

二、碳(tàn)。氮(dàn)。氧(yǎng)。氟(fú)。氖(nǎi)。

三、钠(nà)。镁(měi)。铝(lǚ)。硅(guī)。磷(lín)。硫(liú)。

四、氯(lǜ)。氩(yà)。钾(jiǎ)。钙(gài)。钪(kàng)。钛(tài)。钒(fán)。

五、铬(gè)。锰(měng)。铁(tiě)。钴(gǔ)。镍(niè)。铜(tóng)。锌(xīn)

常考化学元素：

1氢(qīng)。2氦(hài)。3锂(lǐ)。4铍(pí)。5硼(péng)。6碳(tàn)。7氮(dàn)。8氧(yǎng)。9氟(fú)。10氖(nǎi。)11钠(nà)。12镁(měi)。13铝(lǚ)。14硅(guī)。15磷(lín)。16硫(liú)。17氯(lǜ)。18氩(yà)。19钾(jiǎ)。20钙(gài)。