Χρώμιο (Cr): χαρακτηριστικά, απόκτηση, εφαρμογές

Ο χρώμιο, ατομικός αριθμός 24, είναι ένα μεταβατικό μέταλλο που βρίσκεται στην ομάδα 6 του Περιοδικού Πίνακα. Το χρώμα του είναι γκριζωπό, αλλά είναι επίσης ένα πολύ γυαλιστερό μέταλλο. Υπάρχει κυρίως σε καταστάσεις οξείδωσης +2, +3 και +6 και έχει το χαρακτηριστικό ότι όλες οι ενώσεις του είναι έγχρωμες. Δεν είναι περίεργο που το όνομά του προέρχεται από τα ελληνικά χρωμα, που σημαίνει χρώμα.

Το στοιχείο αυτό λαμβάνεται μέσω του χρωμίτη και χρησιμοποιείται ευρέως στη μεταλλουργική βιομηχανία, στην παραγωγή ανοξείδωτου χάλυβα και άλλων ειδικών κραμάτων. Το χρώμιο μπορεί επίσης να επιμεταλλωθεί με ηλεκτρολυτική επίστρωση σε αντικείμενα, με ένα εφέ γνωστό ως επιχρωμίωση, το οποίο εγγυάται, εκτός από την ομορφιά, και μεγάλη χημική αντοχή. Οι ενώσεις χρωμίου χρησιμοποιούνται επίσης σε χρωστικές και βαφές, εκτός από πυρίμαχα υλικά.

Διαβάστε επίσης: Άφνιο — το μέταλλο μετάπτωσης που έχει ιδιότητες παρόμοιες με το ζιρκόνιο

περίληψη χρωμίου

• Το χρώμιο είναι ένα γκριζωπό, γυαλιστερό μέταλλο που ανοίγει την ομάδα 6 του Περιοδικός Πίνακας.

• Είναι πολύ ανθεκτικό στη διάβρωση και τη χημική προσβολή σε θερμοκρασία δωματίου.

• Παρουσιάζει κυρίως καταστάσεις οξείδωσης +2, +3 και +6.

• Όλες οι ενώσεις του έχουν χρώμα.

• Μπορεί να ληφθεί από χρωμίτη, FeCr₂Ο_4.

• Το εκμεταλλεύεται κυρίως η μεταλλουργική βιομηχανία, η οποία το χρησιμοποιεί στην κατασκευή του ανοξείδωτο ατσάλι.

• Ανακαλύφθηκε το 1797 από τον Γάλλο Louis Nicolas Vauquelin.

[pullicity_omnia]

ιδιότητες χρωμίου

• Σύμβολο: Cr.

• Ατομικός αριθμός: 24.

• Ατομική μάζα: 51,9961 κ.ε.

• Ηλεκτραρνητικότητα: 1,66.

• Σημείο σύντηξης: 1907°C.

• Σημείο βρασμού: 2671°C.

• Πυκνότητα: 7,15 γρ.εκ^-3 (στους 20°C).

• Ηλεκτρονική διαμόρφωση: [Αέρας] 4 δευτ¹ 3d⁵.

• Χημική Σειρά: ομάδα 6, Μetais μετάβαση.

χαρακτηριστικά χρωμίου

Το χρώμιο, ατομικός αριθμός 24, είναι α μέταλλο γκρι χρώμα, σκληρό και γυαλιστερό. Σε θερμοκρασία δωματίου, αντέχει καλά σε χημικές επιθέσεις, όπως από όξινα ή βασικά διαλύματα, με εξαίρεση το HCl και το H₂ΜΟΝΟ₄ αραιωμένο. Ωστόσο, σε υψηλότερες θερμοκρασίες, το χρώμιο γίνεται πολύ πιο αντιδραστικό και οξειδώνεται εύκολα από το Ο₂, και συνδυάζεται με αλογόνα και τα περισσότερα αμέταλλα.

Σε διάλυμα, οι ενώσεις χρωμίου τείνουν να έχουν αριθμούς οξείδωσης +6, +3 και +2. Στην πραγματικότητα, ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό είναι ότι όλα τις ενώσεις χρωμίου είναι χρωματιστά, όπως το διχρωμικό του κάλιο, Κ₂Cr₂Ο₇, που είναι πορτοκαλί, και χρωμικό κάλιο, Κ₂CrO₄, που είναι κίτρινο.

