- Caracteristici și proprietăți
- Structura chimică a cromului
- Numărul de oxidare
- Cr (-2, -1 și 0)
- Cr (I) și Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) și Cr (V)
- Cr (VI): perechea cromat-dicromat
- Utilizarea cromului
- Ca colorant sau pigmenți
- În crom sau metalurgie
- Nutritional
- Unde este localizat?
- Referințe
Cromul (Cr) este un element metalic din grupa 6 (VIB) din tabelul periodic. Tonele acestui metal sunt produse anual prin extragerea sa din mineralul de crom din fier sau magneziu (FeCr 2 O 4 , MgCr 2 O 4 ), care sunt reduse cu cărbune pentru a obține metalul. Este foarte reactiv și numai în condiții foarte reduse este în forma sa pură.
Numele său derivă din cuvântul grecesc „croma”, care înseamnă culoare. Acesta a primit acest nume din cauza culorilor multiple și intense expuse de compuși de crom, fie anorganici sau organici; de la solide negre sau soluții până la galben, portocaliu, verde, violet, albastru și roșu.
Crocodil crom. Aligator de model de metal cromat de argint crocodil. Sursa: Maxpixel
Cu toate acestea, culoarea cromului metalic și carburile sale sunt cenușiu argintiu. Această caracteristică este exploatată în tehnica de placare cromată pentru a da numeroase structuri paiete de argint (precum cele văzute la crocodil din imaginea de mai sus). Astfel, prin „scăldarea cu crom”, pieselor li se oferă luciu și rezistență mare 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, acesta poate dobândi diferite numere de oxidare, cu (III) (Cr 3+ ) cel mai stabil dintre toate. În consecință, verde de crom (III) , oxid (Cr 2 O 3 ) este cel mai stabil dintre oxizii săi.
Acești oxizi pot interacționa cu alte metale din mediu, determinând, de exemplu, pigmentul plumb roșu sibian (PbCrO 4 ). Acest pigment este galben-portocaliu sau roșu (în funcție de alcalinitatea sa), iar din acesta savantul francez Louis Nicolas Vauquelin a izolat cupru metalic, motiv pentru care este premiat ca descoperitorul său.
Mineralele și oxizii săi, precum și o porțiune minusculă de cupru metalic fac ca acest element să se situeze pe locul 22 dintre cele mai abundente din scoarța terestră.
Chimia cromului este foarte diversă, deoarece poate forma legături cu aproape întreaga tabelă periodică. Fiecare dintre compușii săi prezintă culori care depind de numărul de oxidare, precum și speciile care interacționează cu acesta. De asemenea, formează legături cu carbonul, intervenind într-un număr mare de compuși organometalici.
Caracteristici și proprietăți
Cromul este un metal argintiu în forma sa pură, cu un număr atomic de 24 și o greutate moleculară de aproximativ 52 g / mol ( 52 Cr, izotopul său cel mai stabil).
Datorită legăturilor metalice puternice, are puncte de topire ridicate (1907 ºC) și puncte de fierbere (2671 ºC). 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 oxigenul din aer, producând în general oxid cromic, care este un pigment verde utilizat pe scară largă.
Aceste straturi de oxid creează ceea ce este cunoscut sub numele de pasivare, protejând metalul de coroziune suplimentară, deoarece oxigenul nu poate pătrunde în sinusul metalic.
Configurația sa electronică este 4s 1 3d 5 , cu toți electronii neperecheți și, prin urmare, prezintă proprietăți paramagnetice. Cu toate acestea, împerecherea învârtirilor electronice poate avea loc dacă metalul este supus la temperaturi scăzute, dobândind alte proprietăți, cum ar fi antiferromagnetismul.
Structura chimică a cromului
De PNG-uri originale de Daniel Mayer, DrBob, trasat în Inkscape de către utilizator: Stannered (Crystal stucture), prin Wikimedia Commons
Care este structura metalului crom? În forma sa pură, cromul presupune o structură de cristal cubic centrată pe corp (cc sau CCC). Aceasta înseamnă că atomul de crom este situat în centrul unui cub, ale cărui margini sunt ocupate de alte crome (ca în imaginea de mai sus).
Această structură este responsabilă pentru ca cromul să aibă puncte de topire și fierbere ridicate, precum și duritate ridicată. Atomii de cupru se suprapun orbitalele lor s și d pentru a forma benzi de conducere conform teoriei benzilor.
Astfel, ambele trupe sunt pe jumătate pline. De ce? Deoarece configurația sa electronică este 4s 1 3d 5 și ca orbital s poate găzdui doi electroni, iar orbitalii d zece. Apoi doar jumătate din benzile formate de 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 în teorie. Cu toate acestea, niciuna nu explică de ce cromul poate avea diverse stări sau numere de oxidare.
Aceasta ar necesita o înțelegere profundă a stabilității atomului în raport cu rotirile electronice.
