Kroomi omadused, omadused ja kasutusalad

The kroom (Cr) on perioodilise tabeli rühma 6 (VIB) metallist element. Aastas toodetakse sellist metalli tonni kromiidi rauamaagi või magneesiumimaagi (FeCr) ekstraheerimisel₂O₄, MgCr₂O₄), mida vähendatakse söega metalli saamiseks. See on väga reaktiivne ja ainult väga vähestes tingimustes on see puhtal kujul.

Selle nimi tuleneb kreeka sõnast „chroma”, mis tähendab värvi. Sellele nimele anti see, sest kroomiühendid, nii anorgaanilised kui ka orgaanilised, olid mitmekordsed ja intensiivsed; tahketest või mustadest lahustest kuni kollase, oranži, rohelise, violetse, sinise ja punase lahuseni.

Metallist kroomi ja selle karbiidide värvus on aga hallikas hõbedane. Seda funktsiooni kasutatakse kroomi tehnikas, et anda paljudele struktuuridele hõbedat (nagu need, mida on näha ülaloleval pildil krokodillil). Seega on "kromiga ujumine" tükkidele läikiv ja suur vastupidavus korrosioonile.

Kroom lahuses reageerib kiiresti hapnikuga õhus, moodustades oksiide. Sõltuvalt söötme pH-st ja oksüdatiivsetest tingimustest võib saada erinevaid oksüdatsiooninumbreid (III) (Cr³⁺) kõige stabiilsem. Selle tulemusena kroom (III) oksiid (Cr₂O₃) roheline värv on kõige stabiilsem selle oksiididest.

Need oksiidid võivad interakteeruda teiste keskkonnas leiduvate metallidega, mis pärinevad näiteks Siberi punast pliipigmentist (PbCrO).₄). See pigment on kollakasoranž või punane (vastavalt selle aluselisuse) ja sellest Prantsuse teadlane Louis Nicolas Vauquelin soojustatud metallilise vase põhjusel on määratud selle avastajale.

Selle mineraalid ja oksiidid, samuti väike osa metallist vask, muudavad selle elemendi hõivatud maapõue 22-st kõige rikkamaks..

Kroomi kroom on väga mitmekesine, sest see võib moodustada sidemeid peaaegu kogu perioodilise tabeliga. Igal selle ühendil on värvid, mis sõltuvad oksüdatsiooni arvust, samuti liikidest, mis on sellega seotud. Samuti moodustab see sidemeid süsinikuga, sekkudes paljude metallorgaaniliste ühendite hulka.

[TOC]

Omadused ja omadused

Kroom on puhtal kujul hõbeda metall, mille aatomarv on 24 ja molekulmass on ligikaudu 52 g / mol (⁵²Cr, selle kõige stabiilsem isotoob).

Arvestades tugevaid metalli sidemeid, on sellel kõrge sulamistemperatuur (1907 ° C) ja keemistemperatuur (2671 ° C). Samuti muudab selle kristalne struktuur väga tihedaks metalliks (7,19 g / ml)..

See ei reageeri veega hüdroksiidide moodustamiseks, kuid reageerib hapetega. See oksüdeeritakse õhuga hapnikuga, mis tavaliselt toodab kroomoksiidi, mis on laialdaselt kasutatav roheline pigment..

Need oksiidikihid loovad selle, mida tuntakse passiveerimine, metalli kaitsmine edasise korrosiooni eest, kuna hapnik ei saa metallist sinust tungida.

Selle elektrooniline konfiguratsioon on [Ar] 4s¹3d⁵, koos kõigi elektronidega, mis ei ole seotud, ja seetõttu on neil paramagnetilised omadused. Elektrooniliste keerutuste paaristamine võib siiski toimuda siis, kui metall on allutatud madalatele temperatuuridele, omandades muid omadusi, nagu antiferromagnetism..