Ένα περίεργο γεγονός για το χρώμιο είναι αυτό η ηλεκτρονιακή του διαμόρφωση δεν ακολουθεί το αναμενόμενο πρότυπο. κάνοντας σας ηλεκτρονική διανομή, θα αναμενόταν να είναι [Ar] 4s² 3d⁴, ωστόσο, οι υπολογισμοί ενέργειας και σταθερότητας δείχνουν ότι η διαμόρφωση [Ar] 4s¹ 3d⁵ είναι πιο σταθερό. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το Ο κανόνας του Hund.

Σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των ηλεκτρόνια με ίσα (ή παράλληλα) σπιν σε ένα ημιτελές τροχιακό, τόσο χαμηλότερη είναι η ενέργεια του άτομο, δηλαδή τόσο μεγαλύτερη είναι η σταθερότητα. Δείτε την παρακάτω εικόνα:

Ηλεκτρονική διαμόρφωση χρωμίου σε ενεργειακή σειρά.

Εάν το chrome υιοθέτησε τη διαμόρφωση 4s² 3d⁴, το τροχιακό 4s θα παρουσίαζε ηλεκτρόνια με αντίθετο σπιν (↑↓), το οποίο θα αύξανε την απώθηση, σε τελική ανάλυση, θα υπήρχαν δύο φορτία του ίδιου σημείου που μοιράζονται ένα μόνο τροχιακό.

Υιοθετώντας τη διαμόρφωση 4s¹ 3d⁵, το χρώμιο κρατά μεγαλύτερο αριθμό ηλεκτρονίων με ίσο σπιν, χωρίς την παρουσία ηλεκτρονίων που μοιράζονται το ίδιο τροχιακό (όπως φαίνεται στην προηγούμενη εικόνα), γεγονός που μειώνει την ενέργειά του και εγγυάται μεγαλύτερη σταθερότητα.

Δείτε επίσης: Βανάδιο — χημικό στοιχείο του οποίου τα διαλύματα έχουν επίσης διαφορετικά χρώματα

Πού μπορεί να βρεθεί το χρώμιο;

το χρώμιο είναι το δέκατο πιο άφθονο στοιχείο στη γη. Αν και υπάρχουν αρκετά ορυκτά που έχουν χρώμιο στη σύστασή τους, χρωμίτη, FeCr₂Ο₄, είναι το σημαντικότερο ορυκτό του χρωμίου, όντας το πιο ευρέως αξιοποιημένο εμπορικά.

Χρωμίτης, η κύρια φυσική πηγή χρωμίου.

Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι η χώρες με τα υψηλότερα αποθέματα χρωμίου είναι:

• Νότια Αφρική;

• Καζακστάν;

• Ινδία;

• Τουρκία.

Ο Βραζιλία είναι ο μόνος παραγωγός χρωμίου σε ολόκληρη την αμερικανική ήπειρο, αλλά κατέχει μόνο το 0,11% των παγκόσμιων αποθεμάτων. Τα αποθεματικά κατανέμονται κυρίως στις ακόλουθες πολιτείες:

• Μπαΐα;

• αμάπα;

• Minas Gerais.

Παίρνοντας το χρώμιο

 Δείγμα μεταλλικού χρωμίου, με εκτιμώμενη καθαρότητα 99,9%.

Ο παράγεται μεταλλικό χρώμιο διά μέσου από χρωμίτη. Σε αυτή την περίπτωση, το ορυκτό λιώνει με ανθρακικό νάτριο, Στο₂CO₃, παρουσία αέρα, που παράγει χρωμικό νάτριο και οξείδιο σιδήρου III:

4 FeCr₂Ο₄ + 8 ίντσες₂CO₃ + 7 Ο₂ → 8 ίντσες₂CrO₄ + 2 Fe₂Ο₃ + 8 CO₂

Από εκεί, η εξαγωγή πραγματοποιείται με Νερό, αφού το Να₂CrO₄ είναι διαλυτό στο νερό, ενώ ο Fe₂Ο₃ δεν. Στη συνέχεια, το μέσο οξινίζεται με Η₂ΜΟΝΟ₄, που επιτρέπει την κρυστάλλωση του χρωμικού του νάτριο. μετά ένα₂CrO₄ ανάγεται σε οξείδιο του χρωμίου III με τη χρήση του άνθρακας σε υψηλή θερμοκρασία:

