Właściwości chromu, właściwości i zastosowania

The chrom (Cr) jest metalowym elementem grupy 6 (VIB) układu okresowego. Rocznie ton tego metalu wytwarza się przez ekstrakcję rudy chromitu lub rudy magnezu (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄), które są redukowane węglem, aby uzyskać metal. Jest bardzo reaktywny i tylko w bardzo redukujących warunkach jest w czystej postaci.

Jego nazwa pochodzi od greckiego słowa „chroma”, co oznacza kolor. Otrzymała tę nazwę ze względu na liczne i intensywne kolory wykazywane przez związki chromu, nieorganiczne lub organiczne; od ciał stałych lub czarnych roztworów do żółtego, pomarańczowego, zielonego, fioletowego, niebieskiego i czerwonego.

Jednak kolor metalicznego chromu i jego węglików jest szarawy. Ta cecha jest używana w technice chromu do nadawania wielu struktur błysków srebra (takich jak te widoczne w krokodylu na obrazku powyżej). Dzięki temu „kąpiel z chromem” na elementach nabiera połysku i jest bardzo odporna na korozję.

Chrom w roztworze reaguje szybko z tlenem w powietrzu, tworząc tlenki. W zależności od pH i warunków utleniania pożywki można uzyskać różne liczby utleniania za pomocą (III) (Cr³⁺) najbardziej stabilny ze wszystkich. W rezultacie tlenek chromu (III) (Cr₂O₃) kolor zielony jest najbardziej stabilny spośród jego tlenków.

Tlenki te mogą oddziaływać z innymi metalami w środowisku, pochodzącymi na przykład z syberyjskiego czerwonego pigmentu ołowiowego (PbCrO).₄). Pigment ten jest żółto-pomarańczowy lub czerwony (w zależności od jego zasadowości), a francuski naukowiec Louis Nicolas Vauquelin wyizolował z niego metaliczną miedź, dlatego jest nagradzany jako jej odkrywca.

Jego minerały i tlenki, a także niewielka część metalicznej miedzi, sprawiają, że ten element zajmuje 22 miejsce w obfitości skorupy ziemskiej.

Chemia chromu jest bardzo zróżnicowana, ponieważ może tworzyć wiązania z prawie całym układem okresowym. Każdy z jego związków wykazuje kolory zależne od liczby utleniania, a także gatunki, które z nim oddziałują. Tworzy również wiązania z węglem, interweniując w dużą liczbę związków metaloorganicznych.

[TOC]

Charakterystyka i właściwości

Chrom jest metalem srebrnym w czystej postaci, o liczbie atomowej 24 i masie cząsteczkowej około 52 g / mol (⁵²Cr, jego najbardziej stabilny izotop).

Ze względu na silne wiązania metali ma wysokie punkty topnienia (1907 ° C) i wrzenia (2671 ° C). Ponadto jego krystaliczna struktura sprawia, że ​​jest bardzo gęstym metalem (7,19 g / ml).

Nie reaguje z wodą, tworząc wodorotlenki, ale reaguje z kwasami. Jest utleniany tlenem z powietrza, zwykle wytwarzając tlenek chromu, który jest szeroko stosowanym zielonym pigmentem..

Te warstwy tlenku tworzą tzw pasywacja, ochrona metalu przed dalszą korozją, ponieważ tlen nie może przeniknąć metalicznej zatoki.

Jego konfiguracja elektroniczna to [Ar] 4s¹3d⁵, ze wszystkimi elektronami niesparowanymi, a zatem wykazuje właściwości paramagnetyczne. Jednak parowanie spinów elektronicznych może wystąpić, jeśli metal jest poddawany działaniu niskich temperatur, uzyskując inne właściwości, takie jak antyferromagnetyczny..

