Thuộc tính, đặc điểm và công dụng của crom



các chrome (Cr) là một nguyên tố kim loại thuộc nhóm 6 (VIB) của bảng tuần hoàn. Hàng năm, hàng tấn kim loại này được sản xuất bằng cách chiết xuất quặng sắt crôm hoặc quặng magiê (FeCr2Ôi4, MgCr2Ôi4), được khử bằng than để thu được kim loại. Nó rất dễ phản ứng, và chỉ trong điều kiện rất giảm là nó ở dạng nguyên chất.

Tên của nó bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp 'chroma', có nghĩa là màu sắc. Nó được đặt tên này vì màu sắc đa dạng và mãnh liệt được thể hiện bởi các hợp chất crom, dù là vô cơ hay hữu cơ; từ chất rắn hoặc dung dịch màu đen, đến màu vàng, cam, xanh lá cây, tím, xanh dương và đỏ.

Tuy nhiên, màu của crôm kim loại và các cacbua của nó là màu xám bạc. Tính năng này được sử dụng trong kỹ thuật chrome để tạo ra nhiều cấu trúc nhấp nháy màu bạc (chẳng hạn như những gì nhìn thấy ở cá sấu trong hình trên). Do đó, "tắm với chrome" cho các mảnh được tạo độ sáng và khả năng chống ăn mòn lớn.

Crom trong dung dịch phản ứng nhanh với oxy trong không khí tạo thành các oxit. Tùy thuộc vào độ pH và điều kiện oxy hóa của môi trường, các số oxy hóa khác nhau có thể thu được, với (III) (Cr3+) ổn định nhất trong tất cả. Kết quả là oxit crom (III) (Cr2Ôi3) màu xanh lục là bền nhất trong các oxit của nó.

Các oxit này có thể tương tác với các kim loại khác trong môi trường, ví dụ, sắc tố chì đỏ Siberia (PbCrO).4). Sắc tố này có màu vàng cam hoặc đỏ (theo độ kiềm của nó), và từ đó, nhà khoa học người Pháp Louis Nicolas Vauquelin đã phân lập đồng kim loại, đó là lý do tại sao nó được trao giải là người phát hiện ra nó.

Khoáng chất và oxit của nó, cũng như một phần nhỏ của đồng kim loại, làm cho nguyên tố này chiếm phần lớn thứ 22 trong lớp vỏ trái đất.

Hóa học của crom rất đa dạng vì nó có thể tạo thành liên kết với gần như toàn bộ bảng tuần hoàn. Mỗi hợp chất của nó thể hiện màu sắc phụ thuộc vào số lượng oxy hóa, cũng như các loài tương tác với nó. Nó cũng hình thành liên kết với carbon, can thiệp vào một số lượng lớn các hợp chất organometallic.

[TOC]

Đặc điểm và tính chất

Chromium là một kim loại bạc ở dạng nguyên chất, có số nguyên tử là 24 và trọng lượng phân tử khoảng 52 g / mol (52Cr, đồng vị ổn định nhất của nó).

Với các liên kết kim loại mạnh, nó có điểm nóng chảy cao (1907 ° C) và sôi (2671 ° C). Ngoài ra, cấu trúc tinh thể của nó làm cho nó trở thành một kim loại rất đậm đặc (7,19 g / mL).

Nó không phản ứng với nước để tạo thành hydroxit, nhưng nó phản ứng với axit. Nó được oxy hóa bằng oxy từ không khí, thường tạo ra oxit cromic, là một sắc tố màu xanh lá cây được sử dụng rộng rãi..

Những lớp oxit này tạo ra cái được gọi là thụ động, bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn thêm, vì oxy không thể xâm nhập vào xoang kim loại.

Cấu hình điện tử của nó là [Ar] 4s13d5, với tất cả các electron không ghép cặp, và do đó, thể hiện tính chất thuận từ. Tuy nhiên, việc ghép các spin điện tử có thể xảy ra nếu kim loại chịu nhiệt độ thấp, có được các tính chất khác như antiferromagnetism..

