Свойства, характеристики и использование хрома

хром (Cr) является металлическим элементом группы 6 (VIB) периодической таблицы. Ежегодно тонны этого металла производятся путем извлечения хромитовой железной руды или магниевой руды (FeCr₂О₄, MgCr₂О₄), которые восстанавливаются с помощью угля для получения металла. Это очень реактивный, и только в очень восстановительных условиях он в чистом виде.

Его название происходит от греческого слова «цветность», что означает цвет. Этому назвали это из-за многочисленных и интенсивных цветов, демонстрируемых соединениями хрома, неорганического или органического; от твердых или черных растворов до желтых, оранжевых, зеленых, фиолетовых, синих и красных.

Однако цвет металлического хрома и его карбидов серовато-серебристый. Эта функция используется в технике хромирования для придания многим структурам серебряных вспышек (например, тех, которые видны у крокодила на изображении выше). Таким образом, «купание с хромом» на кусочки придают блеск и большую устойчивость к коррозии.

Хром в растворе быстро реагирует с кислородом воздуха с образованием оксидов. В зависимости от pH и окислительных условий среды, могут быть получены различные степени окисления с (III) (Cr³⁺) самый стабильный из всех. В результате оксид хрома (III) (Cr₂О₃) зеленый цвет является наиболее стабильным из его оксидов.

Эти оксиды могут взаимодействовать с другими металлами в окружающей среде, образуя, например, сибирский красный свинцовый пигмент (PbCrO).₄). Этот пигмент является желто-оранжевым или красным (в зависимости от его щелочности), и из него французский ученый Луи Николя Воклен выделил металлическую медь, поэтому он был отмечен как его первооткрыватель..

Его минералы и оксиды, а также крошечная порция металлической меди, заставляют этот элемент занимать 22-е место по численности в земной коре.

Химия хрома очень разнообразна, потому что он может образовывать связи почти со всей периодической таблицей. Каждое из его соединений проявляет цвета, которые зависят от количества окисления, а также от видов, которые взаимодействуют с ним. Он также образует связи с углеродом, вмешиваясь в большое количество металлоорганических соединений.

[ТОС]

Характеристики и свойства

Хром представляет собой металлический серебро в чистом виде с атомным номером 24 и молекулярной массой приблизительно 52 г / моль (⁵²Cr, его самый стабильный изотоп).

Учитывая его прочные металлические связи, он имеет высокие точки плавления (1907 ° C) и точки кипения (2671 ° C). Кроме того, его кристаллическая структура делает его очень плотным металлом (7,19 г / мл).

Он не реагирует с водой с образованием гидроксидов, но реагирует с кислотами. Он окисляется кислородом воздуха, обычно образуя оксид хрома, который является широко используемым зеленым пигментом..

Эти слои оксида создают то, что известно как пассивация, защита металла от дальнейшей коррозии, так как кислород не может проникнуть в металлический синус.

Его электронная конфигурация [Ar] 4s¹3d⁵, со всеми электронами неспаренными, и, следовательно, проявляет парамагнитные свойства. Однако спаривание электронных спинов может происходить, если металл подвергается воздействию низких температур, приобретая другие свойства, такие как антиферромагнетизм..

индекс

• 1 Характеристики и свойства
• 2 Химическая структура хрома
• 3 Номер окисления
  • 3,1 Cr (-2, -1 и 0)
  • 3,2 Cr (I) и Cr (II)
  • 3,3 Cr (III)
  • 3,4 Cr (IV) и Cr (V)
  • 3,5 Cr (VI): хромат-дихроматная пара
• 4 использования хрома
  • 4.1 В качестве красителя или пигмента
  • 4.2 В хроме или металлургии
  • 4.3 Пищевая
• 5 Где ты?
• 6 Ссылки

Химическая структура хрома

Какова структура металлического хрома? В чистом виде хром принимает кубическую кристаллическую структуру, центрированную на теле (cc или bcc, для его сокращения на английском языке). Это означает, что атом хрома находится в центре куба, края которого заняты другими хромосом (как на изображении выше).

Эта структура ответственна за хром, имеющий высокие температуры плавления и кипения, а также высокую твердость. Атомы меди перекрывают свои s и d орбитали с образованием зон проводимости согласно теории зон.

Таким образом, обе полосы наполовину полны. Почему? Потому что его электронная конфигурация [Ar] 4s¹3d⁵ и как орбиталь s может удерживать два электрона, а орбитали d ten. Тогда только половина полос, образованных их перекрытиями, занята электронами.

С этих двух точек зрения - кристаллическая структура и металлическая связь - многие физические свойства этого металла могут быть объяснены в теории. Тем не менее, ни один не объясняет, почему хром может иметь несколько степеней окисления или числа.

