- Vlastnosti a vlastnosti
- Chemická štruktúra chrómu
- Oxidačné číslo
- Cr (-2, -1 a 0)
- Cr (I) a Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) a Cr (V)
- Cr (VI): pár chromát-dichróman
- Použitie chrómu
- Ako farbivo alebo pigmenty
- V chrómovej alebo metalurgickej podobe
- nutričné
- Kde sa to nachádza?
- Referencie
Chrómu (Cr) je kovový prvok skupiny 6 (VIB) periodickej tabuľky. Ton tohto kovu ročne vyrobí cez jeho extrakcii z chromitu minerálu železa alebo horčíka (FeCr 2 O 4 , MgCr 2 O 4 ), ktoré sú znížené uhlia pre získanie kovu. Je veľmi reaktívny a iba vo veľmi redukčných podmienkach je vo svojej čistej forme.
Jeho názov je odvodený od gréckeho slova „chroma“, čo znamená farbu. Tento názov dostal kvôli rôznym a intenzívnym farbám, ktoré vykazujú zlúčeniny chrómu, anorganické alebo organické; od čiernych pevných látok alebo roztokov po žltú, oranžovú, zelenú, fialovú, modrú a červenú.
Krokodíl chrómový. Aligátor chrómového kovového modelu Krokodíl strieborný. Zdroj: Maxpixel
Farba kovového chrómu a jeho karbidov sú však strieborne sivé. Táto vlastnosť sa využíva v technike chrómovania, aby poskytla mnohým štruktúram strieborné iskry (ako sú tie, ktoré sú vidieť v krokodílovi na obrázku vyššie). Teda „kúpaním s chrómom“ sú kusy lesklé a majú veľkú odolnosť proti korózii.
Chróm v roztoku rýchlo reaguje s kyslíkom vo vzduchu za vzniku oxidov. V závislosti od pH a oxidačných podmienok média môže získať rôzne oxidačné čísla, pričom (III) (Cr 3+ ) je najstabilnejší zo všetkých. V dôsledku toho je zelený oxid chrómu (III), (Cr 2 O 3 ) je najstabilnejší svojich oxidov.
Tieto oxidy môžu interagovať s inými kovmi v prostredí, čo spôsobuje, napríklad pigment sibírsky mínium (PbCrO 4 ). Tento pigment je žltooranžový alebo červený (podľa svojej zásaditosti), z ktorého francúzsky vedec Louis Nicolas Vauquelin izoloval kovovú meď, a preto je jeho objaviteľom ocenený.
Vďaka svojim minerálom a oxidom, ako aj malej časti kovovej medi je tento prvok na 22. mieste najhojnejšej zemskej kôry.
Chémia chrómu je veľmi rôznorodá, pretože môže tvoriť väzby s takmer celou celou periodickou tabuľkou. Každá z jej zlúčenín vykazuje farby, ktoré závisia od oxidačného čísla, ako aj od druhov, ktoré s nimi interagujú. Rovnako vytvára väzby s uhlíkom a zasahuje do veľkého počtu organokovových zlúčenín.
Vlastnosti a vlastnosti
Chróm je strieborný kov v čistej forme s atómovým číslom 24 a molekulovou hmotnosťou približne 52 g / mol ( 52 Cr, najstabilnejší izotop).
Vzhľadom na svoje silné kovové väzby má vysoké teploty topenia (1907 ° C) a teploty varu (2671 ° C). Vďaka svojej kryštalickej štruktúre je tiež veľmi hustým kovom (7,19 g / ml).
Nereaguje s vodou za vzniku hydroxidov, ale reaguje s kyselinami. Oxiduje sa kyslíkom vo vzduchu a všeobecne produkuje oxid chromitý, ktorý je široko používaný zelený pigment.
Tieto oxidové vrstvy vytvárajú tzv. Pasiváciu, chránia kov pred ďalšou koróziou, pretože kyslík nemôže preniknúť kovovým sínusom.
Jeho elektronická konfigurácia je 4s 1 3d 5 , všetky elektróny sú nespárované, a preto vykazuje paramagnetické vlastnosti. Spájanie elektronických točení sa však môže vyskytnúť, ak je kov vystavený nízkym teplotám a získa ďalšie vlastnosti, ako napríklad antiferomagnetizmus.