Numărul de oxidare
Deoarece configurația electronică de crom este 4s 1 3d 5 se pot obține până la unul sau doi electroni (Cr 1- și Cr 2- ), sau le pierdem pentru a dobândi numere de oxidare diferite.
Astfel, dacă cromul pierde un electron, ar fi 4s 0 3d 5 ; dacă pierde trei, 4s 0 3d 3 ; și dacă le pierde pe toate, sau ceea ce este același, ar fi izoelectronic pentru argon.
Cromul nu pierde și nu câștigă electroni doar prin capriciu: trebuie să existe o specie care să le doneze sau să le accepte pentru a trece 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, Cr 3+ , este cel mai stabil și, prin urmare, predominant dintre toate; urmat de +6, Cr 6+ .
Cr (-2, -1 și 0)
Cromul este foarte puțin probabil să câștige electroni, deoarece este un metal și, prin urmare, natura sa este de a le dona. Cu toate acestea, se poate coordona cu liganzi, adică molecule care interacționează cu centrul metalic printr-o legătură dativă.
Unul dintre cele mai cunoscute este monoxidul de carbon (CO), care formează compusul hexacarbonilic al cromului.
Acest compus are formula moleculară Cr (CO) 6 și, deoarece liganzii sunt neutri și nu oferă nicio încărcare, atunci Cr are un număr de oxidare de 0.
Acest lucru poate fi observat și în alți compuși organometalici, cum ar fi bis (benzenul) crom. În acesta din urmă, cromul este înconjurat de două inele de benzen într-o structură moleculară asemănătoare unui sandwich:
De Ben Mills, de la Wikimedia Commons
Mulți alți compuși Cr (0) pot apărea din acești doi compuși organometalici.
Sărurile au fost găsite în cazul în care acestea interacționează cu cationi de sodiu, ceea ce implică faptul că Cr trebuie să aibă un număr negativ de oxidare pentru a atrage sarcini pozitive: Cr (-2), Na 2 și Cr (-1), Na 2 .
Cr (I) și Cr (II)
Cr (I) sau Cr1 + este produs prin oxidarea compușilor organometalici tocmai descriși. Acest lucru se realizează prin liganzi de oxidare, cum ar fi CN sau NO, formând astfel, de exemplu, K compus 3 .
Faptul că există trei cationi K + implică faptul că complexul de crom are trei sarcini negative; de asemenea, ligandul CN - contribuie cu cinci sarcini negative, astfel încât între Cr și NU trebuie să adauge două sarcini pozitive (-5 + 2 = -3).
Dacă NO este neutru, atunci este Cr (II), dar dacă are o încărcare pozitivă (NO + ), atunci este Cr (I).
Pe de altă parte, (II) Compușii de Cr sunt mai abundente, printre acestea următoarele: crom (II) , clorura de (ClCr 2 ), acetat de chromous (Cr 2 (O 2 CCH 3 ) 4 ), oxid de crom ( II) (CrO), sulfură de crom (II) (CrS) și multe altele.
Cr (III)
Dintre toate, este cea cu cea mai mare stabilitate, deoarece este de fapt produsul multor reacții oxidative ale ionilor cromatici. Poate că stabilitatea sa se datorează configurației sale electronice d 3 , în care trei electroni ocupă trei orbitale d de energie mai mică în comparație cu celelalte două mai energice (dublarea orbitală d).
Cel mai compus reprezentativ al acestui număr de oxidare este de crom (III) , oxid (Cr 2 O 3 ). În funcție de liganzii care îi coordonează, complexul va prezenta o culoare sau alta. Exemple de astfel de compuși sunt: CI, Cr (OH) 3 , CRF 3 , 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 vertexurile sale sunt poziționate de liganzi (șase în total).
Cr (IV) și Cr (V)
Compușii la care participă Cr 5+ sunt foarte puțini, datorită instabilității electronice a atomului menționat, pe lângă faptul că este oxidat ușor la Cr 6+ , mult mai stabil cu cât este izoelectronic în ceea ce privește argonul gazului nobil.
Cu toate acestea, compușii Cr (V) pot fi sintetizați în anumite condiții, cum ar fi presiunea înaltă. De asemenea, acestea tind să se descompună la temperaturi moderate, ceea ce face posibilele lor aplicații imposibile, deoarece nu au rezistență termică. Unele dintre ele sunt: CRF 5 și K 3 (O 2 2 este anionul peroxid).
Pe de altă parte, Cr 4+ este relativ mai stabil, fiind capabil să sintetizeze compușii săi halogenați: CrF 4 , CrCl 4 și CrBr 4 . Cu toate acestea, acestea sunt, de asemenea, susceptibile de a fi descompuse de reacții redox pentru a produce atomi de crom cu un număr mai bun de oxidare (cum ar fi +3 sau +6).