Это потребовало бы глубокого понимания стабильности атома по отношению к электронным спинам..

Число окисления

Поскольку электронная конфигурация хрома [Ar] 4s¹3d⁵ может заработать до одного или двух электронов (Cr^1- и Cr^2-), или теряйте их, чтобы получить разные степени окисления.

Таким образом, если хром теряет электрон, он будет похож на [Ar] 4s⁰3d⁵; если вы потеряете три, [Ar] 4s⁰3d³; и если вы потеряете их все, [Ar], или что то же самое, это будет изоэлектронным для аргона.

Хром не теряет и не получает электроны простым капризом: должен быть вид, который жертвует или принимает их, чтобы перейти от одного числа окисления к другому.

Хром имеет следующие степени окисления: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 и +6. Из них +3, Cr³⁺, это самый стабильный и поэтому преобладающий из всех; с последующим +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 и 0)

Маловероятно, что хром получит электроны, потому что это металл, и поэтому его природа заключается в том, чтобы пожертвовать их. Однако его можно координировать с лигандами, то есть молекулами, которые взаимодействуют с металлическим центром через дативную связь.

Одним из наиболее известных является окись углерода (СО), которая образует гексакарбонильное соединение хрома.

Это соединение имеет молекулярную формулу Cr (CO)₆, и поскольку лиганды являются нейтральными и не дают никакого заряда, то Cr имеет степень окисления 0.

Это также можно наблюдать в других металлоорганических соединениях, таких как бис (бензол) хром. В последнем случае хром окружен двумя бензольными кольцами с молекулярной структурой типа сэндвича:

Из этих двух металлоорганических соединений могут возникнуть многие другие из Cr (0).

Соли были обнаружены там, где они взаимодействуют с катионами натрия, что означает, что Cr должен иметь отрицательную степень окисления для привлечения положительных зарядов: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] и Cr (-1), Na₂[Cr₂(СО)₁₀].

Cr (I) и Cr (II)

Cr (I) или Cr¹⁺ это произведено окислением металлоорганических соединений, только что описанных. Это достигается путем окисления лигандов, таких как CN или NO, с образованием, например, соединения K₃[Cr (CN)₅НЕТ].

Здесь факт наличия трех катионов K⁺ подразумевает, что комплекс хрома имеет три отрицательных заряда; аналогично лиганду CN^- обеспечивает пять отрицательных зарядов, так что между Cr и NO необходимо добавить два положительных заряда (-5 + 2 = -3).

Если NO является нейтральным, то это Cr (II), но он имеет положительный заряд (NO⁺), в этом случае Cr (I).

С другой стороны, соединения Cr (II) более распространены, и среди них есть следующие: хлорид хрома (II) (CrCl₂), ацетат хрома (Cr₂(О₂CCH₃)₄), оксид хрома (II) (CrO), сульфид хрома (II) (CrS) и другие.

Cr (III)

Из всего этого он обладает большей стабильностью, поскольку фактически является продуктом многих окислительных реакций хромат-ионов. Возможно, его стабильность обусловлена ​​его электронной конфигурацией³, в котором три электрона занимают три d-орбитали с более низкой энергией по сравнению с двумя другими более энергичными (разворачивающиеся d-орбиталями).

Наиболее представительным соединением с такой степенью окисления является оксид хрома (III) (Cr).₂О₃). В зависимости от того, какие лиганды согласованы с ним, комплекс будет отображать один или другой цвет. Примерами этих соединений являются: [CrCl₂(Н₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, и т.д..

Хотя химическая формула не показывает это с первого взгляда, хром обычно имеет октаэдрическую координационную сферу в своих комплексах; то есть он расположен в центре октаэдра, где его вершинами являются лиганды (всего шесть).

Cr (IV) и Cr (V)

Соединения, в которых участвует Cr⁵⁺ их очень мало из-за электронной нестабильности указанного атома, кроме того, что он легко окисляется до Cr⁶⁺, гораздо более устойчив, будучи изоэлектронным по отношению к благородному газу аргона.

Однако соединения Cr (V) могут быть синтезированы при определенных условиях, таких как высокое давление. Кроме того, они имеют тенденцию разлагаться при умеренных температурах, что делает невозможным их применение, поскольку они не имеют термического сопротивления. Вот некоторые из них: CrF₅ и К₃[Cr (O₂)₄] (О₂^2- пероксидный анион).

С другой стороны, Cr⁴⁺ Он относительно более стабилен, поскольку способен синтезировать галогенированные соединения: CrF₄, Циклический₄ и CrBr₄. Однако они также подвержены разложению в результате окислительно-восстановительных реакций с образованием атомов хрома с лучшими показателями окисления (например, +3 или +6)..

