- Характеристика та властивості
- Хром хімічна структура
- Номер окислення
- Cr (-2, -1 і 0)
- Cr (I) і Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) і Cr (V)
- Cr (VI): пара хромат-дихромат
- Використовує хром
- Як барвник або пігменти
- У хромі чи металургії
- Харчові
- Де це знаходиться?
- Список літератури
Хром (Cr) , являє собою металевий елемент групи VIB (6) періодичної таблиці. Тонни цього металу виробляються щорічно шляхом його вилучення з хромітного мінералу заліза або магнію (FeCr 2 O 4 , MgCr 2 O 4 ), які зводяться до вугілля для отримання металу. Він дуже реакційноздатний, і лише в дуже скорочуючих умовах він знаходиться в чистому вигляді.
Його назва походить від грецького слова «chroma», що означає колір. Таку назву вона отримала через безліч та інтенсивних кольорів, що проявляються сполуками хрому, неорганічними чи органічними; від чорних твердих речовин або розчинів до жовтого, помаранчевого, зеленого, фіолетового, синього та червоного.
Хромовий крокодил. Срібний крокодиловий хром металевий алігатор. Джерело: Maxpixel
Однак колір металевого хрому та його карбідів сріблясто-сіруватий. Ця характеристика використовується в техніці хромування, щоб надати багатьом спорудам срібні блискітки (як ті, що видно у крокодила на зображенні вище). Таким чином, при купанні з хромом шматочки надають блиску та великій стійкості до корозії.
Хром у розчині швидко реагує з киснем у повітрі з утворенням оксидів. Залежно від рН та окислювальних умов середовища він може набувати різного числа окислення, причому (III) (Cr 3+ ) є найбільш стійким із усіх. Отже, оксид зеленого (III) хрому (Cr 2 O 3 ) є найбільш стійким з його оксидів.
Ці оксиди можуть взаємодіяти з іншими металами в навколишньому середовищі, викликаючи, наприклад, пігмент сибірського червоного свинцю (PbCrO 4 ). Цей пігмент є жовто-помаранчевим або червоним (за його лужністю), і з нього французький вчений Луї Ніколя Вокелін виділив металеву мідь, саме тому він удостоєний її відкривача.
Його мінерали та оксиди, а також крихітна порція металевої міді роблять цей елемент №22 серед найпоширеніших у земній корі.
Хімія хрому дуже різноманітна, оскільки може утворювати зв’язки майже з усією цілою періодичною таблицею. Кожна його сполука проявляє кольори, які залежать від кількості окислення, а також видів, які взаємодіють з нею. Так само він утворює зв’язки з вуглецем, втручаючись у велику кількість металоорганічних сполук.
Характеристика та властивості
Хром - це сріблястий метал у чистому вигляді з атомним числом 24 і молекулярною масою приблизно 52 г / моль ( 52 Cr, його найбільш стійкий ізотоп).
Враховуючи міцні металеві зв’язки, він має високі температури плавлення (1907 ºC) і температури кипіння (2671 ºC). Також його кристалічна структура робить його дуже щільним металом (7,19 г / мл).
Він не реагує з водою з утворенням гідроксидів, але реагує з кислотами. Він окислюється киснем у повітрі, загалом утворюючи оксид хрому, який є широко використовуваним зеленим пігментом.
Ці оксидні шари створюють, як відомо, пасивацію, захищаючи метал від подальшої корозії, оскільки кисень не може проникнути в металевий синус.
Його електронна конфігурація становить 4s 1 3d 5 , при цьому всі електрони не мають парних, а отже, він має парамагнітні властивості. Однак спаровування електронних віджимів може статися, якщо метал піддається низьким температурам, набуваючи інших властивостей, таких як антиферромагнетизм.
Хром хімічна структура
За оригінальними PNG від Daniel Mayer, DrBob, відстежуються в Inkscape користувачем: Stannered (Crystal stucture), через Wikimedia Commons
Яка структура хромованого металу? У чистому вигляді хром набуває кубічну кристалічну структуру, орієнтовану на тіло (куб. См. Або ОЦК). Це означає, що атом хрому розташований у центрі куба, краї якого зайняті іншими хромами (як на зображенні вище).
Ця структура відповідає за хром, що має високі температури плавлення і кипіння, а також високу твердість. Атоми міді перекривають свої s і d орбіталі, утворюючи смуги провідності відповідно до теорії смуг.
Таким чином, обидві смуги наполовину заповнені. Чому? Оскільки його електронна конфігурація дорівнює 4s 1 3d 5 і в якості орбіталі s може розміщуватися два електрона, а d орбіталі - десять. Тоді лише половина смуг, утворених їх перекриттями, зайнята електронами.
