Kromin ominaisuudet, ominaisuudet ja käyttötavat

kromi (Cr) on jaksollisen taulukon ryhmän 6 (VIB) metallinen elementti. Vuosittain tonnia tätä metallia tuotetaan uuttamalla kromiittirautamalmi tai magnesiummalmi (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄), jotka pelkistetään hiilellä metallin saamiseksi. Se on hyvin reaktiivinen, ja vain hyvin vähäisissä olosuhteissa se on puhtaana.

Sen nimi perustuu kreikkalaiseen sanaan "chroma", joka tarkoittaa väriä. Sille annettiin tämä nimi, koska kromiyhdisteitä, olivatpa ne epäorgaanisia tai orgaanisia, esittivät useita ja voimakkaita värejä; kiinteistä tai mustista liuoksista keltaiselle, oranssille, vihreälle, violetille, siniselle ja punaiselle.

Metallisen kromin ja sen karbidien väri on kuitenkin harmaata hopeaa. Tätä ominaisuutta käytetään kromin tekniikassa, jotta monet rakenteet vilkkuvat hopeaa (kuten ne, jotka näkyvät krokotiilissa yllä olevassa kuvassa). Täten "kromilla uiminen" - kappaleille annetaan kiilto ja suuri korroosionkestävyys.

Kromi liuoksessa reagoi nopeasti ilman hapen kanssa muodostaen oksideja. Väliaineen pH: sta ja hapettumisolosuhteista riippuen voidaan saada erilaisia ​​hapetusnumeroita (III): lla (Cr³⁺) kaikkein vakain. Tämän seurauksena kromi (III) oksidi (Cr₂O₃) vihreä väri on kaikkein vakaampi oksideista.

Nämä oksidit voivat vuorovaikutuksessa muiden ympäristössä olevien metallien kanssa, jotka ovat peräisin esimerkiksi Siperian punaisesta lyijypigmentistä (PbCrO).₄). Tämä pigmentti on kelta-oranssi tai punainen (sen emäksisyyden mukaan), ja siitä ranskalainen tiedemies Louis Nicolas Vauquelin eristää metallisen kuparin, minkä vuoksi se myönnetään sen löytäjänä.

Sen kivennäisaineet ja oksidit sekä pieni osa metallista kuparia tekevät tästä elementistä miehitetyn maankuoren 22: n eniten..

Kromin kemia on hyvin erilainen, koska se voi muodostaa sidoksia lähes koko jaksollisen taulukon kanssa. Jokaisella sen yhdisteellä on värejä, jotka riippuvat hapettumisen määrästä, sekä lajista, jotka ovat vuorovaikutuksessa sen kanssa. Se muodostaa myös sidoksia hiilen kanssa, sekaantumalla suureen määrään organometallisia yhdisteitä.

[TOC]

Ominaisuudet ja ominaisuudet

Kromi on puhtaana oleva hopeametalli, jonka atomiluku on 24 ja molekyylipaino noin 52 g / mol.⁵²Cr, sen vakain isotooppi).

Vahvojen metalli- sidostensa ansiosta sillä on korkea sulamispiste (1907 ° C) ja kiehumispiste (2671 ° C). Myös sen kiteinen rakenne tekee siitä erittäin tiheän metallin (7,19 g / ml)..

Se ei reagoi veden kanssa muodostaen hydroksideja, mutta se reagoi happojen kanssa. Se hapetetaan ilmassa olevalla hapella, joka tuottaa yleensä kromidioksidia, joka on laajalti käytetty vihreä pigmentti..

Nämä oksidikerrokset luovat tunnetun passivointi, suojaa metallia lisäkorroosiolta, koska happi ei voi tunkeutua metalliseen sinukseen.

Sen elektroninen kokoonpano on [Ar] 4s¹3d⁵, kaikkien elektronien kanssa, joita ei ole yhdistetty, ja siksi niissä on paramagneettisia ominaisuuksia. Elektronisten pyörien pariliitos voi kuitenkin tapahtua, jos metalli altistuu matalille lämpötiloille, jolloin saadaan muita ominaisuuksia, kuten antiferromagneettisuutta..