Chemická štruktúra chrómu
Podľa pôvodných PNG, ktoré vytvoril Daniel Mayer, DrBob, vystopoval Inkscape podľa používateľa: Stannered (Crystal stucture), prostredníctvom Wikimedia Commons
Aká je štruktúra chrómového kovu? Chróm vo svojej čistej podobe predpokladá kubickú kryštalickú štruktúru zameranú na telo (cc alebo bcc). To znamená, že atóm chrómu je umiestnený v strede kocky, ktorej okraje sú obsadené inými chrómami (ako na obrázku vyššie).
Táto štruktúra je zodpovedná za chróm, ktorý má vysoké teploty topenia a varu, ako aj vysokú tvrdosť. Atómy medi sa prekrývajú s ich orbitálmi d a vytvárajú vodivé pásy podľa teórie pásov.
Obidva pásy sú teda napoly plné. Prečo? Pretože jeho elektronická konfigurácia je 4s 1 3d 5 a ako orbitál môže umiestniť dva elektróny a obežné dráhy desiatich. Potom iba polovica pásov vytvorených ich prekrývaním je obsadená elektrónmi.
S týmito dvoma perspektívami - kryštalickou štruktúrou a kovovou väzbou - je možné teoreticky vysvetliť mnohé fyzikálne vlastnosti tohto kovu. Ani to však nevysvetľuje, prečo môže mať chróm rôzne oxidačné stavy alebo čísla.
Vyžadovalo by si to hlboké pochopenie stability atómu vzhľadom na elektronické otáčania.
Oxidačné číslo
Pretože elektrónová konfigurácia chrómu je 4s 1 3d 5, môže získať až jeden alebo dva elektróny (Cr 1– a Cr 2– ) alebo ich stratiť, aby získala rôzne oxidačné čísla.
Ak teda chróm stratí elektrón, bude to 4s 0 3d 5 ; ak stratí tri, 4s 0 3d 3 ; a ak ich všetky stratia, alebo čo je rovnaké, bude argonové izoelektronické.
Chróm nestráca ani nezíska elektróny iba rozmarom: musí existovať druh, ktorý ich daruje alebo prijíma, aby prešiel z jedného oxidačného čísla na druhé.
Chróm má nasledujúce oxidačné čísla: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 a +6. Z nich je +3, Cr 3+ najstabilnejší, a preto prevláda zo všetkých; nasledované +6, Cr 6+ .
Cr (-2, -1 a 0)
Chróm veľmi pravdepodobne nezíska elektróny, pretože je to kov, a preto je jeho povahou darovanie. Môže však koordinovať s ligandami, t. J. Molekulami, ktoré interagujú s kovovým centrom prostredníctvom dátívnej väzby.
Jedným z najznámejších je oxid uhoľnatý (CO), ktorý tvorí hexakarbonylovú zlúčeninu chrómu.
Táto zlúčenina má molekulový vzorec Cr (CO) 6 a keďže ligandy sú neutrálne a neposkytujú žiadny náboj, potom má Cr oxidačné číslo 0.
To je možné pozorovať aj v iných organokovových zlúčeninách, ako je bis (benzén) chróm. V poslednom menovanom prípade je chróm obklopený dvoma benzénovými kruhmi v sendvičovej molekulovej štruktúre:
Ben Mills, z Wikimedia Commons
Z týchto dvoch organokovových zlúčenín môže vzniknúť mnoho ďalších zlúčenín Cr (0).
Soli boli nájdené, kde na seba vzájomne pôsobia s katiónmi sodíka, čo znamená, že Cr musí mať negatívny oxidačné číslo priťahovať kladné náboje: Cr (-2), Na 2 a Cr (-1), Na 2 .
Cr (I) a Cr (II)
Cr (I) alebo Cr 1+ sa vyrába oxidáciou práve opísaných organokovových zlúčenín. Toto je dosiahnuté oxidačných ligandy, ako je CN alebo NO, čím sa vytvorí, napríklad, zlúčenina K 3 .
