Ιδιότητες, χαρακτηριστικά και χρήσεις χρωμίου

Το χρώμιο (Cr) είναι ένα μεταλλικό στοιχείο της ομάδας 6 (VIB) του περιοδικού πίνακα. Ετησίως, οι τόνοι αυτού του μετάλλου παράγονται με εκχύλιση του σιδηρομεταλλεύματος χρωμιτών ή του μεταλλεύματος μαγνησίου (FeCr₂Ο₄, MgCr₂Ο₄), οι οποίες μειώνονται με άνθρακα για να ληφθεί το μέταλλο. Είναι πολύ αντιδραστικό και μόνο σε πολύ μειωμένες συνθήκες είναι στην καθαρή του μορφή.

Το όνομά του προέρχεται από την ελληνική λέξη 'chroma', που σημαίνει χρώμα. Δόθηκε αυτό το όνομα λόγω των πολλαπλών και έντονων χρωμάτων που εκτίθενται από ενώσεις χρωμίου, ανόργανες ή οργανικές. από στερεά ή μαύρα διαλύματα σε κίτρινο, πορτοκαλί, πράσινο, ιώδες, μπλε και κόκκινο.

Ωστόσο, το χρώμα του μεταλλικού χρωμίου και των καρβιδίων του είναι γκριζωπό ασήμι. Αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται στην τεχνική χρωμίου για να δώσει πολλές δομές λάμψεις αργύρου (όπως αυτές που εμφανίζονται στον κροκόδειλο στην εικόνα παραπάνω). Έτσι, "κολύμβησης με χρώμιο" στα κομμάτια δίνεται λάμψη και μεγάλη αντοχή στη διάβρωση.

Το χρώμιο σε διάλυμα αντιδρά ταχέως με το οξυγόνο στον αέρα για να σχηματίσει οξείδια. Ανάλογα με το ρΗ και τις οξειδωτικές συνθήκες του μέσου, μπορούν να αποκτηθούν διαφορετικοί αριθμοί οξείδωσης, με (III) (Cr³⁺) το πιο σταθερό από όλα. Ως αποτέλεσμα, το οξείδιο του χρωμίου (III) (Cr₂Ο₃) το πράσινο χρώμα είναι το πιο σταθερό των οξειδίων του.

Αυτά τα οξείδια μπορούν να αλληλεπιδράσουν με άλλα μέταλλα στο περιβάλλον, τα οποία προέρχονται, για παράδειγμα, από το κόκκινο μολύβι σιβηρίας (PbCrO).₄). Αυτή η χρωστική ουσία είναι κίτρινο-πορτοκαλί ή κόκκινο (ανάλογα με την αλκαλικότητα της) και από αυτήν ο Γάλλος επιστήμονας Louis Nicolas Vauquelin απομονώνει μεταλλικό χαλκό και γι 'αυτό απονέμεται ως ανακαλύπτης.

Τα ορυκτά και τα οξείδια του, καθώς και ένα μικρό τμήμα μεταλλικού χαλκού, καθιστούν αυτό το στοιχείο να καταλαμβάνει την 22η πιο άφθονη γήινη φλούδα.

Η χημεία του χρωμίου είναι πολύ διαφορετική επειδή μπορεί να σχηματίσει δεσμούς με σχεδόν ολόκληρο τον περιοδικό πίνακα. Κάθε μία από τις ενώσεις της εμφανίζει χρώματα που εξαρτώνται από τον αριθμό της οξείδωσης, καθώς και από τα είδη που αλληλεπιδρούν με αυτήν. Επίσης σχηματίζει δεσμούς με άνθρακα, παρεμβαίνοντας σε μεγάλο αριθμό οργανομεταλλικών ενώσεων.

[TOC]

Χαρακτηριστικά και ιδιότητες

Το χρώμιο είναι ένα μέταλλο αργύρου στην καθαρή του μορφή, με ατομικό αριθμό 24 και μοριακό βάρος περίπου 52 g / mol (⁵²Cr, το πιο σταθερό ισότοπό του).

Λαμβάνοντας υπόψη τους ισχυρούς μεταλλικούς δεσμούς του, έχει υψηλό σημείο τήξης (1907 ° C) και σημείο βρασμού (2671 ° C). Επίσης, η κρυσταλλική δομή του καθιστά ένα πολύ πυκνό μέταλλο (7,19 g / mL).

Δεν αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδια, αλλά αντιδρά με οξέα. Είναι οξειδωμένο με οξυγόνο από τον αέρα, που συνήθως παράγει χρωμικό οξείδιο, το οποίο είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη πράσινη χρωστική ουσία..

