כרום (Cr): מאפיינים, השגה, יישומים

ה כרום, מספר אטומי 24, היא מתכת מעבר הממוקמת בקבוצה 6 של הטבלה המחזורית. צבעו אפרפר, אך היא גם מתכת מבריקה מאוד. הוא קיים בעיקר במצבי החמצון +2, +3 ו-+6 ויש לו את המאפיין שכל התרכובות שלו צבעוניות. לא פלא ששמו נובע מהיוונית chroma, שפירושו צבע.

יסוד זה מתקבל באמצעות כרומיט ונמצא בשימוש נרחב בתעשיית המתכות, בייצור נירוסטה וסגסוגות מיוחדות אחרות. ניתן לצבוע כרום גם על חפצים, באפקט המכונה ציפוי כרום, המבטיח, בנוסף ליופי, עמידות כימית רבה. תרכובות כרום משמשות גם בפיגמנטים ובצבעים, בנוסף לחומרים עקשן.

קראו גם: הפניום - מתכת המעבר בעלת תכונות דומות לזירקוניום

סיכום כרום

• כרום היא מתכת אפרפרה ומבריקה הפותחת את קבוצה 6 של טבלה מחזורית.

• הוא עמיד מאוד בפני קורוזיה והתקפה כימית בטמפרטורת החדר.

• הוא מציג בעיקר מצבי חמצון +2, +3 ו-+6.

• לכל התרכובות שלו יש צבע.

• ניתן להשיג אותו מכרומיט, FeCr₂ה_4.

• הוא מנוצל בעיקר על ידי תעשיית המתכות, המשתמשת בו לייצור של פלדת אל - חלד.

• הוא התגלה בשנת 1797 על ידי הצרפתי לואי ניקולא ווקלין.

[omnia_pullicity]

מאפייני כרום

• סֵמֶל: Cr.

• מספר אטומי: 24.

• מסה אטומית: 51.9961 C.u.s.

• אלקטרוני שליליות: 1,66.

• נקודת היתוך: 1907 מעלות צלזיוס.

• נקודת רתיחה: 2671 מעלות צלזיוס.

• צְפִיפוּת: 7.15 גרם ס"מ^-3 (ב-20 מעלות צלזיוס).

• תצורה אלקטרונית: [אוויר] 4 שניות¹ 3d⁵.

• סדרת כימיקלים: קבוצה 6, Metais מַעֲבָר.

מאפייני כרום

כרום, מספר אטומי 24, הוא א מַתֶכֶת בצבע אפור, קשה ומבריק. בטמפרטורת החדר, הוא עמיד היטב בפני התקפות כימיות, כגון מתמיסות חומציות או בסיסיות, למעט HCl ו-H₂רק₄ דָלִיל. עם זאת, בטמפרטורות גבוהות יותר, הכרום הופך להיות הרבה יותר תגובתי, כשהוא מתחמצן בקלות על ידי O₂, ומשלב עם הלוגנים ורוב הלא מתכות.

בתמיסה, תרכובות כרום נוטות לקבל מספרי חמצון של +6, +3 ו-+2. למעשה, תכונה מעניינת היא זו את כל תרכובות הכרום הם צבעוניים, כגון דיכרומט של אֶשׁלָגָן, ק₂Cr₂ה₇, שהוא תפוז, ואשלגן כרומט, ק₂CrO₄, שהוא צהוב.

עובדה מוזרה לגבי כרום היא זו תצורת האלקטרונים שלו אינה עוקבת אחר הדפוס המצופה. עושה את שלך הפצה אלקטרונית, זה צפוי להיות [Ar] 4s² 3d⁴עם זאת, חישובי אנרגיה ויציבות מראים שתצורת [Ar] 4s¹ 3d⁵ זה יציב יותר. זה יכול להיות מוסבר על ידי שלטון האנד.

