Proprietăți, caracteristici și utilizări ale cromului

crom (Cr) este un element metalic din grupa 6 (VIB) a tabelului periodic. Anual, tone de acest metal sunt produse prin extragerea minereului de fier cromit sau a minereului de magneziu (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄), care sunt reduse cu cărbune pentru a obține metalul. Este foarte reactiv, și numai în condiții foarte reduse este în forma sa pură.

Numele ei derivă din cuvântul grecesc "chroma", ceea ce înseamnă culoare. Acest nume a fost dat din cauza culorilor multiple și intense expuse de compușii de crom, indiferent dacă sunt anorganici sau organici; de la solide sau soluții negre, până la galben, portocaliu, verde, violet, albastru și roșu.

Cu toate acestea, culoarea cromului metalic și a carburilor sale sunt argint gri. Această caracteristică este utilizată în arta de crom pentru a da mai multe flash-uri structuri de argint (așa cum se vede în crocodil de mai sus). Astfel, "îmbăierea cu crom" la bucăți are o luciu și o mare rezistență la coroziune.

Cromul din soluție reacționează rapid cu oxigenul din aer pentru a forma oxizi. În funcție de pH și de condițiile oxidative ale mediului, se pot obține diferite numere de oxidare, fiind (III) (Cr³⁺) cel mai stabil dintre toate. Ca rezultat, oxidul de crom (III) (Cr₂O₃) culoarea verde este cea mai stabilă dintre oxizii săi.

Acești oxizi pot interacționa cu alte metale din mediul înconjurător, provenind, de exemplu, din pigmentul roșu de siliciu (PbCrO).₄). Acest pigment este un galben-portocaliu sau roșu (conform alcalinitatea acestuia), și din ea omul de știință francez Louis Nicolas Vauquelin izolat motiv cupru metalic este desemnat ca descoperitorul ei.

Minerale și oxizi, și o porțiune mică de cupru metalic face acest element ocupă numărul 22 din cele mai abundente de crusta.

Chimia de crom este foarte diversă, deoarece poate forma legături cu aproape întreaga masă periodică. Fiecare dintre compușii săi prezintă culori care depind de numărul de oxidări, precum și de speciile care interacționează cu acestea. De asemenea, formează legături cu carbon, care intervin într-un număr mare de compuși organometalici.

[TOC]

Caracteristici și proprietăți

Cromul este un metal de argint sub formă pură, cu un număr atomic de 24 și o greutate moleculară de aproximativ 52 g / mol (⁵²Cr, izotopul său cel mai stabil).

Având în vedere legăturile sale puternice de metal, are puncte de topire ridicate (1907 ° C) și puncte de fierbere (2671 ° C). De asemenea, structura sa cristalină îl face un metal foarte dens (7,19 g / ml).

Nu reacționează cu apa pentru a forma hidroxizi, dar reacționează cu acizii. Se oxidează cu oxigen din aer, producând de obicei oxid cromic, care este un pigment verde larg utilizat.

Aceste straturi de oxid formează ceea ce se numește pasivizare, protejând metalul de coroziunea ulterioară, deoarece oxigenul nu poate penetra sânul metalic.

Configurația sa electronică este [Ar] 4s¹3d⁵, cu toate electronii nepereche și, prin urmare, prezintă proprietăți paramagnetice. Cu toate acestea, pot să apară asocierea de rotiri de electroni dacă metalul este supus la temperaturi joase, dobândind alte proprietati antiferomagnetismul.

index

• 1 Caracteristici și proprietăți
• 2 Structura chimică a cromului
• 3 Numărul de oxidare
  • 3.1 Cr (-2, -1 și 0)
  • 3.2 Cr (I) și Cr (II)
  • 3,3 Cr (lll)
  • 3,4 Cr (IV) și Cr (V)
  • 3,5 Cr (VI): perechea cromat-dicromat
• 4 Utilizări de crom
  • 4.1 Ca colorant sau pigmenți
  • 4.2 În crom sau metalurgie
  • 4.3 Nutrițional
• 5 Unde este?
• 6 Referințe

Structura chimică a cromului

Care este structura metalului de crom? În forma sa pură, cromul adoptă o structură cristalină cristalică centrată pe corp (cc sau bcc, pentru acronimul său în limba engleză). Acest lucru înseamnă că atomul de crom este situat în centrul unui cub, ale cărei margini sunt ocupate de alte carduri de tranzacționare (ca în imaginea de mai sus).

Această structură este responsabilă pentru cromul care are puncte de topire și de fierbere ridicate, precum și o duritate ridicată. Atomii de cupru se suprapun pe orbitele lor s și d pentru a forma benzile de conducere conform teoriei benzii.

Astfel, ambele benzi sunt pe jumătate pline. De ce? Deoarece configurația sa electronică este [Ar] 4s¹3d⁵ și cum orbitalul poate deține doi electroni, și orbitalele zece. Apoi, doar jumătate din benzile formate prin suprapunerile lor sunt ocupate de electroni.