Indeks

• 1 Omadused ja omadused
• 2 Kroomi keemiline struktuur
• 3 Oksüdatsiooninumber
  • 3,1 Cr (-2, -1 ja 0)
  • 3,2 Kr (I) ja Cr (II)
  • 3,3 Kr (III)
  • 3,4 Cr (IV) ja Cr (V)
  • 3,5 Cr (VI): kromaat-dikromaadi paar
• 4 Kroomi kasutamine
  • 4.1 Värvina või pigmendina
  • 4.2 Kroomi- või metallurgias
  • 4.3 Toiteväärtus
• 5 Kus sa oled?
• 6 Viited

Kroomi keemiline struktuur

Mis on kroommetallide struktuur? Kroom võtab puhtal kujul kuubikujulise kristallstruktuuri, mis on tsentreeritud kehale (cc või bcc, akronüümi jaoks inglise keeles). See tähendab, et kroomi aatom asub kuubi keskel, mille servad on hõivatud teiste kromosidega (nagu ülaloleval pildil)..

See struktuur vastutab kõrge sulamis- ja keemispunktiga kroomi ning suure kõvaduse eest. Vask-aatomid kattuvad oma s ja d orbitaalidega, et moodustada konditsioneerimisribasid vastavalt bänditeooriale.

Seega on mõlemad ribad täis pooled. Miks? Kuna selle elektrooniline konfiguratsioon on [Ar] 4s¹3d⁵ ja kuidas orbiidil on kaks elektroni ja orbitaalid kümme. Seejärel hõivavad elektronid ainult pooled nende ülekattega moodustatud ribadest.

Nende kahe perspektiivi - kristallilise struktuuri ja metalli sideme - abil saab teoreetiliselt seletada paljusid selle metalli füüsikalisi omadusi. Kuid ei selgita ka, miks kroomil võib olla mitu oksüdeerimisolekut või numbrit.

See eeldaks aatomi stabiilsuse sügavat mõistmist seoses elektrooniliste keeretega.

Oksüdatsiooninumber

Kuna kroomi elektrooniline konfiguratsioon on [Ar] 4s¹3d⁵ võib teenida kuni ühe või kahe elektroni (Cr^1- ja Cr^2-) või kaotage need, et saada erinevaid oksüdatsiooninumbreid.

Seega, kui kroom kaotab elektroni, oleks see nagu [Ar] 4s⁰3d⁵; kui te kaotate kolm, [Ar] 4s⁰3d³; ja kui sa kaotad need kõik, [Ar] või sama, siis oleks see isoelektrooniline argooni suhtes.

Kroom ei kaota ega võta elektroni pelgalt kapriisiga: peab olema liik, mis annetab või aktsepteerib neid, et minna ühelt oksüdatsiooninumbrilt teisele.

Kroomil on järgmised oksüdatsiooninumbrid: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 ja +6. Neist +3, Cr³⁺, see on kõige stabiilsem ja seetõttu domineeriv; millele järgneb +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 ja 0)

On väga ebatõenäoline, et kroom saab elektrone, sest see on metall ja seetõttu on selle olemus annetada. Kuid seda saab koordineerida liganditega, st molekulidega, mis suhtlevad metallikeskusega datiivse lingi kaudu.

Üks tuntumaid on süsinikmonooksiid (CO), mis moodustab kroomi heksakarbonüülühendi.

Selle ühendi molekulaarne valem on Cr (CO)₆, ja kuna ligandid on neutraalsed ja ei anna mingit laengut, siis on Cr-i oksüdatsiooniarv 0.

Seda võib täheldada ka muudes metallorgaanilistes ühendites nagu bis (benseen) kroom. Viimases ümbritsevad kroomi kaks benseenitsüklit sandwich-tüüpi molekulaarstruktuuris:

Nendest kahest organorgaanilisest ühendist võib tekkida palju teisi Cr (0).

Soolasid on leitud, kus nad suhtlevad naatriumkatioonidega, mis tähendab, et Cr peab olema negatiivse oksüdatsiooninumbriga, et meelitada positiivseid laenguid: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] ja Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) ja Cr (II)

Cr (I) või Cr¹⁺ seda toodetakse just kirjeldatud metallorgaaniliste ühendite oksüdeerimise teel. See saavutatakse ligandide, nagu CN või NO, oksüdeerimisega, moodustades näiteks ühendi K₃[Cr (CN)₅EI].