Cr (VI): perechea cromat-dicromat
2 2- + 2H + (Galben) => 2- + H 2 O (portocaliu)
Ecuația de mai sus corespunde dimerizării acidului a doi ioni cromatici pentru a produce dicromat. Variația pH-ului determină o schimbare a interacțiunilor în jurul centrului metalic al Cr 6+ , evidentă și în culoarea soluției (de la galben la portocaliu sau invers). Dichromatul constă dintr-o punte O 3 Cr-O-CrO 3 .
Compușii Cr (VI) au caracteristicile de a fi nocivi și chiar cancerigeni pentru organismul uman și animale.
Cum? Studiile susțin că ionii CrO 4 2- traversează membranele celulare prin acțiunea proteinelor care transportă sulfați (ambii ioni sunt de fapt similari ca mărime).
Agenții de reducere din celule reduc Cr (VI) la Cr (III), care se acumulează prin coordonarea ireversibilă a siturilor specifice de pe macromolecule (cum ar fi ADN).
După ce celula este contaminată de un exces de crom, aceasta nu poate pleca din lipsa mecanismului care o transportă înapoi prin membrane.
Utilizarea cromului
Ca colorant sau pigmenți
Cromul are o gamă largă de aplicații, de la colorant pentru diferite tipuri de țesături, până la protector care înfrumusețează piese metalice în ceea ce este cunoscut sub denumirea de placaj crom, care poate fi realizat cu metal pur sau cu compuși Cr (III) sau Cr (VI).
Fluorura cromică (CrF 3 ), de exemplu, este utilizată ca colorant pentru pânzele de lână; sulfat cromatic (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), este utilizat pentru a colora emailurile, ceramica, vopselele, cernelurile, lacurile și este de asemenea utilizat pentru cromarea metalelor; și oxid cromic (Cr 2 O 3 ) , de asemenea , găsește utiliza în cazul în care este necesară culoarea verde atractiv.
Prin urmare, orice mineral de crom cu culori intense poate fi destinat să coloreze o structură, dar după aceea apare faptul că acești compuși sunt periculoși sau nu pentru mediu sau pentru sănătatea indivizilor.
De fapt, proprietățile sale otrăvitoare sunt folosite pentru a păstra lemnul și alte suprafețe de atacul insectelor.
În crom sau metalurgie
În oțel se adaugă cantități mici de crom pentru a-l întări împotriva oxidării și pentru a-i îmbunătăți strălucirea. Acest lucru se datorează faptului că este capabil să formeze carburi grezoase (Cr 3 C 2 ) care sunt foarte rezistente la reacția cu oxigenul din aer.
Deoarece cromul poate fi lustruit pe suprafețe lucioase, cromul prezintă apoi designuri și culori argintii ca o alternativă mai ieftină în aceste scopuri.
Nutritional
Unii dezbat dacă cromul poate fi considerat un element esențial, adică indispensabil în dieta zilnică. Este prezent în unele alimente în concentrații foarte mici, cum ar fi frunzele verzi și roșiile.
De asemenea, există suplimente proteice care reglează activitatea insulinei și promovează creșterea mușchilor, cum este cazul polinicotinatului de crom.
Unde este localizat?
Sursa: Pixabay
Cromul se găsește într-o mare varietate de minerale și nestemate, cum ar fi rubinele și smaraldele. Mineralul principal din care se extrage de crom este cromit (MCR 2 O 4 ), în cazul în care M poate fi orice alt metal cu care este asociat oxid de crom. Aceste mine abundă în Africa de Sud, India, Turcia, Finlanda, Brazilia și alte țări.
Fiecare sursă are una sau mai multe variante de crom. În acest fel, pentru fiecare M (Fe, Mg, Mn, Zn etc.) apare un mineral crom diferit.
Pentru a extrage metalul este necesară reducerea mineralului, adică a face ca centrul metalului crom să câștige electroni prin acțiunea unui agent de reducere. Acest lucru se realizează cu carbon sau aluminiu:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2CR + 4CO
De asemenea, se găsește crmit (PbCrO 4 ).
În general, în orice mineral în care ionul Cr 3+ poate substitui Al 3+ , ambele cu raze ionice ușor similare, constituie o impuritate care duce la o altă sursă naturală a acestui metal uimitor, dar dăunător.
Referințe
- Tenenbaum E. Crom. Preluat de la: chimie.pomona.edu
- Wikipedia. (2018). Crom. Preluat de la: en.wikipedia.org
- Anne Marie Helmenstine, doctorat. (6 aprilie 2018). Care este diferența dintre Chrome și Chromium? Luat de la: thinkco.com
- NV Mandich. (o mie noua sute nouazeci si cinci). Chimia cromului. . Luat de la: citeseerx.ist.psu.edu
- Chimie LibreTexturi. Chimia cromului. Luat de la: chem.libretexts.org
- Saul 1. Shupack. (1991). Chimia cromului și unele probleme analitice rezultate. Recenzat de la: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). Crom. Preluat de la: chemistryexplained.com