Στο₂CrO₄ + 2 C → Cr₂Ο₃ + επάνω₂CO₃ + CO

Το μεταλλικό χρώμιο λαμβάνεται στη συνέχεια όταν το αλουμίνιο χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας, επίσης σε υψηλή θερμοκρασία:

Cr₂Ο₃ + 2 Αλ → Αλ₂Ο₃ + 2 Cr

εφαρμογές χρωμίου

Ο βιομηχανία μεταλλουργική είναι ο κύριος καταναλωτής χρωμίου, με περίπου το 80% του συνόλου του παραγόμενου χρωμίου, είτε σε μορφή χρωμίτη είτε σε συμπύκνωμα Cr.₂Ο₃. Αυτό συμβαίνει επειδή το χρώμιο είναι ικανό να σχηματίσει το κράμα σιδηροχρωμίου, τη βασική πηγή για τη λήψη ανοξείδωτο χάλυβα και άλλα ειδικά κράματα.

Το χρώμιο, το οποίο συνήθως αποτελεί το 18% του ανοξείδωτου χάλυβα, αυξάνει σημαντικά την αντίσταση στην οξείδωση (διάβρωση) και σε άλλες χημικές επιθέσεις στον χάλυβα. Σε άλλα ειδικά κράματα, το χρώμιο παίζει επίσης ρόλο στην αύξηση της σκληρότητας, της σκληρότητας και της σκληρότητας των υλικών.

Το χρώμιο αυξάνει σημαντικά την αντοχή στη διάβρωση του χάλυβα.

Ο πυρίμαχη βιομηχανία Είναι επίσης καλός καταναλωτής χρωμίου, καθώς ο χρωμίτης είναι ένα πολύ γνωστό πυρίμαχο υλικό, δηλαδή ένα υλικό ικανό να αντέχει τις θερμικές, χημικές και φυσικές επιπτώσεις που εμφανίζονται στις βιομηχανίες. Ο χρωμίτης, που χρησιμοποιείται για την κατασκευή πυρίμαχων τούβλων, είναι πολύ ανθεκτικός στην υποβάθμιση όταν εκτίθεται σε θέρμανση.

ήδη το χημική βιομηχανία επιδιώκει να χρησιμοποιήσει το χρώμιο με διάφορους τρόπους:

• ως καταλύτης?

• ως αναστολέας διάβρωσης.

• σε επιχρωμίωση?

• σε χρωστικές?

• σε ενώσεις βαφής.

Η επιχρωμίωση είναι γνωστή, η οποία αποτελείται από το σχηματισμό ενός προστατευτικού στρώματος χρωμίου πάνω από ένα αντικείμενο, προστατεύοντάς το από τη διάβρωση. Σε αυτή τη διαδικασία, το χρώμιο εναποτίθεται στο αντικείμενο που πρόκειται να χρωμιωθεί ηλεκτρόλυση θειικό χρώμιο III, Cr₂(ΜΟΝΟ₄)₃, που παράγεται από τη διάλυση του Cr₂Ο₃ στο Χ₂ΜΟΝΟ₄.

Οι χρωστικές του χρωμίου είναι πολύ κοινές, ειδικά με τα διαφορετικά χρώματα που μπορούν να ληφθούν με τις ενώσεις τους. Στη διάλυση εξαένυδρου χλωριούχου χρωμίου III, CrCl_3·6 πμ₂Ο, λαμβάνεται ένα ιώδες διάλυμα. Από την άλλη πλευρά, στη διάλυση του θειικού χρωμίου III, το Cr₂(ΜΟΝΟ₄)₃, αποκτάται πράσινο χρώμα.