Siin on asjaolu, et meil on kolm K katiooni⁺ tähendab, et kroomi kompleksil on kolm negatiivset laengut; samuti CN-ligand^- annab viis negatiivset tasu, nii et Cr ja NO vahel tuleb lisada kaks positiivset tasu (-5 + 2 = -3).

Kui NO on neutraalne, siis on see Cr (II), kuid sellel on positiivne laeng (NO⁺) on sellisel juhul Cr (I).

Teisest küljest on Cr (II) ühendid rohkemad, nende hulgas on järgmised: kroom (II) kloriid (CrCl₂), kroomatsetaat (Cr₂(Or₂CCH₃)₄), kroom (II) oksiid (CrO), kroom (II) sulfiid (CrS) ja teised.

Cr (III)

Kõik see on suurem stabiilsus, sest see on tegelikult paljude kromaatioonide oksüdeerijate reaktsioonide tulemus. Võib-olla selle stabiilsus tuleneb selle elektroonilisest konfiguratsioonist³, kus kolm elektroni moodustavad kaks d energiatõhusamat orbitaali võrreldes kahe teise energilisema gaasiga (avanevad d orbitaalid).

Selle oksüdeerimisnumbri kõige tüüpilisem ühend on kroom (III) oksiid (Cr₂O₃). Sõltuvalt liganditest, mis on sellega kooskõlastatud, kuvab kompleks ühe või teise värvi. Nende ühendite näited on: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, jne.

Kuigi keemiline valem ei näita seda esmapilgul, on kroomil oma kompleksides tavaliselt oktaeedriline koordineerimissfäär; see tähendab, et see asub oktaeedri keskel, kus selle tipud on paigutatud ligandid (kokku kuus).

Cr (IV) ja Cr (V)

Ühendid, milles Cr osalevad⁵⁺ need on väga vähe, kuna nimetatud aatom on elektrooniline ebastabiilsus, lisaks sellele on see kergesti oksüdeeritav Cr-ks⁶⁺, palju stabiilsem, kui see on isoelektrooniline argooni väärisgaasi suhtes.

Kuid Cr (V) ühendeid võib sünteesida teatud tingimustel, näiteks kõrge rõhu all. Samuti kalduvad nad mõõdukal temperatuuril lagunema, mis muudab nende võimalikud rakendused võimatuks, kuna neil ei ole termilist takistust. Mõned neist on: CrF₅ ja K₃[Cr (O₂)₄] (O₂^2- on peroksiidi anioon).

Teiselt poolt Cr⁴⁺ See on suhteliselt stabiilsem, olles võimeline sünteesima halogeenitud ühendeid: CrF₄, CrCl₄ ja CrBr₄. Kuid nad on vastuvõtlikud ka lagunemisele redoksreaktsioonidega, et saada parema oksüdatsiooninumbriga kroomi aatomeid (nt +3 või +6)..

Cr (VI): kromaat-dikromaadi paar

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺  (Kollane) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (oranž)

Ülaltoodud võrrand vastab kahe kromaadi ioonide happelisele dimerisatsioonile dikromaadi saamiseks. PH-de varieerumine põhjustab muutusi Cr⁶⁺, ka lahuse värvus (kollasest oranžini või vastupidi). Dikromaat koosneb sildast O₃Cr-O-CrO₃.

Cr (VI) ühenditel on omadused, mis on kahjulikud ja isegi kantserogeensed inimkehale ja loomadele.

Kuidas? Uuringud väidavad, et CrO ioonid₄^2- nad läbivad rakumembraanid sulfaate transportivate valkude toimel (mõlemal ioonil on tegelikult sarnased suurused).

Rakkude redutseerivad ained vähendavad Cr (VI) -d Cr (III) -le, mis koguneb pöördumatult koordineerides makromolekulide (näiteks DNA) spetsiifiliste kohtadega..