indeksi

• 1 Ominaisuudet ja ominaisuudet
• 2 Kromin kemiallinen rakenne
• 3 Hapetusnumero
  • 3,1 Cr (-2, -1 ja 0)
  • 3,2 Cr (I) ja Cr (II)
  • 3,3 Kr (III)
  • 3,4 Cr (IV) ja Cr (V)
  • 3,5 Cr (VI): kromaattidikromaattipari
• 4 Kromin käyttö
  • 4.1 Väriaineena tai pigmenttinä
  • 4.2 Kromi- tai metallurgiassa
  • 4.3 Ravitsemus
• 5 Missä olet?
• 6 Viitteet

Kromin kemiallinen rakenne

Mikä on kromimetallin rakenne? Puhtaassa muodossaan kromi ottaa käyttöön kuutioisen kiteisen rakenteen, joka on keskittynyt kehoon (cc tai bcc, sen lyhenne englanniksi). Tämä tarkoittaa, että kromiatomi sijaitsee kuution keskellä, jonka reunat ovat muiden kromossien (kuten yllä olevassa kuvassa) käytössä..

Tämä rakenne on vastuussa kromista, jolla on korkea sulamis- ja kiehumispiste, sekä korkea kovuus. Kupariatomit päällekkäin s ja d orbitaalien kanssa johtosarjojen muodostamiseksi nauhateorian mukaan.

Näin ollen molemmat bändit ovat puoliksi täynnä. Miksi? Koska sen elektroninen kokoonpano on [Ar] 4s¹3d⁵ ja kuinka kiertoradalla voi olla kaksi elektronia ja orbitaalit d 10. Sitten vain puolet niiden päällekkäisyyksien muodostamista nauhoista on elektronien käytössä.

Näillä kahdella näkökulmalla - kiteinen rakenne ja metallisidos - monet tämän metallin fysikaaliset ominaisuudet voidaan selittää teoriassa. Kuitenkaan ei selitä, miksi kromilla voi olla useita hapettumistiloja tai numeroita.

Tämä edellyttäisi syvää ymmärrystä atomin stabiilisuudesta elektronisten spinien suhteen.

Hapetusnumero

Koska kromin elektroninen konfiguraatio on [Ar] 4s¹3d⁵ voi ansaita jopa yhden tai kahden elektronin (Cr^1- ja Cr^2-) tai menettää heidät hankkimaan erilaisia ​​hapettumisnumeroita.

Jos kromi menettää elektronin, niin se olisi kuin [Ar] 4s⁰3d⁵; jos menetät kolme, [Ar] 4s⁰3d³; ja jos menetät ne kaikki, [Ar], tai mikä on sama, se olisi isoelektroninen argonille.

Kromi ei menetä tai saa elektroneja pelkällä kapriisilla: on oltava laji, joka lahjoittaa tai hyväksyy heidät siirtymään yhdestä hapetusnumerosta toiseen.

Kromilla on seuraavat hapetusnumerot: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 ja +6. Niistä +3, Cr³⁺, se on kaikkein vakain ja sen vuoksi kaikkien hallitseva; sen jälkeen +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 ja 0)

On hyvin epätodennäköistä, että kromi saa elektroneja, koska se on metalli, ja siksi sen luonne on lahjoittaa ne. Se voidaan kuitenkin koordinoida ligandien, eli molekyylien kanssa, jotka ovat vuorovaikutuksessa metallikeskuksen kanssa datiivin linkin kautta.

Yksi tunnetuimmista on hiilimonoksidi (CO), joka muodostaa kromin heksakarbonyyliyhdisteen.

Tällä yhdisteellä on molekyylikaava Cr (CO)₆, ja koska ligandit ovat neutraaleja eivätkä anna mitään varausta, Cr: n hapettumisnumero on 0.

Tämä voidaan havaita myös muissa organometallisissa yhdisteissä, kuten bis (bentseeni) kromissa. Jälkimmäisessä kromia ympäröi kaksi bentseenirengasta sandwich-tyyppisessä molekyylirakenteessa:

Näistä kahdesta organometallisesta yhdisteestä voi syntyä monia muita Cr (0).

Suoloja on havaittu, jos ne ovat vuorovaikutuksessa natriumkationien kanssa, mikä tarkoittaa, että Cr: llä on oltava negatiivinen hapetusnumero positiivisten varausten houkuttelemiseksi: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] ja Cr (-1), Na₂[Kr₂(CO)₁₀].