Αυτά τα στρώματα οξειδίου δημιουργούν αυτό που είναι γνωστό ως παθητικοποίηση, προστατεύοντας το μέταλλο από περαιτέρω διάβρωση, καθώς το οξυγόνο δεν μπορεί να διεισδύσει στο μεταλλικό κόλπο.

Η ηλεκτρονική του διαμόρφωση είναι [Ar] 4s¹3d⁵, με όλα τα ηλεκτρόνια μη ζευγαρωμένα, και ως εκ τούτου, εμφανίζει παραμαγνητικές ιδιότητες. Ωστόσο, η σύζευξη ηλεκτρονικών περιστροφών μπορεί να συμβεί εάν το μέταλλο υποβληθεί σε χαμηλές θερμοκρασίες, αποκτώντας άλλες ιδιότητες όπως ο αντισφαιρομαγνητισμός..

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά και ιδιότητες
• 2 Χημική δομή χρωμίου
• 3 Αριθμός οξείδωσης
  • 3.1 Cr (-2,1 και 0)
  • 3.2 Cr (Ι) και Cr (II)
  • 3.3 Cr (III)
  • 3,4 Cr (IV) και Cr (V)
  • 3.5 Cr (VI): το ζεύγος χρωμικού-διχρωμικού
• 4 Χρήσεις χρωμίου
  • 4.1 Ως βαφή ή χρωστικές ουσίες
  • 4.2 Σε χρώμιο ή μεταλλουργία
  • 4.3 Διατροφή
• 5 Πού είσαι;?
• 6 Αναφορές

Χημική δομή χρωμίου

Ποια είναι η δομή του μεταλλικού χρωμίου; Στην καθαρή του μορφή, το χρώμιο υιοθετεί κυβική κρυσταλλική δομή επικεντρωμένη στο σώμα (cc ή bcc, για το ακρωνύμιο της στα αγγλικά). Αυτό σημαίνει ότι το άτομο χρωμίου βρίσκεται στο κέντρο ενός κύβου, του οποίου οι άκρες είναι κατεχόμενες από άλλα χρώματα (όπως στην παραπάνω εικόνα).

Αυτή η δομή είναι υπεύθυνη για το χρώμιο που έχει υψηλά σημεία τήξης και βρασμού, καθώς και υψηλή σκληρότητα. Τα άτομα του χαλκού επικαλύπτουν τα s και d orbals τους για να σχηματίσουν ζώνες αγωγιμότητας σύμφωνα με τη θεωρία της μπάντας.

Έτσι, και οι δύο ζώνες είναι μισογεμάτες. Γιατί; Επειδή η ηλεκτρονική του διαμόρφωση είναι [Ar] 4s¹3d⁵ και πώς το τροχιακό μπορεί να κρατήσει δύο ηλεκτρόνια, και τα τροχιακά d δέκα. Στη συνέχεια, μόνο οι μισές από τις ζώνες που σχηματίζονται από τις επικαλύψεις τους καταλαμβάνονται από ηλεκτρόνια.

Με αυτές τις δύο προοπτικές - την κρυσταλλική δομή και τον μεταλλικό δεσμό - πολλές από τις φυσικές ιδιότητες αυτού του μετάλλου μπορούν να εξηγηθούν στη θεωρία. Ωστόσο, ούτε εξηγεί γιατί το χρώμιο μπορεί να έχει αρκετές καταστάσεις ή αριθμούς οξείδωσης.

Αυτό θα απαιτούσε μια βαθιά κατανόηση της σταθερότητας του ατόμου σε σχέση με τις ηλεκτρονικές περιστροφές.

Αριθμός οξείδωσης

Επειδή η ηλεκτρονική διαμόρφωση του χρωμίου είναι [Ar] 4s¹3d⁵ μπορεί να κερδίσει μέχρι ένα ή δύο ηλεκτρόνια (Cr^1- και Cr^2-), ή να τα χάσετε για να αποκτήσετε διαφορετικούς αριθμούς οξείδωσης.

Έτσι, εάν το χρώμιο χάνει ένα ηλεκτρόνιο, θα ήταν σαν το [Ar] 4s⁰3d⁵? αν χάσετε τρία, [Ar] 4s⁰3d³? και αν τα χάσετε όλα, [Ar], ή ό, τι είναι το ίδιο, θα ήταν isoelectronic σε αργόν.

Το χρώμιο δεν χάνει ούτε κερδίζει ηλεκτρόνια με απλή καπρίτσια: πρέπει να υπάρχει ένα είδος που να τα δωρίζει ή να τα δέχεται να πηγαίνουν από έναν αριθμό οξείδωσης σε άλλο.