Tu skutočnosť, že existujú tri katióny K +, znamená, že komplex chrómu má tri záporné náboje; podobne ligand CN - prispieva piatimi negatívnymi nábojmi, takže medzi Cr a NO musia pridať dva kladné náboje (-5 + 2 = -3).
Ak NO je neutrálny, potom je to Cr (II), ale ak má kladný náboj (NO + ), potom je to Cr (I).
Na druhej strane, (II) zlúčeniny Cr sú hojnejší, medzi nimi nasledujúce: chróm (II) chlorid (CrCl 2 ), chromnatý acetát (Cr 2 (O 2 CCH 3 ) 4 ), oxid chromitý ( II) (CrO), sulfid chrómu (CrS) a ďalšie.
Cr (III)
Zo všetkých je to tá s najvyššou stabilitou, pretože v skutočnosti je produktom mnohých oxidačných reakcií chromátových iónov. Možno, že jej stabilita je vďaka svojej d 3 elektronickej konfigurácie , v ktorých sú tri elektróny zaberajú tri nižšie energetické d orbitály v porovnaní s ostatnými dvoma po viacerých energetických (d-okružné zdvojnásobenie).
Najviac reprezentatívna zlúčenina tohto oxidačného čísla je chróm (III) kysličník (Cr 2 O 3 ). V závislosti od ligandov, ktoré s ním koordinujú, bude komplex vykazovať jednu alebo druhú farbu. Príklady týchto zlúčenín sú: Cl, Cr (OH) 3 , CRF 3 , 3+ , atď.
Aj keď chemický vzorec na prvý pohľad neukazuje, chróm má vo svojich komplexoch zvyčajne osemstennú koordinačnú guľu; to znamená, že je umiestnený v strede oktaedronu, kde jeho vrcholy sú umiestnené ligandom (celkom šesť).
Cr (IV) a Cr (V)
Zlúčeniny, na ktorých sa Cr 5+ zúčastňuje, sú v dôsledku elektronickej nestability uvedeného atómu veľmi malé, okrem skutočnosti, že sa ľahko oxidujú na Cr6+ , oveľa stabilnejšie, pretože sú izoelektronické vzhľadom na vzácny plyn argónu.
Zlúčeniny Cr (V) sa však môžu syntetizovať za určitých podmienok, napríklad pri vysokom tlaku. Podobne majú tendenciu sa rozkladať pri miernych teplotách, čo znemožňuje ich možné použitie, pretože nemajú tepelný odpor. Niektoré z nich sú: CRF 5 a K 3 (O 2 2 je peroxid anión).
Na druhej strane, Cr 4+ je relatívne stabilný, je schopný syntetizovať jeho halogénových zlúčenín: CRF 4 , CrCl 4 a CrBr 4 . Sú však tiež náchylné na rozklad pomocou redoxných reakcií za vzniku atómov chrómu s lepšími číslami oxidácie (ako je +3 alebo +6).
Cr (VI): pár chromát-dichróman
2 2 + 2 H + (žltá) => 2 + H 2 O (oranžová)
Vyššie uvedená rovnica zodpovedá kyselinovej dimerizácii dvoch chromátových iónov za vzniku dichrómanu. Zmeny pH spôsobujú zmenu v interakciách okolo kovového centra Cr 6+ , čo je zrejmé aj vo farbe roztoku (zo žltej na oranžovú alebo naopak). Dvojchróman sa skladá z O 3 CrO-CRO 3 mosta .
Zlúčeniny Cr (VI) majú vlastnosti, ktoré sú škodlivé a dokonca karcinogénne pre ľudské telo a zvieratá.
Ako? Štúdia tvrdí, že cro 4 2- ióny krížovej bunkovej membrány pôsobením proteínov síranu transportujúca (obaja ióny sú v podstate podobnej veľkosti).
Redukčné činidlá v bunkách redukujú Cr (VI) na Cr (III), ktorý sa akumuluje ireverzibilnou koordináciou na konkrétne miesta na makromolekulách (ako je DNA).
Keď je bunka kontaminovaná nadbytkom chrómu, nemôže opustiť kvôli nedostatku mechanizmu, ktorý ju prenáša späť cez membrány.