Indeks

• 1 Charakterystyka i właściwości
• 2 Struktura chemiczna chromu
• 3 Numer utleniania
  • 3.1 Cr (-2, -1 i 0)
  • 3,2 Cr (I) i Cr (II)
  • 3.3 Cr (III)
  • 3,4 Cr (IV) i Cr (V)
  • 3.5 Cr (VI): para dwuchromianu chromianu
• 4 zastosowania chromu
  • 4.1 Jako barwnik lub pigmenty
  • 4.2 W chromie lub metalurgii
  • 4.3 Odżywcze
• 5 Gdzie jesteś?
• 6 referencji

Struktura chemiczna chromu

Jaka jest struktura chromowego metalu? W czystej postaci chrom przyjmuje sześcienną strukturę krystaliczną skoncentrowaną na ciele (cc lub bcc, ze względu na akronim w języku angielskim). Oznacza to, że atom chromu znajduje się w środku sześcianu, którego krawędzie są zajmowane przez inne chromy (jak na powyższym obrazku).

Ta struktura jest odpowiedzialna za chrom o wysokiej temperaturze topnienia i wrzenia, a także za wysoką twardość. Atomy miedzi nakładają się na orbitale s i d, tworząc pasma przewodzenia zgodnie z teorią pasma.

Zatem oba pasma są w połowie pełne. Dlaczego? Ponieważ jego konfiguracja elektroniczna to [Ar] 4s¹3d⁵ i jak orbital s może pomieścić dwa elektrony i orbitale d dziesięć. Następnie tylko połowa pasm utworzonych przez ich zakładki jest zajęta przez elektrony.

Dzięki tym dwóm perspektywom - strukturze krystalicznej i wiązaniu metali - wiele właściwości fizycznych tego metalu można wyjaśnić teoretycznie. Jednak nie wyjaśnia, dlaczego chrom może mieć kilka stanów utleniania lub liczby.

Wymagałoby to głębokiego zrozumienia stabilności atomu w odniesieniu do spinów elektronicznych.

Numer utleniania

Ponieważ elektroniczna konfiguracja chromu wynosi [Ar] 4s¹3d⁵ może zarobić do jednego lub dwóch elektronów (Cr^1- i Cr^2-) lub stracić je, aby uzyskać różne numery utleniania.

Tak więc, jeśli chrom traci elektron, byłby on podobny do [Ar] 4s⁰3d⁵; jeśli stracisz trzy, [Ar] 4s⁰3d³; a jeśli stracisz je wszystkie, [Ar], lub co jest takie samo, będzie izoelektroniczne do argonu.

Chrom nie traci ani nie zyskuje elektronów przez zwykłe kaprysy: musi istnieć gatunek, który oddaje lub akceptuje je, aby przejść z jednego numeru utleniania do drugiego.

Chrom ma następujące liczby oksydacyjne: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 i +6. Z nich +3, Cr³⁺, jest najbardziej stabilny i dlatego dominujący ze wszystkich; następnie +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 i 0)

Jest bardzo mało prawdopodobne, aby chrom zyskał elektrony, ponieważ jest to metal, a zatem jego naturą jest ich oddanie. Jednak może być skoordynowany z ligandami, to znaczy cząsteczkami, które oddziałują z centrum metalu poprzez łącze celownicze.

Jednym z najbardziej znanych jest tlenek węgla (CO), który tworzy heksakarbonylowy związek chromu.

Związek ten ma wzór cząsteczkowy Cr (CO)₆, a ponieważ ligandy są obojętne i nie zapewniają żadnego ładunku, wtedy Cr ma liczbę utleniania równą 0.

Można to również zaobserwować w innych związkach metaloorganicznych, takich jak bis (benzen) chrom. W tym ostatnim chrom jest otoczony przez dwa pierścienie benzenowe w strukturze molekularnej typu kanapkowego:

Z tych dwóch związków metaloorganicznych może powstać wiele innych związków Cr (0).

Stwierdzono, że sole oddziałują z kationami sodu, co oznacza, że ​​Cr musi mieć ujemną liczbę oksydacyjną, aby przyciągnąć ładunki dodatnie: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] i Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) i Cr (II)

Cr (I) lub Cr¹⁺ jest wytwarzany przez utlenianie właśnie opisanych związków metaloorganicznych. Osiąga się to przez utlenianie ligandów, takich jak CN lub NO, tworząc na przykład związek K₃[Cr (CN)₅NIE].