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm và tính chất
  • 2 Cấu trúc hóa học của crom
  • 3 số oxi hóa
    • 3,1 Cr (-2, -1 và 0)
    • 3.2 Cr (I) và Cr (II)
    • 3,3 Cr (III)
    • 3,4 Cr (IV) và Cr (V)
    • 3.5 Cr (VI): cặp cromat-dichromate
  • 4 Công dụng của crom
    • 4.1 Làm thuốc nhuộm hoặc bột màu
    • 4.2 Trong chrome hoặc luyện kim
    • 4.3 Dinh dưỡng
  • 5 bạn ở đâu?
  • 6 tài liệu tham khảo

Cấu trúc hóa học của crom

Cấu trúc của kim loại crom là gì? Ở dạng nguyên chất, crom sử dụng cấu trúc tinh thể hình khối tập trung vào cơ thể (cc hoặc bcc, viết tắt bằng tiếng Anh). Điều này có nghĩa là nguyên tử crom nằm ở trung tâm của một khối lập phương, có các cạnh bị chiếm bởi các nhiễm sắc thể khác (như trong hình trên).

Cấu trúc này chịu trách nhiệm cho crom có ​​điểm nóng chảy và sôi cao, cũng như độ cứng cao. Các nguyên tử đồng chồng lên các quỹ đạo s và d của chúng để tạo thành các dải dẫn theo lý thuyết dải.

Như vậy, cả hai ban nhạc đều đầy một nửa. Tại sao? Bởi vì cấu hình điện tử của nó là [Ar] 4s13d5 và làm thế nào các quỹ đạo có thể giữ hai electron và quỹ đạo d mười. Sau đó, chỉ một nửa các dải được hình thành bởi sự chồng chéo của chúng bị chiếm bởi các electron.

Với hai quan điểm này - cấu trúc tinh thể và liên kết kim loại - nhiều tính chất vật lý của kim loại này có thể được giải thích trên lý thuyết. Tuy nhiên, không giải thích tại sao crom có ​​thể có một số trạng thái hoặc số oxy hóa.

Điều này đòi hỏi một sự hiểu biết sâu sắc về sự ổn định của nguyên tử đối với các spin điện tử.

Số oxy hóa

Bởi vì cấu hình điện tử của crom là [Ar] 4s13d5 có thể kiếm tới một hoặc hai electron (Cr1- và Cr2-) hoặc mất chúng để thu được các số oxi hóa khác nhau.

Do đó, nếu crom mất một điện tử, nó sẽ giống như [Ar] 4s03d5; nếu bạn mất ba, [Ar] 4s03d3; và nếu bạn mất tất cả, [Ar], hoặc cái gì giống nhau, nó sẽ là đẳng cấp đối với argon.

Chromium không bị mất hoặc thu được điện tử chỉ bằng caprice: phải có một loài tặng hoặc chấp nhận chúng đi từ số oxy hóa này sang số khác.

Chromium có các số oxy hóa sau: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 và +6. Trong số họ, 3, Cr3+, nó là ổn định nhất và do đó chiếm ưu thế nhất trong tất cả; theo sau là +6, Cr6+.

Cr (-2, -1 và 0)

Rất khó có khả năng crôm sẽ thu được điện tử, vì nó là kim loại, và do đó bản chất của nó là tặng chúng. Tuy nhiên, nó có thể được phối hợp với các phối tử, nghĩa là các phân tử tương tác với trung tâm kim loại thông qua một liên kết lặn.

Một trong những chất được biết đến nhiều nhất là carbon monoxide (CO), tạo thành hợp chất hexacarbonyl của crom.

Hợp chất này có công thức phân tử Cr (CO)6, và vì các phối tử là trung tính và không cung cấp bất kỳ điện tích nào, nên Cr có số oxi hóa là 0.

Điều này cũng có thể được quan sát trong các hợp chất organometallic khác như crom bis (benzen). Sau đó, crom được bao quanh bởi hai vòng benzen trong cấu trúc phân tử kiểu bánh sandwich:

Trong số hai hợp chất organometallic này có thể phát sinh nhiều loại khác của Cr (0).

Các muối đã được tìm thấy nơi chúng tương tác với các cation natri, ngụ ý rằng Cr phải có số oxi hóa âm để thu hút các điện tích dương: Cr (-2), Na2[Cr (CO)5] và Cr (-1), Na2[Cr2(CO)10].

Cr (I) và Cr (II)

Cr (I) hoặc Cr1+ nó được tạo ra bởi quá trình oxy hóa các hợp chất organometallic vừa mô tả. Điều này đạt được bằng cách oxy hóa các phối tử, chẳng hạn như CN hoặc NO, do đó hình thành, ví dụ, hợp chất K3[Cr (CN)5KHÔNG].