Cu aceste două perspective - structura cristalină și legătura metalică - multe dintre proprietățile fizice ale acestui metal pot fi explicate teoretic. Cu toate acestea, nici nu explică de ce cromul poate avea mai multe stări sau numere de oxidare.

Acest lucru ar necesita o înțelegere profundă a stabilității atomului în ceea ce privește rotirile electronice.

Numărul de oxidare

Deoarece configurația electronică a cromului este [Ar] 4s¹3d⁵ poate câștiga până la unul sau doi electroni (Cr^1- și Cr^2-) sau pierdeți-i pentru a obține numere diferite de oxidare.

Deci, dacă cromul își pierde un electron, ar fi ca și [Ar] 4s⁰3d⁵; dacă pierde trei, 4 ani⁰3d³; și dacă le va pierde pe toate, [Ar] sau ceea ce este același, ar fi izoelectronic la argon.

Cromul nu pierde sau câștigă electroni prin simpla capriciu: trebuie să existe o specie care să le dăruiască sau să le accepte să treacă de la un număr de oxidare la altul.

Cromul are următoarele numere de oxidare: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 și +6. Dintre acestea, +3, Cr³⁺, este cea mai stabilă și, prin urmare, predominantă; urmat de +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 și 0)

Este foarte puțin probabil ca cromul să obțină electroni, deoarece este un metal și prin urmare natura lui este să le dăruiască. Cu toate acestea, acesta poate fi coordonat cu liganzi, adică molecule care interacționează cu centrul metalului printr-o legătură dativă.

Una dintre cele mai cunoscute este monoxidul de carbon (CO), care formează compusul hexacarbonilic de crom.

Acest compus are o formulă moleculară Cr (CO)₆, și deoarece liganzii sunt neutri și nu furnizează nicio sarcină, atunci Cr are un număr de oxidare de 0.

Acest lucru poate fi observat și în cazul altor compuși organometalici, cum ar fi bis (benzen) crom. În ultimul crom este înconjurat de două inele de benzen într-o structură moleculară tip sandwich:

Dintre acești doi compuși organometalici pot apărea multe altele de Cr (0).

Au fost găsite săruri în care interacționează cu cationii de sodiu, ceea ce înseamnă că Cr trebuie să aibă un număr negativ de oxidare pentru a atrage încărcări pozitive: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] și Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) și Cr (II)

Cr (I) sau Cr¹⁺ este produsă prin oxidarea compușilor organometalici tocmai descriși. Aceasta se realizează prin liganzii oxidanți, cum ar fi CN sau NO, formând astfel, de exemplu, compusul K₃[Cr (CN)₅NO].

Aici este faptul că avem trei cationi K⁺ implică faptul că complexul de crom are trei sarcini negative; de asemenea ligandul CN^- oferă cinci sarcini negative, astfel încât între Cr și NO trebuie să se adauge două sarcini pozitive (-5 + 2 = -3).

Dacă NO este neutru, atunci este Cr (II), dar are o încărcătură pozitivă (NO⁺), este în acest caz Cr (I).

Pe de altă parte, compușii Cr (II) sunt mai abundenți, fiind printre ei următorii: clorura de crom (II) (CrCl₂), acetat de crom (Cr₂(O₂CCH₃)₄), oxid de crom (II) (CrO), sulfură de crom (II) (CrS) și altele.

Cr (III)

Din toate acestea, este cea de stabilitate mai mare, deoarece este, de fapt, produsul multor reacții oxidante ale ionilor cromatici. Poate că stabilitatea sa se datorează configurației sale electronice³, în care trei electroni ocupă trei orbitale cu energie mai mică comparativ cu celelalte două cele mai energetice (împărțirea orbitalelor).

Cel mai reprezentativ compus al acestui număr de oxidare este oxidul de crom (III) (Cr₂O₃). În funcție de liganzii care sunt coordonați, complexul va expune o culoare sau alta. Exemple de astfel de compuși sunt: ​​[CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, etc.

Deși formula chimică nu o arată la prima vedere, cromul are de obicei o sferă de coordonare octaedrică în complexele sale; adică este situat în centrul unui octaedru, unde vârfurile sale sunt liganzi poziționați (șase în total).

Cr (IV) și Cr (V)

Compușii în care participă Cr⁵⁺ ele sunt foarte puține, datorită instabilității electronice a atomului menționat, pe lângă faptul că este ușor de oxidat la Cr⁶⁺, mult mai stabil pentru a fi izoelectronic cu privire la gazul nobil de argon.

Cu toate acestea, compușii Cr (V) pot fi sintetizați în anumite condiții, cum ar fi presiunea înaltă. De asemenea, ele tind să se descompună la temperaturi moderate, ceea ce face ca posibilele lor aplicații să fie imposibile deoarece nu au rezistență termică. Unele dintre ele sunt: ​​CrF₅ și K₃[Cr (O₂)₄] (O₂^2- este anionul peroxidic).

