Lastnosti, lastnosti in uporabe kroma

The krom (Cr) je kovinski element skupine 6 (VIB) periodnega sistema. Letno se toni te kovine proizvajajo z ekstrakcijo kromitne železove rude ali magnezijeve rude (FeCr).₂O₄, MgCr₂O₄), ki se zmanjšajo s premogom za pridobivanje kovine. Je zelo reaktivna in le v zelo reduktivnih pogojih je v čisti obliki.

Ime izvira iz grške besede "chroma", kar pomeni barvo. To ime je dobilo zaradi večkratnih in intenzivnih barv, ki jih kažejo kromove spojine, bodisi anorganske ali organske; od trdnih ali črnih raztopin do rumene, oranžne, zelene, vijolične, modre in rdeče.

Vendar je barva kovinskega kroma in njegovih karbidov sivkasto srebrna. Ta značilnost se uporablja v tehniki kroma za izdelavo številnih strukturnih utripov srebra (kot so tisti, ki jih vidimo v krokodilu na zgornji sliki). Tako "kopanje s kromom" na koščke dobijo lesk in veliko odpornost proti koroziji.

Krom v raztopini hitro reagira s kisikom v zraku in tvori okside. Odvisno od pH in oksidativnih pogojev medija se lahko pridobijo različne oksidacijske številke, s (III) (Cr³⁺) najstabilnejši od vseh. Rezultat je kromov (III) oksid (Cr₂O₃) zelena barva je najbolj stabilna od svojih oksidov.

Ti oksidi lahko medsebojno delujejo z drugimi kovinami v okolju, ki izvirajo, na primer, iz sibirskega rdečega svinčenega pigmenta (PbCrO).₄). Ta pigment je rumeno-oranžen ali rdeč (glede na njegovo alkalnost), in od njega je francoski znanstvenik Louis Nicolas Vauquelin izoliral kovinski baker, zato je nagrajen kot njegov odkritelj..

S svojimi minerali in oksidi, kot tudi majhen del kovinskega bakra, ta element zavzema 22. najbolj razširjeno zemeljsko skorjo..

Kemija kroma je zelo raznolika, saj lahko oblikuje vezi s skoraj celotnim periodnim sistemom. Vsaka od njegovih spojin ima barve, ki so odvisne od števila oksidacij in vrst, ki z njimi delujejo. Oblikuje se tudi z ogljikom, ki posega v veliko število organokovinskih spojin.

[TOC]

Značilnosti in lastnosti

Krom je srebro v čisti obliki, z atomskim številom 24 in molekulsko maso približno 52 g / mol (⁵²Cr, njen najbolj stabilen izotop).

Glede na močne kovinske vezi ima visoke temperature taljenja (1907 ° C) in vrelišča (2671 ° C). Zaradi svoje kristalne sestave je zelo gosta kovina (7,19 g / ml)..

Ne reagira z vodo, da tvori hidrokside, vendar reagira s kislinami. Oksidira se s kisikom iz zraka, običajno proizvaja kromov oksid, ki je široko uporabljen zeleni pigment..

Te plasti oksida ustvarjajo tako imenovano pasivacija, zaščita kovine pred nadaljnjo korozijo, saj kisik ne more prodreti v kovinski sinus.

Njegova elektronska konfiguracija je [Ar] 4s¹3d⁵, pri čemer vsi elektroni niso parni in zato imajo paramagnetne lastnosti. Vendar pa se lahko spajanje elektronskih vrtljajev pojavi, če je kovina izpostavljena nizkim temperaturam in ima druge lastnosti, kot je antiferomagnetizem..

Indeks

• 1 Značilnosti in lastnosti
• 2 Kemijska struktura kroma
• 3 Oksidacijsko število
  • 3,1 Cr (-2, -1 in 0)
  • 3.2 Cr (I) in Cr (II)
  • 3,3 Cr (III)
  • 3,4 Cr (IV) in Cr (V)
  • 3,5 Cr (VI): par kromat-dikromat
• 4 Uporaba kroma
  • 4.1 Kot barvilo ali pigmenti
  • 4.2 Pri kromu ali metalurgiji
  • 4.3 Hranilna vrednost
• 5 Kje ste??
• 6 Reference

Kemijska struktura kroma

Kakšna je struktura kromove kovine? V svoji čisti obliki krom sprejme kubično kristalno strukturo s središčem na telesu (cc ali bcc, za akronim v angleščini). To pomeni, da se kromov atom nahaja v središču kocke, katere robovi so zasedeni z drugimi kromi (kot na sliki zgoraj)..

Ta struktura je odgovorna za visoke vsebnosti tališča in vrelišča kroma ter za visoko trdoto. Atomi bakra prekrivajo svoje s in d orbitale, da oblikujejo prevodne pasove po teoriji pasov.

Tako sta oba pasova pol polna. Zakaj? Ker je njegova elektronska konfiguracija [Ar] 4s¹3d⁵ in kako lahko orbita s drži dva elektrona, in orbitale d deset. Nato le polovica pasov, ki jih tvorijo prekrivanja, zasedajo elektroni.

