Vlastnosti chromu, charakteristika a použití

chrom (Cr) je kovový prvek skupiny 6 (VIB) periodické tabulky. Ročně se tuny tohoto kovu vyrábějí extrakcí chromitové železné rudy nebo hořčíkové rudy (FeCr.)₂O₄, MgCr₂O₄), které se redukují uhlím, aby se získal kov. Je velmi reaktivní a pouze ve velmi redukujících podmínkách je ve své čisté formě.

Jeho jméno pochází z řeckého slova „chroma“, což znamená barvu. To bylo dané toto jméno protože rozmanitých a intenzivních barev vystavených chromovými sloučeninami, zda anorganický nebo organický; od pevných nebo černých roztoků po žlutou, oranžovou, zelenou, fialovou, modrou a červenou.

Barva kovového chromu a jeho karbidů je však šedavě stříbrná. Tato funkce je používána v technice chromu dávat mnoho struktur bliká stříbro (takový jak ti viděný v krokodýlu na obrázku nahoře). Tak, “koupání s chromem” k kusům je dáván lesk a velká odolnost proti korozi.

Chrom v roztoku reaguje rychle s kyslíkem ve vzduchu za vzniku oxidů. V závislosti na pH a oxidačních podmínkách média mohou být získána různá oxidační čísla s (III) (Cr³⁺) nejstabilnější ze všech. Výsledkem je oxid chromitý (Cr₂O₃) zelená barva je nejstabilnější ze svých oxidů.

Tyto oxidy mohou interagovat s jinými kovy v životním prostředí, například sibiřským červeným olovnatým pigmentem (PbCrO).₄). Tento pigment je žlutooranžový nebo červený (podle jeho zásaditosti) a od něj francouzský vědec Louis Nicolas Vauquelin izoloval kovovou měď, což je důvod, proč je oceněn jako objevitel.

Jeho minerály a oxidy, stejně jako malá část kovové mědi, činí tento prvek obsazením 22. nejhojnější zemské kůry.

Chemie chrómu je velmi různorodá, protože může tvořit vazby s téměř celou periodickou tabulkou. Každá z jejích sloučenin vykazuje barvy, které závisí na počtu oxidací, jakož i na druzích, které s ní působí. Vytváří také vazby s uhlíkem, které zasahují do velkého počtu organokovových sloučenin.

[TOC]

Charakteristika a vlastnosti

Chrom je stříbrný kov ve své čisté formě, s atomovým číslem 24 a molekulovou hmotností přibližně 52 g / mol (⁵²Cr, jeho nejstabilnější izotop).

Vzhledem ke svým silným kovovým vazbám má vysoké teploty tání (1907 ° C) a body varu (2671 ° C). Také jeho krystalická struktura z něj činí velmi hustý kov (7,19 g / ml)..

Nereaguje s vodou za vzniku hydroxidů, ale reaguje s kyselinami. Oxiduje se kyslíkem ze vzduchu, obvykle produkuje oxid chromitý, který je široce používaným zeleným pigmentem..

Tyto vrstvy oxidu vytvářejí to, co je známo jako pasivace, chránící kov před další korozí, protože kyslík nemůže pronikat kovovým sinusem.

Jeho elektronická konfigurace je [Ar] 4s¹3d⁵, se všemi elektrony nepárovými, a proto vykazují paramagnetické vlastnosti. Nicméně, párování elektronických spin může nastat jestliže kov je vystaven nízkým teplotám, získávat jiné vlastnosti takový jak antiferromagnetism..

Index

• 1 Charakteristika a vlastnosti
• 2 Chemická struktura chromu
• 3 Číslo oxidace
  • 3.1 Cr (-2, -1 a 0)
  • 3,2 Cr (I) a Cr (II)
  • 3,3 Cr (III)
  • 3.4 Cr (IV) a Cr (V)
  • 3.5 Cr (VI): chromát-dichromátový pár
• 4 Použití chromu
  • 4.1 Jako barvivo nebo pigmenty
  • 4.2 V chromu nebo metalurgii
  • 4.3 Nutriční
• 5 Kde jste?
• 6 Odkazy

Chemická struktura chromu

Jaká je struktura chromového kovu? Ve své čisté formě chróm přijímá kubickou krystalickou strukturu soustředěnou na těle (cc nebo bcc, pro zkratku v angličtině). To znamená, že atom chromu je umístěn ve středu krychle, jejíž okraje jsou obsazeny jinými chromos (jako na obrázku výše).

Tato struktura je zodpovědná za chrom, který má vysoké teploty tání a teploty varu, jakož i vysokou tvrdost. Atomy mědi překrývají své orbity s a d a vytvářejí vodivostní pásy podle teorie pásma.

Obě skupiny jsou tedy napůl plné. Proč? Protože jeho elektronická konfigurace je [Ar] 4s¹3d⁵ a jak orbitály mohou držet dva elektrony, a orbitals d deset. Pak jen polovina pásem tvořených jejich přesahy je obsazena elektrony.