За допомогою цих двох поглядів - кристалічної структури та металевої зв'язку - багато фізичних властивостей цього металу можна пояснити теоретично. Однак жодне з них не пояснює, чому хром може мати різні стани або кількості окислення.
Це вимагало б глибокого розуміння стабільності атома щодо електронних спінів.
Номер окислення
Оскільки конфігурація електрону хрому становить 4s 1 3d 5, він може набрати до одного або двох електронів (Cr 1– і Cr 2– ), або втратити їх, щоб отримати різні окислювальні числа.
Таким чином, якщо хром втрачає електрон, це було б 4s 0 3d 5 ; якщо він програє три, 4s 0 3d 3 ; і якщо вона втратить усіх, або те, що те саме, було б ізоелектронним до аргону.
Хром не втрачає і не набирає електронів простим примхом: має бути вид, який дарує або приймає їх, щоб перейти від одного окислювального номера до іншого.
Хром має такі окислювальні номери: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 і +6. З них +3, Cr 3+ є найбільш стійким і тому переважає з усіх; далі +6, Cr 6+ .
Cr (-2, -1 і 0)
Хром навряд чи здобуде електрони, оскільки це метал, і тому його природа полягає в їх пожертвуванні. Однак він може координувати ліганди, тобто молекули, які взаємодіють з металевим центром через дативну зв’язок.
Одним з найвідоміших є оксид вуглецю (СО), який утворює гексакарбонільне з'єднання хрому.
Ця сполука має молекулярну формулу Cr (CO) 6 , і оскільки ліганди є нейтральними і не дають ніякого заряду, то Cr має окислювальне число 0.
Це також можна спостерігати в інших органометалічних сполуках, таких як біс (бензол) хром. В останньому хром оточений двома бензольними кільцями молекулярної структури, подібної до сендвіча:
Автор Бен Міллз, з Вікісховища
Багато цих Cr (0) сполук можуть виникати з цих двох металоорганічних сполук.
Були знайдені солі там, де вони взаємодіють з катіонами натрію, що означає, що Cr повинен мати негативне число окислення для залучення позитивних зарядів: Cr (-2), Na 2 і Cr (-1), Na 2 .
Cr (I) і Cr (II)
Cr (I) або Cr 1+ утворюється шляхом окислення щойно описаних органометалічних сполук. Це досягається окисленням лігандів, таких як CN або NO, утворюючи, таким чином, з'єднання K 3 .
Тут факт, що існує три катіони К +, означає, що хромний комплекс має три негативні заряди; так само ліганд CN - вносить п’ять негативних зарядів, так що між Cr і NO вони повинні додавати два позитивних заряди (-5 + 2 = -3).
Якщо NO нейтральний, то це Cr (II), але якщо він має позитивний заряд (NO + ), то це Cr (I).
З іншого боку, сполуки Cr (II) є більш рясними, серед них такі: хром (II) хлорид (CrCl 2 ), ацетат хрому (Cr 2 (O 2 CCH 3 ) 4 ), оксид хрому ( II) (CrO), сульфід хрому (II) (CrS) тощо.
Cr (III)
З-поміж усіх він є найбільшою стійкістю, оскільки насправді є продуктом багатьох окислювальних реакцій хроматних іонів. Можливо, його стабільність пояснюється його електронною конфігурацією d 3 , в якій три електрона займають три орбіталі нижчої енергії порівняно з іншими двома енергетичними (подвоєння d-орбіти).
Найбільш репрезентативною сполукою цього окислювального числа є оксид хрому (III) (Cr 2 O 3 ). Залежно від лігандів, що координують його, комплекс буде проявляти той чи інший колір. Прикладами цих сполук є: Cl, Cr (OH) 3 , CrF 3 , 3+ тощо.
Хоча хімічна формула не демонструє її з першого погляду, хром зазвичай має в своїх комплексах восьмигранну координаційну сферу; тобто він знаходиться в центрі октаедра, де його вершини розташовані лігандами (загалом шість).
Cr (IV) і Cr (V)
Сполук, в яких бере участь Cr 5+ , дуже мало, внаслідок електронної нестабільності зазначеного атома, крім того, що він легко окислюється до Cr 6+ , набагато стійкіший, оскільки є ізоелектронним по відношенню до аргонового благородного газу.
Однак Cr (V) сполуки можуть бути синтезовані за певних умов, таких як високий тиск. Так само вони мають тенденцію до розкладання при помірних температурах, що робить можливим їх застосування, оскільки вони не мають термостійкості. Деякі з них: CrF 5 і K 3 (O 2 2- - аніон пероксиду).
З іншого боку, Cr 4+ є відносно більш стійким, здатним синтезувати його галогеновані сполуки: CrF 4 , CrCl 4 і CrBr 4 . Однак вони також чутливі до їх розкладання шляхом окислювально-відновних реакцій для отримання атомів хрому з кращим числом окислення (наприклад, +3 або +6).