Đây là thực tế có ba cation K+ ngụ ý rằng phức hợp crom có ​​ba điện tích âm; tương tự như phối tử CN- cung cấp năm điện tích âm, sao cho giữa Cr và NO phải thêm hai điện tích dương (-5 + 2 = -3).

Nếu NO là trung tính, thì đó là Cr (II), nhưng nó có điện tích dương (NO+), là trong trường hợp đó Cr (I).

Mặt khác, các hợp chất của Cr (II) có nhiều hơn, là những chất sau đây: clorua crom (II) (CrCl2), axetat crom (Cr2(Hoặc2CCH3)4), crôm (II) oxit (CrO), crôm (II) sunfua (CrS) và các loại khác.

Cr (III)

Trong tất cả, nó là một trong những chất ổn định cao hơn, vì thực tế nó là sản phẩm của nhiều phản ứng oxy hóa của các ion cromat. Có lẽ sự ổn định của nó là do cấu hình điện tử của nó3, trong đó ba electron chiếm ba d quỹ đạo có năng lượng thấp hơn so với hai quỹ đạo năng lượng khác (mở ra quỹ đạo d).

Hợp chất đại diện nhất của số oxy hóa này là oxit crom (III) (Cr2Ôi3). Tùy thuộc vào các phối tử được phối hợp với nó, phức chất sẽ hiển thị màu này hay màu khác. Ví dụ về các hợp chất này là: [CrCl2(H2Ô)4] Cl, Cr (OH)3, CrF3, [Cr (H2Ô)6]3+, v.v..

Mặc dù công thức hóa học không thể hiện nó ngay từ cái nhìn đầu tiên, nhưng crom thường có hình cầu phối trí bát diện trong các phức chất của nó; nghĩa là, nó nằm ở trung tâm của một khối bát diện nơi các đỉnh của nó được định vị các phối tử (tổng cộng sáu).

Cr (IV) và Cr (V)

Các hợp chất mà Cr tham gia5+ chúng rất ít, do tính không ổn định điện tử của nguyên tử nói trên, bên cạnh đó nó dễ bị oxy hóa thành Cr6+, ổn định hơn nhiều bằng cách đẳng áp đối với khí argon.

Tuy nhiên, các hợp chất Cr (V) có thể được tổng hợp trong một số điều kiện nhất định, chẳng hạn như áp suất cao. Ngoài ra, chúng có xu hướng phân hủy ở nhiệt độ vừa phải, điều này khiến các ứng dụng khả thi của chúng không thể thực hiện được vì chúng không có khả năng chịu nhiệt. Một số trong số họ là: CrF5 và K3[Cr (O2)4] (chữ O22- là anion peroxide).

Mặt khác, Cr4+ Nó tương đối ổn định hơn, có thể tổng hợp các hợp chất halogen của nó: CrF4, CrCl4 và CrBr4. Tuy nhiên, chúng cũng dễ bị phân hủy bởi các phản ứng oxi hóa khử để tạo ra các nguyên tử crom có ​​số oxi hóa tốt hơn (như +3 hoặc +6).

Cr (VI): cặp cromat-dichromate

2 [CrO4]2- + 2 giờ+  (Vàng) => [Cr2Ôi7]2- + H2Ô (màu cam)

Phương trình trên tương ứng với quá trình khử axit của hai ion cromat để tạo ra dichromate. Sự thay đổi của pH gây ra sự thay đổi trong các tương tác xung quanh trung tâm kim loại của Cr6+, cũng được chứng minh bằng màu của dung dịch (từ màu vàng sang màu cam hoặc ngược lại). Dichromate bao gồm một cây cầu O3Cr-O-CrO3.

Các hợp chất của Cr (VI) có đặc tính gây hại và thậm chí gây ung thư cho cơ thể người và động vật.

Thế nào? Các nghiên cứu cho rằng các ion CrO42- chúng xuyên qua màng tế bào nhờ tác động của các protein vận chuyển sunfat (cả hai ion trên thực tế có kích thước tương tự nhau).

Các chất khử trong các tế bào làm giảm Cr (VI) thành Cr (III), được tích lũy bằng cách phối hợp không thể đảo ngược với các vị trí cụ thể của các đại phân tử (như DNA).

Ô nhiễm tế bào bởi sự dư thừa của crom, cái này không thể rời khỏi do thiếu cơ chế vận chuyển trở lại qua màng.