על פי כלל זה, ככל שמספרם גדול יותר אלקטרונים עם ספינים שווים (או מקבילים) במסלול לא שלם, ככל שהאנרגיה של ה- אָטוֹםכלומר, ככל שהיציבות גדולה יותר. תסתכל על התמונה למטה:

תצורה אלקטרונית של כרום לפי סדר אנרגיה.

אם כרום אימץ את תצורת ה-4s² 3d⁴, מסלול ה-4s יציג אלקטרונים עם ספין הפוך (↑↓), מה שיגביר את הדחייה, אחרי הכל, יהיו שני מטענים של אותו סימן שחולקים מסלול בודד.

על ידי אימוץ תצורת ה-4s¹ 3d⁵, כרום מכיל מספר רב יותר של אלקטרונים עם ספין שווה, ללא נוכחות של אלקטרונים החולקים את אותו מסלול (כפי שמוצג בתמונה הקודמת), מה שמפחית את האנרגיה שלו ומבטיח יותר יציבות.

ראה גם: ונדיום - יסוד כימי שלתמיסותיו יש גם צבעים שונים

היכן ניתן למצוא כרום?

כרום הוא ה היסוד העשירי בשכיחותו על פני כדור הארץ. למרות שיש כמה מינרלים שיש בהם כרום במבנה שלהם, כרומיט, FeCr₂ה₄, הוא המינרל החשוב ביותר של כרום, בהיותו המנוצל ביותר מבחינה מסחרית.

כרומיט, המקור הטבעי העיקרי לכרום.

חשוב להדגיש כי מדינות עם עתודות הכרום הגבוהות ביותר הם:

• דרום אפריקה;

• קזחסטן;

• הוֹדוּ;

• טורקיה.

ה בְּרָזִיל הוא יצרן הכרום היחיד ביבשת אמריקה כולה, אך מחזיקה רק 0.11% מהעתודות בעולם. הרזרבות מחולקות בעיקר במדינות הבאות:

• באהיה;

• amapá;

• מינאס ג'ראיס.

מקבל את הכרום

 דגימת כרום מתכתי, עם טוהר משוער של 99.9%.

ה מיוצר כרום מתכתי דרך מכרומיט. במקרה זה, המינרל נמס עם נתרן קרבונט, בשעה₂שיתוף₃, בנוכחות אוויר, יוצר נתרן כרומט ותחמוצת ברזל III:

4 FeCr₂ה₄ + 8 אינץ'₂שיתוף₃ + 7 O₂ → 8 אינץ'₂CrO₄ + 2 Fe₂ה₃ + 8 CO₂

משם מתבצעת מיצוי עם מים, מאז הנא₂CrO₄ מסיס במים, בעוד Fe₂ה₃ לֹא. לאחר מכן, המדיום מחומצן עם H₂רק₄, המאפשר התגבשות של הכרומט של נתרן. ה-na₂CrO₄ מופחת לתחמוצת כרום III עם השימוש ב פַּחמָן בטמפרטורה גבוהה:

בְּ₂CrO₄ + 2 C → Cr₂ה₃ + על₂שיתוף₃ + CO

כרום מתכתי מתקבל לאחר מכן כאשר אלומיניום משמש כחומר מפחית, גם בטמפרטורה גבוהה:

Cr₂ה₃ + 2 Al → Al₂ה₃ + 2 Cr

יישומי כרום

ה תַעֲשִׂיָה מתכות הוא הצרכן העיקרי של כרום, עם כ-80% מכלל הכרום המיוצר, בצורת כרומיט או תרכיז Cr.₂ה₃. הסיבה לכך היא שכרום מסוגל ליצור את סגסוגת ה-ferrochrome, המקור הבסיסי להשגה נירוסטה וסגסוגות מיוחדות אחרות.