Cr (VI): пара хромат-дихромат
2 2- + 2H + (жовтий) => 2- + H 2 O (помаранчевий)
Наведене рівняння відповідає кислотній димеризації двох хроматних іонів для отримання дихромату. Коливання рН викликає зміну взаємодій навколо металевого центру Cr 6+ , що також проявляється в кольорі розчину (від жовтого до помаранчевого чи навпаки). Дихромат складається з моста O 3 Cr-O-CrO 3 .
Cr (VI) сполуки мають властивості бути шкідливими і навіть канцерогенними для людського організму та тварин.
Як? Дослідження стверджують, що іони CrO 4 2- перехрещуються клітинними мембранами під дією білків, що транспортують сульфат (обидва іони насправді однакові за розміром).
Відновлюючі агенти всередині клітин знижують Cr (VI) до Cr (III), який накопичується незворотно координуючись на конкретні ділянки макромолекул (таких як ДНК).
Після того, як клітина забруднена надлишком хрому, вона не може покинути через відсутність механізму, який транспортує її назад через мембрани.
Використовує хром
Як барвник або пігменти
Хром має широкий спектр застосування: від барвника для різних типів тканин, до протектора, який прикрашає металеві деталі, як відомо, як хромування, який може бути виготовлений з чистого металу, або з сполук Cr (III) або Кр (VI).
Наприклад, фторид хрому (CrF 3 ) використовується як барвник для вовняних тканин; хромовий сульфат (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), використовується для фарбування емалей, кераміки, фарб, фарб, лаків, а також служить для хромування металів; і оксид хрому (Cr 2 O 3 ) також знаходить застосування там, де потрібен його привабливий зелений колір.
Тому будь-який хромовий мінерал з інтенсивними кольорами може бути призначений для фарбування структури, але після цього виникає факт, небезпечні ці сполуки чи не для навколишнього середовища чи для здоров’я людей.
Насправді його отруйні властивості використовуються для збереження деревини та інших поверхонь від нападу комах.
У хромі чи металургії
Невеликі кількості хрому також додаються до сталі, щоб посилити її проти окислення та поліпшити її блиск. Це пов’язано з тим, що він здатний утворювати сіруваті карбіди (Cr 3 C 2 ), які дуже стійкі при взаємодії з киснем у повітрі.
Оскільки хром може бути відполірований до глянцевих поверхонь, то хром, таким чином, пропонує сріблясті конструкції та кольори як більш дешеву альтернативу для цих цілей.
Харчові
Деякі дискутують, чи можна вважати хром важливим елементом, тобто незамінним у щоденному раціоні. Він присутній в деяких продуктах харчування в дуже малих концентраціях, таких як зелене листя і помідори.
Так само існують білкові добавки, які регулюють активність інсуліну та сприяють росту м’язів, як це стосується полінікотинат хрому.
Де це знаходиться?
Джерело: Піксабай
Хром міститься в найрізноманітніших мінералах і дорогоцінних каменях, таких як рубіни і смарагди. Основним мінералом, з якого добувають хром, є хроміт (MCr 2 O 4 ), де М може бути будь-яким іншим металом, з яким пов'язаний оксид хрому. Ці міни мають багато в Південній Африці, Індії, Туреччині, Фінляндії, Бразилії та інших країнах.
Кожне джерело має один або кілька варіантів хроміту. Таким чином, для кожного М (Fe, Mg, Mn, Zn тощо) виникає різний мінерал хрому.
Для вилучення металу необхідно зменшити мінерал, тобто зробити так, щоб центр металу металу хрому набирав електрони дією відновника. Це робиться з вуглецем або алюмінієм:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO
Також зустрічається хроміт (PbCrO 4 ).
Як правило, у будь-якому мінералі, де іон Cr 3+ може замінити Al 3+ , як з дещо схожими іонними радіусами, він є домішкою, що призводить до іншого природного джерела цього дивовижного, але шкідливого металу.
Список літератури
- Тененбаум Е. Хром. Взято з: chemistry.pomona.edu
- Вікіпедія. (2018). Хром. Взято з: en.wikipedia.org
- Енн Марі Гельменстін, к.т.н. (6 квітня 2018 р.). Яка різниця між Chrome і Chromium? Взято з: thinkco.com
- Н. В. Мандич. (дев'ятнадцять дев'яносто п’ять). Хімія хрому. . Взято з: citeseerx.ist.psu.edu
- Хімія LibreTexts. Хімія хрому. Взято з: chem.libretexts.org
- Саул 1. Шупак. (1991). Хімія хрому та деякі виникаючі аналітичні проблеми. Переглянуто з: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). Хром. Взято з: chemistryexplained.com