Cr (I) ja Cr (II)

Cr (I) tai Cr¹⁺ se tuotetaan juuri kuvattujen organometalliyhdisteiden hapetuksella. Tämä saavutetaan hapettamalla ligandeja, kuten CN tai NO, jolloin muodostuu esimerkiksi yhdiste K₃[Cr (CN)₅NO].

Tässä on se, että meillä on kolme K-kationia⁺ tarkoittaa, että kromikompleksilla on kolme negatiivista varausta; samoin CN-ligandi^- sisältää viisi negatiivista maksua, joten Cr: n ja NO: n välillä on lisättävä kaksi positiivista maksua (-5 + 2 = -3).

Jos NO on neutraali, se on Cr (II), mutta sillä on positiivinen varaus (NO⁺), on tässä tapauksessa Cr (I).

Toisaalta Cr (II): n yhdisteet ovat runsaampia, joista seuraavat ovat: kromi (II) kloridi (CrCl₂), kromiasetaatti (Cr₂(O₂CCH₃)₄), kromi (II) oksidi (CrO), kromi (II) sulfidi (CrS) ja muut.

Cr (III)

Kaiken kaikkiaan se on suurempi vakavuus, koska se on itse asiassa monien kromaattionien hapetusreaktioiden tuote. Ehkä sen vakavuus johtuu sen sähköisestä kokoonpanosta³, jossa kolme elektronia vie kolme d alemman energian orbitaalia verrattuna kahteen muuhun energisempään (avautuvat d orbitaalit).

Tämän hapettumisnumeron edustavin yhdiste on kromi (III) oksidi (Cr₂O₃). Riippuen sen koordinoiduista ligandeista, monimutkainen näyttää yhden värin tai toisen. Esimerkkejä näistä yhdisteistä ovat: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CRF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, etc.

Vaikka kemiallinen kaava ei näytä sitä ensi silmäyksellä, kromissa on yleensä oktaedraalinen koordinaatiokenttä kompleksissaan; se on se, että se sijaitsee oktaedronin keskellä, jossa sen pisteet ovat sijoitettuja ligandeja (yhteensä kuusi).

Cr (IV) ja Cr (V)

Yhdisteet, joissa Cr osallistuu⁵⁺ ne ovat hyvin vähäisiä mainitun atomin elektronisen epävakauden vuoksi, ja lisäksi se on helposti hapetettavissa Cr: ksi⁶⁺, paljon stabiilisempi, koska se on isoelektroninen argon-jalokaasun suhteen.

Cr (V) -yhdisteitä voidaan kuitenkin syntetisoida tietyissä olosuhteissa, kuten korkeassa paineessa. Lisäksi ne pyrkivät hajottamaan kohtuullisissa lämpötiloissa, mikä tekee niiden mahdolliset sovellukset mahdottomiksi, koska niillä ei ole lämmönkestävyyttä. Jotkut niistä ovat: CrF₅ ja K₃[Cr (O₂)₄] (O₂^2- on peroksidianioni).

Toisaalta Cr⁴⁺ Se on suhteellisen vakaa, koska se pystyy syntetisoimaan sen halogenoidut yhdisteet: CrF₄, CrCl₄ ja CrBr₄. Ne ovat kuitenkin alttiita hajoamiselle myös redoksireaktioilla, jolloin saadaan kromiatomeja, joilla on paremmat hapettumisnumerot (kuten +3 tai +6)..

Cr (VI): kromaattidikromaattipari

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺  (Keltainen) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (oranssi)

Yllä oleva yhtälö vastaa kahden kromaattionin happo-dimerointia dikromaatin tuottamiseksi. PH: n vaihtelu aiheuttaa muutoksen vuorovaikutuksessa Cr: n metallikeskuksen ympärillä⁶⁺, myös liuoksen väristä (keltaisesta oranssiin tai päinvastoin). Dikromaatti koostuu sillasta O₃Cro-CrO₃.

Cr (VI): n yhdisteillä on ominaisuuksia, jotka ovat haitallisia ja jopa karsinogeenisia ihmiskeholle ja eläimille.

Miten? Tutkimukset osoittavat, että CrO-ionit₄^2- ne ylittävät solumembraanit sulfaatteja kuljettavien proteiinien vaikutuksesta (molemmilla ioneilla on itse asiassa samanlaiset koot).

Solujen pelkistävät aineet vähentävät Cr (VI): a Cr (III): ksi, joka kerääntyy koordinoimalla peruuttamattomasti makromolekyylien (kuten DNA: n) spesifisten kohtien kanssa..