Cr (VI): хромат-дихроматная пара

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺  (Желтый) => [Cr₂О₇]^2- + H₂O (оранжевый)

Приведенное выше уравнение соответствует кислотной димеризации двух хромат-ионов с образованием дихромата. Изменение рН вызывает изменение взаимодействий вокруг металлического центра Cr.⁶⁺, это подтверждается также цветом раствора (от желтого до оранжевого или наоборот). Дихромат состоит из моста O₃CrO-CrO₃.

Соединения Cr (VI) обладают характеристиками вредности и даже канцерогенности для организма человека и животных..

Как? Исследования утверждают, что ионы CrO₄^2- они пересекают клеточные мембраны под действием белков, которые транспортируют сульфаты (оба иона на самом деле имеют одинаковые размеры).

Восстанавливающие агенты в клетках восстанавливают Cr (VI) до Cr (III), который накапливается путем необратимой координации со специфическими сайтами макромолекул (такими как ДНК).

Загрязненный клеткой из-за избытка хрома, этот нельзя оставить из-за отсутствия механизма, который транспортирует его обратно через мембраны.

Chrome использует

Как краситель или пигменты

Хром имеет широкий спектр применения: от красителей для различных типов тканей до защитных, которые украшают металлические детали так называемым хромом, что можно сделать с чистым металлом или с соединениями Cr (III) или Cr (VI).

Фторид хрома (CrF)₃), например, используется в качестве красителя для шерстяных тканей; сульфат хрома (Cr₂(SO₄)₃), предназначен для окрашивания эмалей, керамики, красок, чернил, лаков, а также служит для хромирования металлов; и оксид хрома (Cr₂О₃) также находит применение там, где требуется его привлекательный зеленый цвет.

Следовательно, любой минерал хрома с интенсивными цветами может быть предназначен для окрашивания структуры, но после этого возникает тот факт, являются ли указанные соединения опасными или нет для окружающей среды или для здоровья людей..

На самом деле, его ядовитые свойства используются для защиты древесины и других поверхностей от нападения насекомых..

В хромированной или металлургии

Кроме того, небольшое количество хрома добавляется в сталь, чтобы укрепить ее от окисления и улучшить ее яркость. Это потому, что он способен образовывать сероватые карбиды (Cr₃С₂) очень устойчив к реакции с кислородом в воздухе.

Поскольку хром может быть отполирован для получения блестящих поверхностей, хромированные затем имеют серебристый дизайн и цвета в качестве более дешевой альтернативы для этих целей..

питательный

Некоторые спорят, можно ли считать хром важным элементом, то есть незаменимым в ежедневном рационе. Он присутствует в некоторых продуктах в очень небольших концентрациях, таких как зеленые листья и помидоры.

Кроме того, существуют белковые добавки, которые регулируют активность инсулина и способствуют росту мышц, как в случае с полиникотинатом хрома..

Где это?

Хром содержится в большом количестве минералов и драгоценных камней, таких как рубины и изумруды. Основным минералом, из которого извлекается хром, является хромит (MCr₂О₄), где М может быть любым другим металлом, с которым связан оксид хрома. Эти мины изобилуют в Южной Африке, в Индии, Турции, Финляндии, Бразилии и других странах..

Каждый источник имеет один или несколько вариантов хромита. Таким образом, для каждого М (Fe, Mg, Mn, Zn и т. Д.) Возникает отдельный минерал хрома..

Чтобы извлечь металл, необходимо восстановить минерал, то есть заставить металлический центр хрома получать электроны под действием восстановителя. Это сделано с углеродом или алюминием:

FeCr₂О₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Также обнаружен хромит (PbCrO₄).

Обычно в любом минерале, где ион Cr³⁺ может заменить Al³⁺, оба со слегка подобными ионными радиусами, составляют примесь, которая приводит к другому естественному источнику этого удивительного, но вредного, металла.

ссылки

1. Tenenbaum E. хром. Взято из: chem.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Хром. Взято из: en.wikipedia.org
3. Энн Мари Хельменстин, доктор философии (6 апреля 2018 г.) В чем разница между хромом и хромом? Взято из: мыслиco.com
4. Н.В Mandich. (1995). Химия Хрома. [PDF]. Взято из: citeseerx.ist.psu.edu
5. Химия LibreTexts. Химия Хрома. Взято с сайта chem.libretexts.org
6. Сол 1. Шупак. (1991). Химия хрома и некоторые вытекающие из этого аналитические проблемы. Отзыв: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Хром. Взято из: chemexplained.com