Oto fakt posiadania trzech Kationów⁺ sugeruje, że kompleks chromu ma trzy ładunki ujemne; podobnie ligand CN^- zapewnia pięć ładunków ujemnych, więc między Cr i NO należy dodać dwa ładunki dodatnie (-5 + 2 = -3).

Jeśli NO jest neutralne, to jest to Cr (II), ale ma ładunek dodatni (NIE⁺), w tym przypadku jest Cr (I).

Z drugiej strony związki Cr (II) są bardziej obfite, a wśród nich są: chlorek chromu (II) (CrCl₂), octan chromowy (Cr₂(Or₂CCH₃)₄), tlenek chromu (II) (CrO), siarczek chromu (II) (CrS) i inne.

Cr (III)

Jest to wszystko o większej stabilności, ponieważ w rzeczywistości jest produktem wielu reakcji utleniania jonów chromianowych. Być może jego stabilność wynika z jego konfiguracji elektronicznej³, w których trzy elektrony zajmują trzy orbitale d o niższej energii w porównaniu z dwoma dwoma bardziej energicznymi (rozwijające się orbitale d).

Najbardziej reprezentatywnym związkiem tego numeru utleniania jest tlenek chromu (III) (Cr₂O₃). W zależności od skoordynowanych ligandów, kompleks wyświetli jeden lub inny kolor. Przykładami tych związków są: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, itd..

Chociaż wzór chemiczny nie pokazuje tego na pierwszy rzut oka, chrom ma zwykle w swoich kompleksach oktaedryczną sferę koordynacji; to znaczy, że znajduje się w centrum ośmiościanu, gdzie jego wierzchołki są ustawione jako ligandy (w sumie sześć).

Cr (IV) i Cr (V)

Związki, w których uczestniczy Cr⁵⁺ są bardzo nieliczne, ze względu na niestabilność elektronową tego atomu, poza tym jest on łatwo utleniany do Cr⁶⁺, o wiele bardziej stabilny, ponieważ jest izoelektroniczny w stosunku do gazu szlachetnego argonu.

Jednak związki Cr (V) można syntetyzować w pewnych warunkach, takich jak wysokie ciśnienie. Ponadto mają tendencję do rozkładu w umiarkowanych temperaturach, co uniemożliwia ich zastosowanie, ponieważ nie mają odporności termicznej. Niektóre z nich to: CrF₅ i K₃[Cr (O₂)₄] (O₂^2- jest anionem nadtlenkowym).

Z drugiej strony Cr⁴⁺ Jest relatywnie bardziej stabilny, zdolny do syntezy związków halogenowanych: CrF₄, CrCl₄ i CrBr₄. Jednak są one również podatne na rozkład przez reakcje redoks w celu wytworzenia atomów chromu o lepszych liczbach utleniania (takich jak +3 lub +6).

Cr (VI): para dwuchromianu chromianu

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺  (Żółty) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (pomarańczowy)

Powyższe równanie odpowiada dimeryzacji kwasowej dwóch jonów chromianowych w celu wytworzenia dichromianu. Zmiana pH powoduje zmianę interakcji wokół metalicznego środka Cr⁶⁺, potwierdzone również w kolorze roztworu (od żółtego do pomarańczowego lub odwrotnie). Dichromian składa się z mostka O₃Cr-O-CrO₃.

Związki Cr (VI) mają właściwości szkodliwe, a nawet rakotwórcze dla ludzkiego ciała i zwierząt.

Jak? Badania dowodzą, że jony CrO₄^2- przecinają błony komórkowe dzięki działaniu białek transportujących siarczany (oba jony mają w rzeczywistości podobne rozmiary).

Środki redukujące w komórkach redukują Cr (VI) do Cr (III), który gromadzi się poprzez nieodwracalną koordynację ze specyficznymi miejscami makrocząsteczek (takich jak DNA).