Το διάλυμα του χλωριούχου χρωμίου II, CrCl₂, είναι μπλε, ενώ το οξικό χρώμιο II, Cr₂(ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ)₄, είναι ένα κόκκινο στερεό. Οξείδιο χρωμίου II, CrO₂, είναι μαύρο; χρωμικό κάλιο, Κ₂CrO₄, και κίτρινο? διχρωμικό κάλιο, Κ₂Cr₂Ο₇, και πορτοκαλί? τριχρωμικό κάλιο, Κ₂Cr₃Ο₁₀, είναι κόκκινο; και οξείδιο του χρωμίου VI, CrO₃, είναι επίσης κόκκινο.

Ενδιαφέρων:Τα ρουμπίνια είναι στην πραγματικότητα πολύτιμοι λίθοι, τύπου Al₂Ο₃, που έχουν ίχνη χρωμίου στη σύστασή τους. Αυτό συμβαίνει και με το σμαράγδι, μια μορφή βηρυλίου, του οποίου το πράσινο χρώμα είναι αποτέλεσμα μικρών ποσοτήτων χρωμίου.

Επίσης γνωρίζω:Βολφράμιο — ένα γκριζωπό μέταλλο του οποίου το χρώμα μοιάζει με ατσάλι

Η σχέση του χρωμίου με την υγεία

Δύο καταστάσεις οξείδωσης του χρωμίου έχουν βιολογικό ρόλο. Ας δούμε στη συνέχεια.

→ Εξασθενές χρώμιο (Cr⁶⁺)

Όσον αφορά τον Κρ⁶⁺, είναι γνωστό ότι μπορεί να είναι θεωρείται καρκινογόνος, ιδιαίτερα εάν εισπνευστεί ή καταποθεί σε μεγάλες ποσότητες.

→ Τρισθενές χρώμιο (Κρ³⁺)

Το τρισθενές χρώμιο ήταν πάντα λαμβάνονται υπόψη ουσιαστικό στοιχείο. Τα συμπληρώματα διατροφής του χρωμίου σε αυτή τη μορφή έχουν γίνει δημοφιλή για την προώθηση βασικών ιχνοστοιχείων και ως παράγοντα απώλειας βάρους. Υπάρχει επίσης μια συζήτηση ότι η χορήγηση τρισθενούς χρωμίου θα ήταν ενδιαφέρουσα για τη θεραπεία του διαβήτης τύπου 2, καθώς και για τον διαβήτη κύησης.

Παρόλο, θέτουν ορισμένοι συγγραφείς αυτή η ουσιαστικότητα υπό συζήτηση. Η γραμμή σκέψης είναι ότι το χρώμιο, είτε συμπληρωμένο είτε όχι, δεν κάνει καμία διαφορά στη σύνθεση του σώματος. μεταβολισμός δίνει γλυκόζη ή ευαισθησία στην ινσουλίνη. Πιστεύεται ότι, στην πραγματικότητα, η υψηλότερη δόση χρωμίου έχει φαρμακολογικές και μη θρεπτικές επιδράσεις που το υποδηλώνουν ως βασικό στοιχείο.

ιστορία του χρωμίου

Το όνομα χρώμιο προέρχεται από τα ελληνικά χρωμα, που σημαίνει χρώμα. Έχοντας δώσει επίσης το όνομα σε αυτό το στοιχείο, προέκυψε η ανακάλυψή τουΟ Γάλλος φαρμακοποιός και χημικός Louis Nicolas Vauquelin, το έτος 1797, όταν παρατήρησε το χρώμιο κατά τη μελέτη του μεταλλεύματος κροκοΐτη, PbCrO₄. Ωστόσο, αρχικά, το μέταλλο δεν είχε τεράστια εμπορική επιτυχία.

Δεκαπέντε χρόνια μετά την ανακάλυψή του, για παράδειγμα, ο Sir Humphry Davy δεν γνώριζε πολλά για το χρώμιο και τις ενώσεις του όταν έγραψε το διάσημο βιβλίο του Στοιχεία Χημικής Φιλοσοφίας, υποδεικνύοντας μόνο ότι το χρωμικό οξύ είχε ξινή γεύση.