Το χρώμιο έχει τους ακόλουθους αριθμούς οξείδωσης: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 και +6. Από αυτούς το +3, Cr³⁺, είναι το πιο σταθερό και ως εκ τούτου κυρίαρχο από όλα. ακολουθούμενο από +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 και 0)

Είναι πολύ απίθανο ότι το χρώμιο θα αποκτήσει ηλεκτρόνια, επειδή είναι μέταλλο και ως εκ τούτου η φύση του είναι να τα δωρίσει. Ωστόσο, μπορεί να συντονιστεί με προσδέματα, δηλαδή με μόρια που αλληλεπιδρούν με το μεταλλικό κέντρο μέσω ενός dative συνδέσμου.

Ένα από τα πιο γνωστά είναι το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), το οποίο σχηματίζει την ένωση εξακαρβονυλίου του χρωμίου.

Αυτή η ένωση έχει μοριακό τύπο Cr (CO)₆, και δεδομένου ότι οι συνδετήρες είναι ουδέτεροι και δεν παρέχουν κανένα φορτίο, τότε το Cr έχει αριθμό οξειδώσεως 0.

Αυτό μπορεί επίσης να παρατηρηθεί σε άλλες οργανομεταλλικές ενώσεις όπως το δις (βενζόλιο) χρώμιο. Στην τελευταία, το χρώμιο περιβάλλεται από δύο βενζολικούς δακτυλίους σε μοριακή δομή σάντουιτς:

Από αυτές τις δύο οργανομεταλλικές ενώσεις μπορεί να προκύψουν πολλά άλλα Cr (0).

Έχουν βρεθεί άλατα όπου αλληλεπιδρούν με κατιόντα νατρίου, πράγμα που υποδηλώνει ότι το Cr πρέπει να έχει αρνητικό αριθμό οξείδωσης για να προσελκύσει θετικά φορτία: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] και Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (Ι) και Cr (II)

Το Cr (Ι) ή Cr¹⁺ παράγεται με την οξείδωση των οργανομεταλλικών ενώσεων που μόλις περιγράφηκαν. Αυτό επιτυγχάνεται με οξειδωτικά προσδέματα, όπως CN ή ΝΟ, σχηματίζοντας έτσι, για παράδειγμα, την ένωση Κ₃[Cr (CN)₅ΟΧΙ].

Εδώ το γεγονός της ύπαρξης τριών κατιόντων⁺ συνεπάγεται ότι το σύμπλοκο χρωμίου έχει τρία αρνητικά φορτία. ομοίως ο συνδέτης ΟΝ^- παρέχει πέντε αρνητικές χρεώσεις, έτσι ώστε μεταξύ του Cr και του NO πρέπει να προσθέσουμε δύο θετικές χρεώσεις (-5 + 2 = -3).

Αν το ΝΟ είναι ουδέτερο, τότε είναι το Cr (II), αλλά έχει θετικό φορτίο (NO⁺), είναι στην περίπτωση αυτή Cr (Ι).

Από την άλλη πλευρά, οι ενώσεις του Cr (II) είναι πιο άφθονες, που είναι οι ακόλουθες μεταξύ τους: χλωριούχο χρώμιο (II) (CrCl₂), χρωμικό οξικό (Cr₂(Or₂CCH₃)₄), οξείδιο χρωμίου (II) (CrO), σουλφίδιο χρωμίου (II) (CrS) και άλλα.

Cr (III)

Από όλα είναι εκείνη με μεγαλύτερη σταθερότητα, επειδή είναι στην πραγματικότητα το προϊόν πολλών οξειδωτικών αντιδράσεων των χρωμικών ιόντων. Ίσως η σταθερότητά του οφείλεται στην ηλεκτρονική του διαμόρφωση³, στην οποία τρία ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τρία τροχιακά περιστροφής χαμηλότερης ενέργειας σε σύγκριση με τα άλλα δύο πιο ενεργητικά (που εκτυλίσσονται από τα τροχιακά).

Η πιο αντιπροσωπευτική ένωση αυτού του αριθμού οξείδωσης είναι το οξείδιο του χρωμίου (III) (Cr₂Ο₃). Ανάλογα με τους συνδέτες που είναι συντονισμένοι σε αυτό, το σύμπλεγμα θα εμφανίσει ένα χρώμα ή άλλο. Παραδείγματα αυτών των ενώσεων είναι: [CrCl₂(Η₂Ο)₄] Cl, Cr (ΟΗ)₃, CrF₃, [Cr (Η₂Ο)₆]³⁺, κ.λπ..