Pilaantunut solu ylimääräisellä kromilla, tämä ei voi jättää pois mekanismin puuttuessa, joka kuljettaa sitä takaisin kalvojen läpi.

Chrome käyttää

Väriaineena tai pigmentteinä

Kromilla on laaja valikoima sovelluksia eri tyyppisten kankaiden väriaineista suojaaviin, jotka koristavat metalliosia kromiksi, joka voidaan tehdä puhtaalla metallilla tai Cr (III) -yhdisteillä tai Cr (VI).

Kromifluoridi (CrF)₃) käytetään esimerkiksi väriaineena villa- kankaille; kromisulfaatti (Kr₂(SO₄)₃) on tarkoitettu emalien, keramiikan, maalien, musteiden, lakkojen värjäykseen ja myös metallien kromaattiin; ja kromioksidi (Kr₂O₃) löytyy myös käytöstä, jossa sen viehättävä vihreä väri vaaditaan.

Siksi mikä tahansa voimakkaita värejä sisältävä kromimineraali voidaan suunnitella värjäämään rakennetta, mutta sen jälkeen syntyy se tosiasia, että mainitut yhdisteet ovat vaarallisia tai eivät ympäristöä tai yksilöiden terveyttä varten.

Itse asiassa sen myrkyllisiä ominaisuuksia käytetään puun ja muiden pintojen suojaamiseen hyönteisten hyökkäyksiltä.

Kromissa tai metallurgiassa

Samoin terästä lisätään pieniä määriä kromia hapettumisen estämiseksi ja sen kirkkauden parantamiseksi. Tämä johtuu siitä, että se kykenee muodostamaan harmaita karbideja (Cr₃C₂) erittäin kestävä reagoimaan ilman hapen kanssa.

Koska kromi voidaan kiillottaa kiiltävien pintojen saamiseksi, kromipinnoitettuina on sitten hopeaa ja värejä halvempana vaihtoehtona näihin tarkoituksiin.

ravinto-

Jotkut keskustelevat siitä, voidaanko kromia pitää keskeisenä tekijänä eli välttämättömänä päivittäisessä ruokavaliossa. Sitä esiintyy joissakin elintarvikkeissa hyvin pieninä pitoisuuksina, kuten vihreinä lehdinä ja tomaatteina.

Lisäksi on olemassa proteiinilisäaineita, jotka säätelevät insuliinin aktiivisuutta ja edistävät lihasten kasvua, kuten kromipolynisinaatin tapauksessa..

Missä se on?

Kromi löytyy monista mineraaleista ja jalokivistä, kuten rubiineista ja smaragdeista. Tärkein mineraali, josta kromi uutetaan, on kromiitti (MCr₂O₄), jossa M voi olla mikä tahansa muu metalli, johon kromioksidi liittyy. Nämä kaivokset ovat runsaasti Etelä-Afrikassa, Intiassa, Turkissa, Suomessa, Brasiliassa ja muissa maissa.

Jokaisella lähteellä on yksi tai useampi kromin variantti. Tällä tavoin syntyy jokaisen M: n (Fe, Mg, Mn, Zn jne.) Osalta erilainen kromimineraali.

Metallin uuttamiseksi on välttämätöntä vähentää mineraalia, toisin sanoen tehdä kromin metallisesta keskuksesta elektroneja pelkistimen vaikutuksesta. Tämä tehdään hiilellä tai alumiinilla:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Myös kromiitti löytyy (PbCrO₄).

Yleensä missä tahansa mineraalissa, jossa Cr-ioni³⁺ voi korvata Al³⁺, molemmat, joilla on hieman samanlaiset ioniset säteet, muodostaa epäpuhtauden, joka johtaa toiseen luontaiseen lähteeseen tämän hämmästyttävän, mutta myrkyllisen metallin.

viittaukset

1. Tenenbaum E. kromi. Otettu: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Kromia. Otettu: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6. huhtikuuta 2018). Mitä eroa on Chrome ja Chromium? Otettu: thinkco.com
4. N.V. Mandich. (1995). Chromin kemia. [PDF]. Otettu: citeseerx.ist.psu.edu
5. Kemia LibreTexts. Chromin kemia. Otettu: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Chromin kemia ja jotkin niistä johtuvat analyyttiset ongelmat. Arvostellut: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Kromia. Otettu: chemistryexplained.com