S těmito dvěma pohledy - krystalickou strukturou a kovovou vazbou - lze mnoho fyzikálních vlastností tohoto kovu vysvětlit teoreticky. Nicméně, ani vysvětluje, proč chrom může mít několik oxidačních stavů nebo čísel.

To by vyžadovalo hluboké pochopení stability atomu s ohledem na elektronické spiny.

Oxidační číslo

Protože elektronická konfigurace chrómu je [Ar] 4s¹3d⁵ může vydělat až jeden nebo dva elektrony (Cr^1- a kr^2-), nebo jdou ztrácet, aby získali různá čísla oxidace.

Pokud tedy chrom ztratí elektron, bude to jako [Ar] 4s⁰3d⁵; pokud ztratíte tři, [Ar] 4s⁰3d³; a pokud je ztratíte všechny, [Ar] nebo to, co je stejné, bylo by to izoelektronické vůči argonu.

Chrom neztratí ani nezíská elektrony pouhou kapricí: musí existovat druh, který je daruje nebo přijímá, aby šel z jednoho oxidačního čísla na druhé.

Chrom má následující oxidační čísla: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 a +6. Z nich +3, Cr³⁺, je nejstabilnější, a proto převažující; následuje +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 a 0)

Je velmi nepravděpodobné, že chrom získá elektrony, protože se jedná o kov, a proto je jeho povahou darovat. Nicméně, to může být koordinováno s ligandy, to je, molekuly, které interagují s centrem kovu přes dative spojení.

Jedním z nejznámějších je oxid uhelnatý (CO), který tvoří hexakarbonylovou sloučeninu chrómu.

Tato sloučenina má molekulární vzorec Cr (CO)₆, a protože ligandy jsou neutrální a neposkytují žádný náboj, potom má Cr oxidační číslo 0.

To lze také pozorovat u jiných organokovových sloučenin, jako je například bis (benzen) chrom. V posledně uvedeném je chrom obklopen dvěma benzenovými kruhy v molekulární struktuře sendvičového typu:

Z těchto dvou organokovových sloučenin může vzniknout mnoho dalších Cr (0).

Soli byly nalezeny tam, kde interagují se sodnými kationty, což znamená, že Cr musí mít negativní oxidační číslo, aby přilákal pozitivní náboje: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] a Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) a Cr (II)

Cr (I) nebo Cr¹⁺ vzniká oxidací organokovových sloučenin, které jsou právě popsány. Toho je dosaženo oxidací ligandů, jako je CN nebo NO, čímž se vytvoří například sloučenina K₃[Cr (CN)₅NE].

Tady skutečnost, že mají tři K kationty⁺ znamená, že komplex chromu má tři záporné náboje; podobně jako ligand CN^- poskytuje pět záporných nábojů, takže mezi Cr a NO musí přidat dva kladné náboje (-5 + 2 = -3).

Pokud je NO neutrální, pak je Cr (II), ale má kladný náboj (NO⁺), je v tomto případě Cr (I).

Na druhé straně jsou sloučeniny Cr (II) hojnější, přičemž mezi nimi jsou: chlorid chromitý (CrCl₂), octan chromitý (Cr₂(Or₂CCH₃)₄), oxid chromitý (CrO), sirník chromitý (CrS) a další.

Cr (III)

Ze všeho je to větší stabilita, protože je ve skutečnosti produktem mnoha oxidačních reakcí chromátových iontů. Snad jeho stabilita je způsobena jeho elektronickou konfigurací³, ve kterém tři elektrony zabírají tři d orbitály nižší energie ve srovnání s ostatními dvěma energeticky aktivnějšími (rozkládacími orbitály).

Nejreprezentativnější sloučeninou tohoto oxidačního čísla je oxid chromitý (Cr₂O₃). V závislosti na ligandech, které jsou k ní koordinovány, bude komplex zobrazovat jednu barvu nebo jinou barvu. Příklady těchto sloučenin jsou: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, atd..

Ačkoli chemický vzorec to neukáže na první pohled, chrom obvykle má oktaededral koordinační kouli v jeho komplexech; to je, to je lokalizováno ve středu oktaedron kde jeho vrcholy jsou umístěny ligandy (šest celkem) \ t.

Cr (IV) a Cr (V)

Sloučeniny, kterých se Cr účastní⁵⁺ jsou velmi málo, vzhledem k elektronické nestabilitě uvedeného atomu, kromě toho, že se snadno oxiduje na Cr⁶⁺, mnohem stabilnější tím, že je izoelektronický vzhledem k argonovému vzácnému plynu.

Sloučeniny Cr (V) však mohou být syntetizovány za určitých podmínek, jako je vysoký tlak. Také mají tendenci se rozkládat při mírných teplotách, což znemožňuje jejich možné aplikace, protože nemají tepelný odpor. Některé z nich jsou: CrF₅ a K₃[Cr (O₂)₄] (O₂^2- je peroxidový anion).