S tema dvema perspektivama - kristalno strukturo in kovinsko vezjo - je mogoče teoretično razložiti številne fizikalne lastnosti te kovine. Vendar pa niti ne pojasnjuje, zakaj ima krom več oksidacijskih stanj ali številk.

To bi zahtevalo globoko razumevanje stabilnosti atoma glede na elektronske vrtljaje.

Oksidacijsko število

Ker je elektronska konfiguracija kroma [Ar] 4s¹3d⁵ lahko zasluži do enega ali dveh elektronov (Cr^1- in Cr^2-), ali pa jih izgubite, da pridobijo različne oksidacijske številke.

Če bi krom izgubil elektron, bi bil podoben [Ar] 4s⁰3d⁵; če izgubite tri, [Ar] 4s⁰3d³; in če jih izgubite vse, [Ar] ali kaj je isto, bi bilo to izoelektronsko za argon.

Krom ne izgublja ali pridobiva elektronov zgolj s kapricami: obstajati mora vrsta, ki jih darovati ali sprejeti za prehod z ene oksidacijske številke na drugo..

Krom ima naslednje oksidacijske številke: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 in +6. Od njih je +3, Cr³⁺, je najbolj stabilna in zato prevladuje od vseh; sledi +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 in 0)

Malo je verjetno, da bo krom pridobil elektrone, ker je kovina, zato je njihova narava darovati. Vendar pa je lahko usklajen z ligandi, to je z molekulami, ki medsebojno delujejo s kovinskim centrom preko dativne povezave.

Eden od najbolj znanih je ogljikov monoksid (CO), ki tvori heksakarbonilno spojino kroma.

Ta spojina ima molekulsko formulo Cr (CO)₆, in ker so ligandi nevtralni in ne zagotavljajo nobenega naboja, ima Cr oksidacijsko število 0.

To lahko opazimo tudi pri drugih organokovinskih spojinah, kot je bis (benzen) krom. V slednjem je krom obdan z dvema benzenskima obročema v molekularni strukturi tipa sendvič:

Od teh dveh organokovinskih spojin lahko nastanejo številne druge Cr (0)..

Ugotovili smo, da so soli v interakciji z natrijevimi kationi, kar pomeni, da mora Cr imeti negativno oksidacijsko število, da pritegne pozitivne naboje: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅in Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) in Cr (II)

Cr (I) ali Cr¹⁺ proizvaja se z oksidacijo pravkar opisanih organokovinskih spojin. To se doseže z oksidiranjem ligandov, kot je CN ali NO, tako da se tvori npr. Spojina K₃[Cr (CN)₅NO].

Tukaj je dejstvo, da imamo tri K katione⁺ pomeni, da ima kromov kompleks tri negativne naboje; tudi ligand CN^- zagotavlja pet negativnih nabojev, tako da morajo med Cr in NO dodati dve pozitivni naboji (-5 + 2 = -3)..

Če je NO nevtralen, potem je Cr (II), vendar ima pozitivni naboj (NO.)⁺), je v tem primeru Cr (I).

Po drugi strani pa so spojine Cr (II) bolj bogate, med njimi so: krom (II) klorid (CrCl).₂), kromov acetat (Cr₂(Or₂CCH₃)₄), krom (II) oksid (CrO), krom (II) sulfid (CrS) in drugi.

Cr (III)

Od vsega je to večja stabilnost, ker je dejansko produkt mnogih oksidacijskih reakcij kromatnih ionov. Morda je njegova stabilnost posledica njegove elektronske konfiguracije³, v kateri trije elektroni zasedajo tri d orbitale z nižjo energijo v primerjavi z ostalima dvema energetskima (razstavljanje d orbital).

Najbolj značilna spojina te oksidacijske številke je kromov (III) oksid (Cr₂O₃). Glede na ligande, ki so z njim usklajeni, bo kompleks prikazal eno ali drugo barvo. Primeri teh spojin so: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, itd..

Čeprav kemijske formule ne kažejo na prvi pogled, ima krom v svojih kompleksih običajno oktaedrično koordinacijsko polje; se nahaja v središču oktaedra, kjer so njegova vozlišča postavljena na ligande (skupno šest).

Cr (IV) in Cr (V)

Spojine, kjer sodeluje Cr⁵⁺ zelo malo jih je zaradi elektronske nestabilnosti omenjenega atoma, poleg tega pa se zlahka oksidira v Cr⁶⁺, veliko bolj stabilen, ker je izoelektronski glede na argon plemeniti plin.

Vendar se lahko Cr (V) spojine sintetizirajo pod določenimi pogoji, kot je visok tlak. Prav tako se nagibajo k razgradnji pri zmernih temperaturah, zaradi česar je njihova možna uporaba nemogoča, ker nimajo toplotne odpornosti. Nekateri od njih so: CrF₅ in K₃[Cr (O₂)₄] (O₂^2- je peroksidni anion).