Αν και ο χημικός τύπος δεν το δείχνει εκ πρώτης όψεως, το χρώμιο συνήθως έχει μια οκταεδρική σφαίρα συντονισμού στα σύμπλοκά του. δηλαδή βρίσκεται στο κέντρο ενός οκτάεδρου όπου οι κορυφές του είναι τοποθετημένοι συνδετήρες (έξι συνολικά).

Cr (IV) και Cr (V)

Οι ενώσεις στις οποίες συμμετέχει το Cr⁵⁺ είναι πολύ λίγα, λόγω της ηλεκτρονικής αστάθειας του εν λόγω ατόμου, εκτός από το ότι είναι εύκολα οξειδωμένο σε Cr⁶⁺, πολύ πιο σταθερό από το ότι είναι ισοηλεκτρονικό σε σχέση με το ευγενές αέριο αργού.

Ωστόσο, οι ενώσεις Cr (V) μπορούν να συντεθούν υπό ορισμένες συνθήκες, όπως υψηλή πίεση. Επίσης, τείνουν να αποσυντίθενται σε μέτριες θερμοκρασίες, γεγονός που καθιστά τις πιθανές εφαρμογές αδύνατες επειδή δεν έχουν θερμική αντίσταση. Μερικά από αυτά είναι: CrF₅ και Κ₃[Cr (Ο₂)₄] (Ο₂^2- είναι το ανιόν υπεροξειδίου).

Από την άλλη πλευρά, το Cr⁴⁺ Είναι σχετικά πιο σταθερό, είναι σε θέση να συνθέσει τις αλογονωμένες ενώσεις του: CrF₄, CrCl₄ και CrBr₄. Ωστόσο, είναι επίσης επιρρεπείς σε αποσύνθεση με αντιδράσεις οξειδοαναγωγής για την παραγωγή ατόμων χρωμίου με καλύτερους αριθμούς οξείδωσης (όπως +3 ή +6).

Cr (VI): το ζεύγος χρωμικού-διχρωμικού

2 [CrO₄]^2- + 2Η⁺  (Κίτρινο) => [Cr₂Ο₇]^2- + H₂O (πορτοκαλί)

Η παραπάνω εξίσωση αντιστοιχεί στο διμερισμό οξέος δύο χρωμικών ιόντων για να παράγει διχρωμικό. Η μεταβολή του ρΗ προκαλεί μια αλλαγή στις αλληλεπιδράσεις γύρω από το μεταλλικό κέντρο του Cr⁶⁺, που αποδεικνύεται επίσης στο χρώμα του διαλύματος (από κίτρινο έως πορτοκαλί ή αντίστροφα). Το διχρωμικό αποτελείται από μια γέφυρα Ο₃Cr-O-CrO₃.

Οι ενώσεις του Cr (VI) έχουν τα χαρακτηριστικά να είναι επιβλαβή και ακόμη και καρκινογόνα για το ανθρώπινο σώμα και τα ζώα.

Πώς; Μελέτες υποστηρίζουν ότι τα ιόντα CrO₄^2- διασχίζουν τις κυτταρικές μεμβράνες με τη δράση των πρωτεϊνών που μεταφέρουν θειικά (και τα δύο ιόντα έχουν στην πραγματικότητα παρόμοια μεγέθη).

Οι αναγωγικοί παράγοντες εντός των κυττάρων μειώνουν το Cr (VI) στο Cr (III), ο οποίος συσσωρεύεται με μη αναστρέψιμο συντονισμό με ειδικές θέσεις μακρομορίων (όπως το DNA).

Μολύνεται το κύτταρο από μια περίσσεια χρωμίου, αυτή δεν μπορεί να φύγει λόγω της έλλειψης μηχανισμού που το μεταφέρει πίσω μέσω των μεμβρανών.

Το Chrome χρησιμοποιεί

Ως βαφή ή χρωστικές ουσίες

Το χρώμιο έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από βαφές για διαφορετικούς τύπους υφασμάτων, σε προστατευτικά που κοσμούν τα μεταλλικά μέρη σε αυτό που είναι γνωστό ως χρώμιο, το οποίο μπορεί να γίνει με καθαρό μέταλλο ή με ενώσεις του Cr (III) ή Cr (VI).

Χρώμιο φθοριούχο (CrF)₃), για παράδειγμα, χρησιμοποιείται ως χρωστική ουσία για υφάσματα από μαλλί. το χρωμικό θειικό άλας (Cr₂(SO₄)₃), προορίζεται για το χρωματισμό σμάλτων, κεραμικών, χρωμάτων, μελανιών, βερνικιών και επίσης χρησιμεύει για τη χρωματοποίηση μετάλλων. και χρωμικό οξείδιο (Cr₂Ο₃) βρίσκει επίσης χρήση όπου χρειάζεται ελκυστικό πράσινο χρώμα.