Zanieczyszczono komórkę nadmiarem chromu, którego nie można opuścić z powodu braku mechanizmu, który przenosi go z powrotem przez membrany.

Chrome używa

Jako barwnik lub pigmenty

Chrom ma szeroką gamę zastosowań, od barwnika do różnych rodzajów tkanin, po środki ochronne, które upiększają części metalowe w tak zwanym chromie, co można zrobić z czystego metalu lub ze związkami Cr (III) lub Cr (VI).

Fluorek chromu (CrF)₃), na przykład, jest stosowany jako barwnik do tkanin wełnianych; siarczan chromu (Cr₂(TAK₄)₃), jest przeznaczony do barwienia emalii, ceramiki, farb, farb, lakierów, a także służy do chromowania metali; i tlenek chromowy (Cr₂O₃) znajduje również zastosowanie tam, gdzie wymagany jest jego atrakcyjny zielony kolor.

Dlatego każdy minerał chromowy o intensywnych kolorach może być przeznaczony do barwienia struktury, ale potem powstaje fakt, że wymienione związki są niebezpieczne lub nie dla środowiska lub dla zdrowia osobników.

W rzeczywistości jego trujące właściwości są wykorzystywane do ochrony drewna i innych powierzchni przed atakiem owadów.

W chromowaniu lub metalurgii

Podobnie, małe ilości chromu są dodawane do stali, aby wzmocnić ją przed utlenianiem i poprawić jej jasność. To dlatego, że jest zdolny do tworzenia szarawych węglików (Cr₃C₂) bardzo odporny na reakcję z tlenem w powietrzu.

Ponieważ chrom może być polerowany w celu uzyskania błyszczących powierzchni, chromowany materiał ma wtedy srebrne wzory i kolory jako tańszą alternatywę dla tych celów.

Odżywczy

Niektórzy dyskutują, czy chrom może być uważany za istotny element, czyli niezbędny w codziennej diecie. Jest obecny w niektórych produktach spożywczych w bardzo małych stężeniach, takich jak zielone liście i pomidory.

Ponadto istnieją suplementy białkowe, które regulują aktywność insuliny i pobudzają wzrost mięśni, jak w przypadku polinikotynianu chromu..

Gdzie to jest?

Chrom występuje w wielu różnych minerałach i klejnotach, takich jak rubiny i szmaragdy. Głównym minerałem, z którego ekstrahuje się chrom, jest chromit (MCr₂O₄), gdzie M może być dowolnym innym metalem, z którym związany jest tlenek chromu. Kopalnie te obfitują w RPA, Indiach, Turcji, Finlandii, Brazylii i innych krajach.

Każde źródło ma jeden lub więcej wariantów chromitu. W ten sposób dla każdego M (Fe, Mg, Mn, Zn itp.) Powstaje inny minerał chromowy.

Aby wyekstrahować metal, konieczne jest zredukowanie minerału, to znaczy, aby metaliczne centrum chromu uzyskało elektrony dzięki działaniu środka redukującego. Odbywa się to za pomocą węgla lub aluminium:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Znaleziono także chromit (PbCrO₄).

Zwykle w każdym minerale, w którym znajduje się jon Cr³⁺ może zastąpić Al³⁺, oba z nieznacznie podobnymi promieniami jonowymi, stanowią zanieczyszczenie, które powoduje inne naturalne źródło tego niesamowitego, ale szkodliwego metalu.

Referencje

1. Tenenbaum E. Chrom. Zaczerpnięte z: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Chrom Zrobiono z: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 kwietnia 2018 r.). Jaka jest różnica między Chrome i Chromium? Zaczerpnięte z: thoughtco.com
4. N.V. Mandich (1995). Chemia chromu. [PDF] Zrobiono z: citeseerx.ist.psu.edu
5. Chemia LibreTexts. Chemia chromu. Zrobiono z: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Chemia chromu i niektóre wynikające problemy analityczne. Oceniony przez: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Chrom Zrobiono z: chemistryexplained.com