Sử dụng Chrome

Làm thuốc nhuộm hoặc bột màu

Chromium có nhiều ứng dụng, từ nhuộm cho các loại vải khác nhau, đến bảo vệ làm nổi bật các bộ phận kim loại trong cái được gọi là chrome, có thể được thực hiện bằng kim loại nguyên chất hoặc với các hợp chất của Cr (III) hoặc Cr (VI).

Chromic florua (CrF)3), ví dụ, được sử dụng làm chất tạo màu cho vải len; sunfat crom (Cr2(SO4)3), được dùng để tô màu men, gốm sứ, sơn, mực, vecni, và cũng phục vụ cho kim loại cromat; và oxit cromic (Cr2Ôi3) cũng tìm thấy việc sử dụng khi yêu cầu màu xanh hấp dẫn của nó.

Do đó, bất kỳ khoáng chất crom nào có màu sắc rực rỡ đều có thể được định sẵn để nhuộm một cấu trúc, nhưng sau đó phát sinh thực tế nếu các hợp chất nói là nguy hiểm hay không đối với môi trường hoặc sức khỏe của các cá nhân.

Trên thực tế, tính chất độc của nó được sử dụng để bảo tồn gỗ và các bề mặt khác khỏi sự tấn công của côn trùng.

Trong mạ crôm hoặc luyện kim

Tương tự như vậy, một lượng nhỏ crôm được thêm vào thép để tăng cường chống lại quá trình oxy hóa và cải thiện độ sáng của nó. Điều này là do nó có khả năng hình thành các cacbua xám (Cr3C2) rất bền để phản ứng với oxy trong không khí.

Bởi vì chrome có thể được đánh bóng để có được bề mặt sáng bóng, mạ crôm sau đó có thiết kế và màu bạc như một sự thay thế rẻ hơn cho các mục đích này.

Dinh dưỡng

Một số tranh luận về việc liệu crom có ​​thể được coi là một yếu tố thiết yếu, nghĩa là không thể thiếu trong chế độ ăn uống hàng ngày. Nó có mặt trong một số thực phẩm ở nồng độ rất nhỏ, như lá xanh và cà chua.

Ngoài ra, có những chất bổ sung protein điều chỉnh hoạt động của insulin và thúc đẩy tăng trưởng cơ bắp, như trường hợp với crom polynicotinate..

Nó ở đâu?

Chromium được tìm thấy trong một lượng lớn các khoáng chất và đá quý như hồng ngọc và ngọc lục bảo. Khoáng vật chính mà crom được chiết xuất là crômit (MCr2Ôi4), trong đó M có thể là bất kỳ kim loại nào khác có liên kết oxit crom. Những mỏ này có rất nhiều ở Nam Phi, ở Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ, Phần Lan, Brazil và các nước khác.

Mỗi nguồn có một hoặc nhiều biến thể của crômit. Theo cách này, với mỗi M (Fe, Mg, Mn, Zn, v.v.), một khoáng chất crôm khác nhau phát sinh.

Để tách kim loại, cần phải giảm khoáng chất, nghĩa là tạo ra trung tâm kim loại của crom thu được electron bằng tác động của chất khử. Điều này được thực hiện với carbon hoặc nhôm:

FeCr2Ôi4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Ngoài ra, crôm được tìm thấy (PbCrO4).

Thông thường, trong bất kỳ khoáng chất nơi ion Cr3+ có thể thay thế Al3+, cả hai đều có bán kính ion hơi giống nhau, tạo thành một tạp chất dẫn đến một nguồn tự nhiên khác của kim loại tuyệt vời, nhưng độc hại này.

Tài liệu tham khảo

  1. Tenenbaum E. Crom. Lấy từ: chem.pomona.edu
  2. Wikipedia. (2018). Crom Lấy từ: en.wikipedia.org
  3. Anne Marie Helmenstine, tiến sĩ (Ngày 6 tháng 4 năm 2018). Sự khác biệt giữa Chrome và Chromium là gì? Lấy từ: thinkco.com
  4. N.V. Mandich (1995). Hóa học của Crom. [PDF] Lấy từ: citeseerx.ist.psu.edu
  5. Hóa học LibreTexts. Hóa học của Crom. Lấy từ: chem.libretexts.org
  6. Saul 1. Shupack. (1991). Hóa học của Crom và một số vấn đề phân tích kết quả. Được đánh giá bởi: ncbi.nlm.nih.gov
  7. Advameg, Inc. (2018). Crom Lấy từ: chemexplained.com