Την ίδια χρονιά, ο Jöns Jacob Berzelius έγραψε ότι η επίγευση του τοξικού χρωμικού οξέος ήταν δυσάρεστη και μεταλλική. Ο Berzelius συνειδητοποίησε ότι το μέταλλο, αν και εύθραυστο, ήταν αρκετά ανθεκτικό στη δράση του οξέα και τον ατμοσφαιρικό αέρα.

Αν και αρχικά δεν είχε τεράστια εμπορική επιτυχία, στα τέλη του 19ου αιώνα και στις αρχές του 20ου αιώνα, το στοιχείο άρχισε να χρησιμοποιείται εμπορικά, καθώς άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως ο ανοξείδωτος χάλυβας, καθώς και η επιχρωμίωση εξαρτημάτων στην αυτοκινητοβιομηχανία, καθιστώντας το χρώμιο μέταλλο με μεγάλη ζήτηση.

Ασκήσεις επίλυσης χρωμίου

ερώτηση 1

(UEFS/BA)Το άτομο του χρωμίου έχει αριθμό οξείδωσης +3 στο είδος

Α) Κρ₂Ο₃

Β) CrO

Γ) Κρ

Δ) CrO₄^2-

Ε) Κρ₂Ο₇^2-

Ανάλυση:

Εναλλακτική Α

Στο γράμμα C, το χρώμιο εμφανίζεται ως απλή ουσία, οπότε, στην περίπτωση αυτή, το NOx ισούται με μηδέν.

Ο οξυγόνο στις άλλες ενώσεις εμφανίζεται με NOx ίσο με -2. Έτσι, μπορούμε να υπολογίσουμε τα NOx του χρωμίου σε όλα τα είδη, καθιστώντας το άγνωστο (x):

• Cr₂Ο₃ → 2x + 3(-2) = 0 ⸫ x = +3

• CrO → x + (-2) = 0 ⸫ x = +2

• CrO₄^2- → x + 4(-2) = -2 ⸫ x = +6

• Cr2O₇^2- → 2x + 7(-2) = -2 ⸫ x = +6

Ερώτηση 2

(UPE 2013) Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων ανακάλυψε μια πολύπλοκη χημική αντίδραση που είναι υπεύθυνη για την επιδείνωση ορισμένων από τα σπουδαία έργα τέχνης στην ιστορία, παραγωγή του Vincent van Gogh (1853–1890) και άλλων διάσημων ζωγράφων του 20ου αιώνα XIX. Στις έρευνές τους, αυτοί οι ερευνητές γήρανσαν τεχνητά τις χρωστικές και διαπίστωσαν ότι η το σκουρόχρωμο του άνω στρώματος σχετιζόταν με μια αλλαγή του χρωμίου που υπάρχει στο χρώμα από Cr(VI) σε Cr(III).

Διαθέσιμο σε: http://agencia.fapesp.br/13455 (Προσαρμοσμένο)

Δεδομένα:Cr (Z = 24), ηλεκτρονική διαμόρφωση: [Ar] 4s¹ 3d⁵

Λαμβάνοντας υπόψη την κατάσταση που περιγράφεται παραπάνω, είναι ΣΩΣΤΟΣισχυρίζονται ότι (το)

Α) η οξείδωση του Cr(VI) σε Cr(III) έχει υποβαθμίσει σπουδαία καλλιτεχνικά έργα στην ιστορία.

Β) η γήρανση των κουφωμάτων σχετίζεται με την ηλεκτρονική διέγερση του Cu^ο για τον Κρ³⁺.

Γ) Διαδικασία αναγωγής Cr⁶⁺ για τον Κρ³⁺ έχει συσκοτίσει διάσημα έργα του 19ου αιώνα.

Δ) ο μετασχηματισμός που έχει γίνει έχει οξειδώσει το Cu^ο, υπεύθυνη για τη λάμψη του αρχικού πίνακα.

Ε) η αλλαγή από Cr(VI) σε Cr(III) είναι μια χημική αντίδραση που συμβαίνει μόνο μετά από πολλά χρόνια.

Ανάλυση:

Εναλλακτική Γ

Η μετάβαση από το Cr(VI) στο Cr(III) είναι μια διαδικασία του μείωση (μείωση των NOx), η οποία ευθύνεται για το σκοτάδι των οθονών.

Του Stefano Araújo Novais
Καθηγητής Χημείας