Επομένως, κάθε ορυκτό χρωμίου με έντονα χρώματα μπορεί να προορίζεται για τη βαφή μιας δομής, αλλά μετά από αυτό προκύπτει το γεγονός ότι οι εν λόγω ενώσεις είναι επικίνδυνες ή όχι για το περιβάλλον ή για την υγεία των ατόμων.

Στην πραγματικότητα, οι δηλητηριώδεις ιδιότητές του χρησιμοποιούνται για τη συντήρηση του ξύλου και άλλων επιφανειών από την επίθεση των εντόμων.

Σε χρώμιο ή μεταλλουργία

Ομοίως, στο χάλυβα προστίθενται μικρές ποσότητες χρωμίου για να ενισχυθεί η οξείδωση και να βελτιωθεί η φωτεινότητα του. Αυτό συμβαίνει επειδή είναι ικανό να σχηματίζει γκριζωπά καρβίδια (Cr₃Γ₂) πολύ ανθεκτικές στην αντίδραση με οξυγόνο στον αέρα.

Επειδή το χρώμιο μπορεί να γυαλιστεί για να αποκτήσει λαμπερές επιφάνειες, επιχρωμιωμένο έπειτα έχει σχέδια και χρώματα από ασήμι ως φθηνότερη εναλλακτική λύση για αυτούς τους σκοπούς.

Διατροφική

Ορισμένες συζητούν εάν το χρώμιο μπορεί να θεωρηθεί ουσιαστικό στοιχείο, δηλαδή απαραίτητο στην καθημερινή διατροφή. Παρουσιάζεται σε μερικά τρόφιμα σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις, όπως τα πράσινα φύλλα και οι τομάτες.

Επιπλέον, υπάρχουν συμπληρώματα πρωτεΐνης που ρυθμίζουν τη δραστηριότητα της ινσουλίνης και προάγουν την ανάπτυξη των μυών, όπως συμβαίνει με το πολυνικοτινικό χρώμιο..

Πού είναι?

Το χρώμιο βρίσκεται σε μια μεγάλη ποικιλία ορυκτών και πολύτιμων λίθων όπως ρουμπίνια και σμαράγδια. Το κύριο ορυκτό από το οποίο εξάγεται το χρώμιο είναι ο χρωμίτης (MCr₂Ο₄), όπου το Μ μπορεί να είναι οποιοδήποτε άλλο μέταλλο με το οποίο συσχετίζεται το οξείδιο του χρωμίου. Αυτά τα ορυχεία αφθονούν στη Νότια Αφρική, στην Ινδία, την Τουρκία, τη Φινλανδία, τη Βραζιλία και άλλες χώρες.

Κάθε πηγή έχει μία ή περισσότερες παραλλαγές χρωμίτη. Με αυτό τον τρόπο, για κάθε Μ (Fe, Mg, Mn, Zn, κλπ.) Προκύπτει ένα διαφορετικό ορυκτό χρωμίου.

Για να εξαχθεί το μέταλλο, είναι απαραίτητο να μειωθεί το ορυκτό, δηλαδή να γίνει το μεταλλικό κέντρο του χρωμίου ηλεκτρόνια από τη δράση ενός αναγωγικού παράγοντα. Αυτό γίνεται με άνθρακα ή αλουμίνιο:

FeCr₂Ο₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Επίσης, βρέθηκε χρωμίτης (PbCrO₄).

Συνήθως, σε οποιοδήποτε ορυκτό όπου το ιόν Cr³⁺ μπορεί να αντικαταστήσει την Al³⁺, τόσο με ελαφρώς παρόμοιες ιονικές ακτίνες, αποτελεί μια ακαθαρσία που οδηγεί σε μια άλλη φυσική πηγή αυτού του καταπληκτικού, αλλά βλαβερού, μέταλλο.

Αναφορές

1. Tenenbaum Ε. Χρώμιο. Από: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Χρώμιο Λαμβάνεται από: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 Απριλίου 2018). Ποια είναι η διαφορά μεταξύ χρωμίου και χρωμίου; Από: thoughtco.com
4. N.V. Mandich (1995). Χημεία του χρωμίου. [PDF] Από: citeseerx.ist.psu.edu
5. Χημεία LibreTexts. Χημεία του χρωμίου. Από: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Η Χημεία του Χρώμιου και μερικά προκύπτοντα αναλυτικά προβλήματα. Αξιολογήθηκε από: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Χρώμιο Από: chemistryexplained.com