כרום, המהווה בדרך כלל 18% מפלדת אל חלד, מגביר במידה ניכרת את העמידות בפני חמצון (קורוזיה) והתקפות כימיות אחרות על פלדה. בסגסוגות מיוחדות אחרות, הכרום ממלא גם תפקיד בהגברת ההתקשות, הקשיחות והקשיחות של חומרים.

כרום מגביר מאוד את עמידות הפלדה בפני קורוזיה.

ה תעשיית עקשן הוא גם צרכן טוב של כרום, שכן כרומיט הוא חומר עקשן ידוע, כלומר חומר המסוגל לעמוד בהשפעות התרמיות, הכימיות והפיזיקליות המתרחשות בתעשיות. כרומיט, המשמש לייצור לבנים עקשן, עמיד מאוד בפני השפלה כאשר הוא נחשף לחימום.

כבר את תעשייה כימית מבקש להשתמש בכרום בכמה דרכים:

• כזרז;

• כמעכב קורוזיה;

• בציפוי כרום;

• בפיגמנטים;

• בתרכובות צביעה.

ציפוי כרום ידוע, המורכב מהיווצרות שכבת הגנה של כרום על עצם, המגנה עליו מפני קורוזיה. בתהליך זה, כרום מופקד על האובייקט שיעבור כרום הַפרָדָה חַשְׁמָלִית כרום III סולפט, Cr₂(רק₄)₃, שהופק על ידי פירוק Cr₂ה₃ ב-H₂רק₄.

פיגמנטים של כרום נפוצים מאוד, במיוחד עם הצבעים השונים שניתן להשיג עם התרכובות שלהם. בהמסה של כרום III כלוריד הקסהידראט, CrCl_3·06:00₂הו, מתקבלת תמיסה סגולה. מצד שני, בהמסה של כרום III סולפט, Cr₂(רק₄)₃, מתקבל צבע ירוק.

הפתרון של כרום II כלוריד, CrCl₂, הוא כחול, בעוד כרום II אצטט, Cr₂(COO)₄, הוא מוצק אדום. תחמוצת כרום II, CrO₂, זה שחור; אשלגן כרומט, ק₂CrO₄, וצהוב; אשלגן דיכרומט, ק₂Cr₂ה₇, וכתום; אשלגן טריכרומט, ק₂Cr₃ה₁₀, זה אדום; ותחמוצת כרום VI, CrO₃, הוא גם אדום.

מעניין:האודמים הם למעשה אבני חן, בנוסחה Al₂ה₃, שיש בהם עקבות של כרום במבנה שלהם. כך גם לגבי אמרלד, צורה של בריל, שצבעו הירוק הוא תוצאה של כמויות קטנות של כרום.

גם יודע:טונגסטן - מתכת אפרפרה שצבעה דומה לפלדה

הקשר של כרום לבריאות

לשני מצבי חמצון של כרום יש תפקיד ביולוגי. בוא נראה את הבא.

→ כרום משושה (Cr⁶⁺)

לגבי Cr⁶⁺, ידוע שזה יכול להיות נחשב מסרטן, במיוחד אם שואפים או נבלעים בכמויות גדולות.

← כרום תלת ערכי (Cr³⁺)

כרום תלת ערכי תמיד היה נחשב מרכיב חיוני. תוספת תזונתית של כרום בצורה זו הפכה פופולרית לקידום יסודות קורט חיוניים וכחומר להרזיה. יש גם דיון שמתן כרום תלת ערכי יהיה מעניין לטיפול בו סכרת סוג 2, כמו גם לסוכרת הריונית.

למרות ש, כמה מחברים שמו המהות הזו בדיון. קו המחשבה הוא שכרום, בין אם בתוספת או לא, אין הבדל בהרכב הגוף, חילוף חומרים נותן גלוקוז או רגישות לאינסולין. מאמינים שלמעשה, למינון הגבוה ביותר של כרום יש השפעות פרמקולוגיות ולא תזונתיות המצביעות על כך כמרכיב חיוני.