Po drugi strani pa Cr⁴⁺ Relativno je bolj stabilen, saj lahko sintetizira svoje halogenirane spojine: CrF₄, CrCl₄ in CrBr₄. Vendar pa so prav tako dovzetni za razgradnjo z redoks reakcijami za proizvodnjo atomov kroma z boljšimi oksidacijskimi številkami (npr. +3 ali +6)..

Cr (VI): par kromat-dikromat

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺  (Rumena) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (oranžna)

Zgornja enačba ustreza kislinski dimerizaciji dveh kromatnih ionov za tvorbo dikromata. Sprememba pH povzroči spremembo interakcij okoli kovinskega središča Cr⁶⁺, dokazana tudi v barvi raztopine (od rumene do oranžne ali obratno). Dichromate je sestavljen iz mostu O₃Cr-O-CrO₃.

Spojine Cr (VI) imajo lastnosti, da so škodljive in celo rakotvorne za človeško telo in živali.

Kako? Študije trdijo, da so ioni CrO₄^2- prečkajo celične membrane z delovanjem beljakovin, ki prenašajo sulfate (oba iona dejansko imata podobne velikosti).

Reducirna sredstva znotraj celic zmanjšajo Cr (VI) do Cr (III), ki se kopiči z nepovratnim usklajevanjem s specifičnimi mesti makromolekul (kot je DNA)..

Če je celica onesnažena s presežkom kroma, ta ne more zapustiti zaradi pomanjkanja mehanizma, ki ga prenaša nazaj skozi membrane..

Chrome uporablja

Kot barvilo ali pigmenti

Krom ima širok spekter uporabe, od barv za različne tipe tkanin, do zaščitnih, ki krasijo kovinske dele v tako imenovanem kromu, ki ga lahko naredimo s čisto kovino ali s spojinami Cr (III) ali Cr (VI).

Kromov fluorid (CrF)₃) se na primer uporablja kot barvilo za volnene tkanine; kromov sulfat (Cr₂(SO₄)₃), je namenjen barvanju emajlov, keramike, barv, črnil, lakov in služi tudi za kromatske kovine; in kromov oksid (Cr₂O₃) tudi najde uporabo tam, kjer je potrebna privlačna zelena barva.

Zato je lahko vsak kromov mineral z intenzivnimi barvami namenjen barvanju strukture, potem pa se pojavi dejstvo, da so navedene spojine nevarne ali ne za okolje ali za zdravje posameznikov..

Dejansko se njene strupene lastnosti uporabljajo za ohranjanje lesa in drugih površin pred napadom žuželk.

V kromirani ali metalurški industriji

Prav tako se jeklu dodajo majhne količine kroma, da se okrepi proti oksidaciji in izboljša njegova svetlost. To je zato, ker je sposobno tvoriti sivkaste karbide (Cr₃C₂) zelo odporna na reagiranje s kisikom v zraku.

Ker se krom lahko polira, da se dobijo sijoče površine, so kromirane, nato pa imajo srebrne vzorce in barve kot cenejšo alternativo za te namene..

Hranilna vrednost

Nekateri razpravljajo, ali se krom lahko šteje za bistveni element, ki je nepogrešljiv v dnevni prehrani. Prisotna je v nekaterih živilih v zelo majhnih koncentracijah, kot so zeleni listi in paradižniki.

Poleg tega obstajajo beljakovinski dodatki, ki uravnavajo aktivnost insulina in spodbujajo rast mišic, kot to velja za krom polinikotinat..

Kje je??

Krom najdemo v številnih mineralih in draguljih, kot so rubini in smaragdi. Glavni mineral, iz katerega se ekstrahira krom, je kromit (MCr₂O₄kjer je M lahko katerakoli druga kovina, s katero je povezan kromov oksid. Ti rudniki obilujejo v Južni Afriki, Indiji, Turčiji, na Finskem, v Braziliji in drugih državah.

Vsak vir ima eno ali več različic kromita. Na ta način se za vsak M (Fe, Mg, Mn, Zn, itd.) Pojavi drugačen kromov mineral.

Da bi izločili kovino, je potrebno zmanjšati mineral, to je, da bi kovinsko središče kroma pridobilo elektrone z delovanjem reducenta. To se izvede z ogljikom ali aluminijem:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Ugotovljen je tudi kromit (PbCrO₄).

Ponavadi v katerem koli mineralu, kjer je Cr³⁺ lahko nadomesti Al³⁺, oboje z nekoliko podobnimi ionskimi polmeri, predstavljajo nečistoto, ki povzroči drug naravni vir tega neverjetnega, vendar škodljivega, kovinskega.

Reference

1. Tenenbaum E. Krom. Vzeto iz: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedija. (2018). Krom Vzeto iz: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, dr. (6. april 2018). Kakšna je razlika med kromom in kromom? Vzeto iz: thoughtco.com
4. N.V. Mandich (1995). Kemija kroma. [PDF] Vzeto iz: citeseerx.ist.psu.edu
5. Kemija LibreTexts. Kemija kroma. Vzeto iz: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Kemija kroma in nekateri analitični problemi. Pregledal: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Krom Vzeto iz: chemistryexplained.com