Na druhé straně Cr⁴⁺ Je relativně stabilnější, je schopen syntetizovat své halogenované sloučeniny: CrF₄, CrCl₄ a CrBr₄. Nicméně, oni jsou také citliví na rozklad redox reakcemi produkovat atomy chromu s lepšími čísly oxidace (takový jak +3 nebo +6) \ t.

Cr (VI): chrom-dichromátový pár

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺  (Žlutá) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (oranžová)

Výše uvedená rovnice odpovídá kyselé dimerizaci dvou chromátových iontů za vzniku dichromanu. Změny pH způsobují změnu interakce kolem kovového centra Cr⁶⁺, dokládá i barva roztoku (od žluté po oranžovou nebo naopak). Dichromát se skládá z mostu O₃Cr-O-CrO₃.

Sloučeniny Cr (VI) mají vlastnosti škodlivé a dokonce karcinogenní pro lidské tělo a zvířata.

Jak? Studie argumentují, že ionty CrO₄^2- procházejí buněčnými membránami působením proteinů, které transportují sírany (oba ionty mají ve skutečnosti podobné velikosti).

Redukční činidla v buňkách redukují Cr (VI) na Cr (III), který se akumuluje ireverzibilní koordinací se specifickými místy makromolekul (např. DNA)..

Znečištěná buňka přebytkem chrómu, toto nemůže opustit kvůli nedostatku mechanismu, který transportuje to přes membrány \ t.

Chrome používá

Jako barvivo nebo pigmenty

Chrom má širokou škálu aplikací, od barviv pro různé typy tkanin, po ochranu, která zdobí kovové části v tzv. Chromu, které lze provádět s čistým kovem, nebo se sloučeninami Cr (III) nebo Cr (VI).

Fluorid chromitý (CrF)₃) se například používá jako barvivo pro vlněné tkaniny; síranu chromitého (Cr₂(SO₄)₃), je určen k barvení smaltů, keramiky, barev, inkoustů, laků a také k chromátování kovů; a oxid chromitý (Cr₂O₃) nachází uplatnění i tam, kde je požadována jeho zelená barva.

Proto může být jakýkoliv chromový minerál s intenzivními barvami určen k barvení struktury, ale poté vzniká skutečnost, že uvedené sloučeniny jsou nebezpečné nebo ne pro životní prostředí nebo pro zdraví jednotlivců..

Ve skutečnosti, jeho jedovaté vlastnosti jsou používány chránit dřevo a jiné povrchy od napadení hmyzem.

V chromované nebo metalurgii

Podobně se do oceli přidávají malá množství chrómu, aby se zpevnila proti oxidaci a zvýšila se jeho jasnost. Je to proto, že je schopna tvořit šedavé karbidy (Cr₃C₂) velmi odolný vůči reakci s kyslíkem ve vzduchu.

Vzhledem k tomu, že chrom může být vyleštěn pro získání lesklých povrchů, má chromovaný povrch stříbrné provedení a barvy jako levnější alternativu pro tyto účely..

Nutriční

Někteří debatují o tom, zda lze chróm považovat za základní prvek, který je v každodenní stravě nepostradatelný. Je přítomen v některých potravinách ve velmi malých koncentracích, jako jsou zelené listy a rajčata.

Kromě toho existují proteinové doplňky, které regulují aktivitu inzulínu a podporují růst svalů, jako je tomu u polynikotinu chromu..

Kde je?

Chrom se nachází ve velkém množství minerálů a drahokamů, jako jsou rubíny a smaragdy. Hlavním minerálem, ze kterého je chrom extrahován, je chromit (MCr₂O₄), kde M může být jakýkoliv jiný kov, se kterým je spojen oxid chromitý. Tyto doly jsou hojné v Jižní Africe, v Indii, Turecku, Finsku, Brazílii a dalších zemích.

Každý zdroj má jednu nebo více variant chromitu. Tímto způsobem vzniká pro každý M (Fe, Mg, Mn, Zn atd.) Jiný chromový minerál.

Pro extrakci kovu je nutné redukovat minerál, to znamená, že kovový střed chromu získá elektrony působením redukčního činidla. To se provádí uhlíkem nebo hliníkem:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Také se nachází chromit (PbCrO₄).

Obvykle, v jakémkoliv nerostu kde Cr ion³⁺ může nahradit Al³⁺, oba s mírně podobnými iontovými poloměry, tvoří nečistotu, která má za následek další přirozený zdroj této úžasné, ale škodlivé, kovové.

Odkazy

1. Tenenbaum E. Chrom. Převzato z: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Chrom Převzato z: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6. dubna 2018). Jaký je rozdíl mezi Chrome a chromem? Převzato z: thoughtco.com
4. N.V. Mandichu (1995). Chemie chromu. [PDF] Převzato z: citeseerx.ist.psu.edu
5. Chemie LibreTexts. Chemie chromu. Převzato z: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Chemie chromu a některé výsledné analytické problémy. Recenzováno: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Chrom Převzato z: chemistryexplained.com