Saastunud rakk üle kroomi, seda ei saa jätta mehhanismi puudumise tõttu, mis transpordib selle läbi membraanide..

Chrome kasutab

Värvina või pigmendina

Kroomil on mitmesuguseid rakendusi, alates värvist erinevatele kangatüüpidele, kuni kaitsekihtideni, mis kaunistavad metallosasid, mida tuntakse kroomina, mida saab teha puhta metalli või Cr (III) või ühenditega Cr (VI).

Kroomfluoriid (CrF)₃) kasutatakse näiteks värvainena villapatjade jaoks; kroomsulfaat (Cr₂(SO₄)₃) on ette nähtud emailide, keraamika, värvide, trükivärvide, lakkide värvimiseks ja ka metallide kromaadiks; ja kroomoksiid (Cr₂O₃) leiab samuti kasutust, kus on vaja selle atraktiivset rohelist värvi.

Seetõttu võib iga intensiivse värvusega kroomi mineraal olla mõeldud struktuuri värvimiseks, kuid pärast seda tekib asjaolu, et nimetatud ühendid on keskkonna või üksikisikute tervisele ohtlikud või mitte..

Tegelikult kasutatakse selle mürgiseid omadusi puidu ja muude pindade kaitsmiseks putukate rünnakute eest.

Kroomitud või metallurgias

Samuti lisatakse terasele väikesed kogused kroomi, et tugevdada seda oksüdatsiooni ja selle heleduse parandamiseks. Seda seetõttu, et see on võimeline moodustama hallikas karbiide (Cr₃C₂) väga vastupidav hapnikuga reageerimiseks õhus.

Kuna kroomi saab lihvida, et saada läikivaid pindu, on kroomitud hõbedane kujundus ja värvid odavamaks alternatiiviks nendel eesmärkidel.

Toiteväärtus

Mõned arutelud selle üle, kas kroomi võib pidada oluliseks elemendiks, st igapäevaseks toitumiseks hädavajalikuks. Mõnes toidus on seda väga väikeses koguses, nagu rohelised lehed ja tomatid.

Lisaks on olemas valgu lisandeid, mis reguleerivad insuliini aktiivsust ja soodustavad lihaste kasvu, nagu on kroompolünitsinaadi puhul..

Kus see on?

Kroomi leidub mitmesugustes mineraalides ja kalliskivides nagu rubiinid ja smaragdid. Peamine mineraal, millest kroom on ekstraheeritud, on kroom (MCr₂O₄), kus M võib olla mis tahes muu metall, millega kroomoksiid on seotud. Need kaevandused on Lõuna-Aafrikas, Indias, Türgis, Soomes, Brasiilias ja teistes riikides.

Igal allikal on üks või mitu kromiidi varianti. Sel viisil tekib iga M (Fe, Mg, Mn, Zn jne) jaoks erinev kroomi mineraal.

Metalli ekstraheerimiseks on vaja vähendada mineraalainet, st muuta kromi metallikeskuseks redutseerija toimel elektronid. Seda tehakse süsiniku või alumiiniumiga:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Samuti leitakse kroom (PbCrO₄).

Tavaliselt mis tahes mineraal, kus Cr ioon³⁺ võib asendada Al³⁺, mõlemad, millel on veidi sarnased ioonkiired, kujutab endast lisandit, mille tulemuseks on selle hämmastava, kuid kahjuliku metalli teine ​​looduslik allikas.

Viited

1. Tenenbaum E. Kroom. Toodud: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Kroom Vastu võetud: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6. aprill 2018). Mis vahe on Chrome'i ja Chromiumi vahel? Võetud: thinkco.com
4. N.V. Mandich (1995). Kroomi kroom. [PDF] Vastu võetud: citeseerx.ist.psu.edu
5. Keemia LibreTexts. Kroomi kroom. Vastu võetud: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Chromi keemia ja mõned neist tulenevad analüütilised probleemid. Arvustanud: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Kroom Välja võetud: chemistryexplained.com