Pe de altă parte, Cr⁴⁺ Este relativ mai stabil, fiind capabil să sintetizeze compușii săi halogenați: CrF₄, CrCI₄ și CrBr₄. Cu toate acestea, ele sunt, de asemenea, susceptibile la descompunere prin reacții redox pentru a produce atomi de crom cu numere mai bune de oxidare (cum ar fi +3 sau +6).

Cr (VI): perechea cromat-dicromat

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺ (Galben) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (Orange)

Ecuația de mai sus corespunde dimerizării acide a doi ioni cromați pentru a produce dicromat. Variația pH-ului determină o schimbare a interacțiunilor în jurul centrului metalic al lui Cr⁶⁺, care evidențiază și culoarea soluției (de la galben la portocaliu sau invers). Dicromatul constă dintr-o punte O₃Cro-CrC₃.

Compușii de Cr (VI) au caracteristicile de a fi dăunători și chiar carcinogeni pentru corpul uman și animale.

Cum? Studiile susțin că ionii CrO₄^2- ele traversează membranele celulare prin acțiunea proteinelor care transportă sulfații (ambii ioni au de fapt dimensiuni similare).

Agenții reducători din celule reduc Cr (VI) la Cr (III), care se acumulează atunci când sunt coordonați ireversibil cu situsuri specifice de macromolecule (cum ar fi ADN-ul).

Contaminate de celulă printr-un exces de crom, acest lucru nu se poate lăsa din cauza lipsei de mecanisme care îl transportă înapoi prin membrane.

Chrome folosește

Ca colorant sau pigmenți

Cromul are o gamă largă de aplicații, de la vopseaua pentru diferite tipuri de țesături, la protecția care înfrumusețează părțile metalice în ceea ce este cunoscut sub numele de crom, care poate fi realizat din metal pur sau cu compuși de Cr (III) sau Cr (VI).

Chromic fluorură (CrF)₃), de exemplu, este utilizat ca colorant pentru țesăturile din lână; Sulfatul cromic (Cr₂(SO₄)₃), este folosit pentru colorarea emailurilor, a ceramicii, a vopselelor, a cernelurilor, a lacurilor și, de asemenea, servește la cromarea metalelor; și oxid cromic (Cr₂O₃) este de asemenea folosită acolo unde este necesară o culoare verde atrăgătoare.

Prin urmare, orice mineral de crom cu culori intense poate fi destinat să vopsească o structură, dar după aceea apare faptul dacă compușii menționați sunt periculoși sau nu pentru mediu sau pentru sănătatea indivizilor.

De fapt, proprietățile sale otrăvitoare sunt folosite pentru conservarea lemnului și a altor suprafețe de pe urma atacului de insecte.

În crom sau metalurgie

De asemenea, la oțel se adaugă cantități mici de crom, pentru ao întări împotriva oxidării și pentru a-și îmbunătăți luminozitatea. Acest lucru se datorează faptului că este capabil să formeze carburi gri (Cr₃C₂) foarte rezistent când reacționează cu oxigenul în aer.

Deoarece cromul poate fi lustruit pentru a obține suprafețe lucioase, cromate apoi au modele de argint și culori ca o alternativă mai ieftină în aceste scopuri.

nutriționale

Unele dintre ele dezbat că cromul poate fi considerat un element esențial, adică indispensabil în dieta zilnică. Este prezent în unele alimente în concentrații foarte mici, cum ar fi frunze verzi și roșii.

De asemenea, există suplimente de proteine ​​care reglează activitatea insulinei și promovează creșterea musculară, ca în cazul polinotinatului de crom.

Unde este?

Cromul se găsește într-o mare varietate de minerale și pietre, cum ar fi rubine și smaralde. Principalul mineral din care se extrage cromul este cromitul (MCr₂O₄), în care M poate fi orice alt metal cu care este asociat oxidul de crom. Aceste mine abundă în Africa de Sud, în India, Turcia, Finlanda, Brazilia și în alte țări.

Fiecare sursă are una sau mai multe variante de cromit. Astfel, pentru fiecare M (Fe, Mg, Mn, Zn, etc.) apare un mineral de crom diferit.

Pentru a extrage metalul, este necesar să se reducă mineralul, adică să se facă ca centrul metalic al cromului să obțină electroni prin acțiunea unui agent reducător. Acest lucru se face cu carbon sau aluminiu:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

De asemenea, se găsește cromit (PbCrO₄).

De obicei, în orice mineral în cazul în care ionul de Cr³⁺ poate înlocui Al³⁺, ambele cu raze ionice ușor similare, constituie o impuritate care duce la o altă sursă naturală a acestui metal uimitor, dar nociv.

referințe

1. Tenenbaum E. crom. Luat de la: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Chromium. Luată de la: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 aprilie 2018). Care este diferența dintre Chrome și crom? Luat de la: thoughtco.com
4. N.V. Mandich. (1995). Chimia cromului. [PDF]. Luat de la: citeseerx.ist.psu.edu
5. Chimie LibreTexts. Chimia cromului. Luat de la: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Chimia cromului și unele probleme analitice rezultate. Revizuit de: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Chromium. Luat de la: chemistryexplained.com