Použitie chrómu
Ako farbivo alebo pigmenty
Chróm má širokú škálu aplikácií, od farbív pre rôzne typy tkanín, až po chrániče, ktoré zdobia kovové časti v tzv. Chrómovanej povrchovej úprave, ktoré môžu byť vyrobené z čistého kovu alebo so zlúčeninami Cr (III) alebo Cr (VI).
Napríklad fluorid chrómový (CrF 3 ) sa používa ako farbivo pre vlnené tkaniny; sulfát chromitý (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), sa použije pre farebné laky, keramika, farby, atramenty, laky, a je tiež používaný chrómové kovov; a oxidu chromitého (Cr 2 O 3 ) tiež nájde použitia, kde sa vyžaduje jej atraktívna zelená farba.
Preto môže byť akýkoľvek minerál chrómu s intenzívnymi farbami určený na zafarbenie štruktúry, ale potom nastane fakt, či sú tieto zlúčeniny nebezpečné alebo nie pre životné prostredie alebo pre zdravie jednotlivcov.
Jeho jedovaté vlastnosti sa v skutočnosti používajú na ochranu dreva a iných povrchov pred napadnutím hmyzom.
V chrómovej alebo metalurgickej podobe
Do ocele sa tiež pridáva malé množstvo chrómu, aby sa posilnila proti oxidácii a zlepšila sa jej lesk. Je to vzhľadom k tomu, že je schopný tvoriť sivasto karbidmi (Cr 3 C 2 ), ktoré sú veľmi odolné pri reakcii s kyslíkom vo vzduchu.
Pretože chróm možno leštiť na lesklé povrchy, chróm potom ponúka strieborné vzory a farby ako lacnejšiu alternatívu na tieto účely.
nutričné
Niektorí diskutujú o tom, či môže byť chróm považovaný za podstatný prvok, ktorý je nevyhnutný v každodennej strave. Je prítomný v niektorých potravinách vo veľmi malých koncentráciách, ako sú zelené listy a paradajky.
Podobne existujú aj proteínové doplnky, ktoré regulujú aktivitu inzulínu a podporujú rast svalov, ako je to v prípade polynikotinátu chrómu.
Kde sa to nachádza?
Zdroj: Pixabay
Chróm sa nachádza v rôznych mineráloch a drahokamoch, ako sú rubíny a smaragdy. Hlavné minerálne, z ktorého sa extrahuje chróm je chromit (MCR 2 O 4 ), kde M môže byť akýkoľvek iný kov, s ktorým je oxid chrómu spojená. Tieto bane oplývajú v Južnej Afrike, Indii, Turecku, Fínsku, Brazílii a ďalších krajinách.
Každý zdroj má jeden alebo viac variantov chromitu. Týmto spôsobom vzniká pre každý M (Fe, Mg, Mn, Zn atď.) Iný minerál chrómu.
Na extrakciu kovu je potrebné redukovať minerál, to znamená, aby elektróny v centre kovového chrómu získavali elektróny pôsobením redukčného činidla. To sa deje pomocou uhlíka alebo hliníka:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2CR + 4CO
Tiež, chromit (PbCrO 4 sa nachádza).
Všeobecne platí, že v akomkoľvek mineráli, kde ión Cr 3+ môže nahradiť AI 3+ , oba s mierne podobnými iónovými polomermi, predstavuje nečistotu, ktorá vedie k ďalšiemu prírodnému zdroju tohto úžasného, ale škodlivého kovu.
Referencie
- Tenenbaum E. Chromium. Prevzaté z: chemistry.pomona.edu
- Wikipedia. (2018). Chromium. Prevzaté z: en.wikipedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6. apríla 2018). Aký je rozdiel medzi Chrome a Chromium? Prevzaté z: thinkco.com
- NV Mandich. (devätnásť deväťdesiatpäť). Chémia chémie. , Prevzaté z: citeseerx.ist.psu.edu
- Chémia LibreTexts. Chémia chémie. Prevzaté z: chem.libretexts.org
- Saul 1. Shupack. (1991). Chémia chrómu a niektoré z toho vyplývajúce analytické problémy. Posúdené: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). Chromium. Prevzaté z: chemistryexplained.com