היסטוריית כרום

השם כרום מגיע מיוונית chroma, שפירושו צבע. לאחר שגם נתנו את השם לאלמנט הזה, הגילוי שלו הגיעהרוקח והכימאי הצרפתי לואי ניקולא ווקלין, בשנת 1797, כאשר הבחין בכרום כאשר חקר את עפרת הקרוקוייט, PbCrO₄. עם זאת, בתחילה, המתכת לא זכתה להצלחה מסחרית גדולה.

15 שנים לאחר גילויו, למשל, סר האמפרי דייווי לא ידע הרבה על כרום ותרכובותיו כשכתב את ספרו המפורסם. יסודות של פילוסופיה כימית, מה שמצביע רק על כך שלחומצה כרומית היה טעם חמוץ.

באותה שנה כתב יונס יעקב ברזליוס שטעם הלוואי של חומצה כרומית רעילה היה לא נעים ומתכתי. ברזליוס הבין שהמתכת, למרות שבירה, עמידה למדי בפני הפעולה של חומצות ואוויר אטמוספרי.

למרות שבתחילה לא הייתה הצלחה מסחרית גדולה, בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20, האלמנט התחילו בשימוש מסחרי, שכן הנירוסטה החלה להיות בשימוש נרחב, כמו גם ציפוי כרום של חלקים בתעשיית הרכב, מה שהופך את הכרום למתכת בעלת ביקוש רב.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי המודעה ;)

תרגילים שנפתרו בכרום

שאלה 1

(UEFS/BA)לאטום הכרום יש מספר חמצון של +3 במין

א) קר₂ה₃

ב) CrO

ג) קר

ד) CrO₄^2-

ה) קר₂ה₇^2-

פתרון הבעיה:

חלופה א'

באות C, כרום מופיע כחומר פשוט, ולכן, במקרה זה, ה NOx שווה לאפס.

ה חַמצָן בתרכובות האחרות זה מתרחש עם NOx שווה ל-2. לפיכך, אנו יכולים לחשב את ה-NOx של כרום בכל המינים, מה שהופך אותו ללא ידוע (x):

• Cr₂ה₃ → 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

שאלה 2

(UPE 2013) קבוצה בינלאומית של מדענים גילתה תגובה כימית מורכבת האחראית להידרדרות של חלק מהגורמים יצירות אמנות גדולות בהיסטוריה, שהופקו על ידי וינסנט ואן גוך (1853–1890) וציירים מפורסמים אחרים במאה ה-20 XIX. בחקירותיהם, חוקרים אלה יישנו באופן מלאכותי את הפיגמנטים ומצאו כי התכהות השכבה העליונה הייתה קשורה לשינוי של הכרום הקיים בצבע מ- Cr(VI) ל Cr(III).

אפשר להשיג ב: http://agencia.fapesp.br/13455 (מְעוּבָּד)

נתונים:Cr (Z = 24), תצורה אלקטרונית: [Ar] 4s¹ 3d⁵

לאור המצב המתואר לעיל, כך הוא נכוןטען כי (את)

א) חמצון של Cr(VI) ל-Cr(III) הדרדר יצירות אמנותיות גדולות בהיסטוריה.

ב) הזדקנות המסגרות קשורה לעירור אלקטרוני של Cu^ה עבור Cr³⁺.

ג) תהליך הפחתת Cr⁶⁺ עבור Cr³⁺ הסתיר יצירות מפורסמות מהמאה ה-19.

ד) הטרנספורמציה שהתרחשה חימצנה את ה-Cu^ה, אחראי על הברק של הציור המקורי.

ה) שינוי מ-Cr(VI) ל-Cr(III) היא תגובה כימית המתרחשת רק לאחר שנים רבות.

פתרון הבעיה:

חלופה C

המעבר מ-Cr(VI) ל-Cr(III) הוא תהליך של צִמצוּם (ירידה ב-NOx), שהייתה אחראית להכהות המסכים.

מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה