- Jellemzők és tulajdonságok
- Króm kémiai szerkezete
- Oxidációs szám
- Cr (-2, -1 és 0)
- Cr (I) és Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) és Cr (V)
- Cr (VI): a kromát-dikromát pár
- Króm használ
- Színezőanyagként vagy pigmentekként
- Krómban vagy kohászatban
- Táplálkozási
- Hol található?
- Irodalom
A króm (Cr) a periódusos rendszer 6. csoportjának (VIB) fém eleme. Ennek a fémnek évente tonnája keletkezik a vas vagy magnézium kromit ásványából (FeCr 2 O 4, MgCr 2 O 4) való extrahálás útján, amelyet szénrel redukálva a fém előállítása céljából. Nagyon reakcióképes, és csak nagyon redukáló körülmények között van tiszta formájában.
A neve a görög „chroma” szóból származik, ami a színt jelenti. Ezt a nevet kapta a krómvegyületek többszörös és intenzív színei miatt, akár szervetlen, akár szerves; a fekete szilárd anyagtól vagy az oldattól a sárga, narancssárga, zöld, ibolya, kék és piros színig.
Króm krokodil. Ezüst krokodil króm fém modell aligátor. Forrás: Maxpixel
A fémkróm és a keményfém színe ezüstözött szürkés. Ezt a tulajdonságot használják a krómozás technikájában, hogy sok szerkezetű ezüst ragyogást kapjon (mint például a fenti képen látható krokodil esetében). Így a „krómmal fürödve” a darabok csillogást kapnak és nagy ellenállást mutatnak a korrózióval szemben.
Az oldatban lévő króm gyorsan reagál az oxigénnel a levegőben, oxidokat képezve. A táptalaj pH-jától és oxidációs körülményeitől függően különböző oxidációs számokat szerezhet, amelyek közül a (III) (Cr 3+) a legstabilabb. Következésképpen a zöld króm (III) -oxid (Cr 2 O 3) a legstabilabb oxidjaiból.
Ezek az oxidok kölcsönhatásba léphetnek más környezeti fémekkel, például a szibériai vörös ólom pigmentet (PbCrO 4) okozva. Ez a pigment sárga-narancssárga vagy vörös (lúgossága szerint), és ebből a francia tudós, Louis Nicolas Vauquelin izolált fémes rézből áll, ezért kapják a felfedezőjét.
Ásványai és oxidjai, valamint egy apró rész a fémréz miatt ezt a 22. számú elemet a földkéregben a legelterjedtebbek közé sorolják.
A króm kémiája nagyon változatos, mert kötéseket képezhet szinte az egész periódusos táblázatban. Mindegyik vegyület színe olyan, amely az oxidációs számtól, valamint a kölcsönhatásba lépő fajoktól függ. Hasonlóképpen, kötéseket képez a szénnel, és beavatkozik számos fémorganikus vegyületbe.
Jellemzők és tulajdonságok
A króm ezüst fém, tiszta formájában, 24 atomszámmal és körülbelül 52 g / mol molekulatömeggel (52 Cr, legstabilabb izotópja).
Mivel erős fémes kötései vannak, magas olvadáspontja (1907ºC) és forráspontja (2671ºC). Kristályszerkezete emellett nagyon sűrű fémré is teszi (7,19 g / ml).
Nem reagál a vízzel hidroxidokat képezve, de savakkal reagál. Oxidálódik a levegőben levő oxigénnel, általában krómoxidot képezve, amely széles körben használt zöld pigment.
Ezek az oxidrétegek létrehozják a passzivációnak nevezett ún. Védik a fémet a további korrózió ellen, mivel az oxigén nem tud behatolni a fém sinusába.
Elektronikus konfigurációja 4s 1 3d 5, minden elektron pár nélkül, ezért paramágneses tulajdonságokkal rendelkezik. Az elektronikus pörgetések párosulása azonban akkor fordulhat elő, ha a fém alacsony hőmérsékletnek van kitéve, és más tulajdonságokkal rendelkezik, például antiferromagnetizmushoz.
Króm kémiai szerkezete
Eredeti PNG-k alapján, Daniel Mayer, DrBob, nyomon követve az Inkscape-n, felhasználónként: Stannered (kristályszerkezet), a Wikimedia Commonson keresztül
Mi a krómfém szerkezete? Tiszta formájában a króm testközpontú köbös kristályszerkezetet feltételez (cc vagy bcc). Ez azt jelenti, hogy a króm-atom egy kocka közepén helyezkedik el, amelynek széleit más krómok foglalják el (mint a fenti képen).
Ez a szerkezet felelős a magas olvadáspontú és forráspontú, valamint a nagy keménységű krómért. A rézatomok átfedik s és d orbitájukat, hogy a sáv-elmélet szerint vezetőképesség-sávokat képezzenek.
Így mindkét sáv félig tele van. Miért? Mivel az elektronikus konfigurációja 4s 1 3d 5, és mivel keringője két elektronot képes elhelyezni, és a d-bites pályákat tíz. Akkor az átfedések által alkotott sávoknak csak a felét elektronok foglalják el.
Ezzel a két szemponttal - a kristályszerkezettel és a fémkötéssel - e fém sok fizikai tulajdonsága elméletileg magyarázható. Ugyanakkor egyikük sem magyarázza meg, hogy a krómnak miért lehet különböző oxidációs állapota vagy száma.
Ehhez az atom stabilitásának mély megértéséhez lenne szükség az elektronikus forgás vonatkozásában.
Oxidációs szám
Mivel a króm elektronkonfigurációja 4s 1 3d 5, akár egy vagy két elektronot (Cr 1– és Cr 2–) nyerhet, vagy elveszítheti őket, hogy eltérő oxidációs számot kapjon.
Tehát, ha a króm elveszít egy elektronot, akkor 4s 0 3d 5 lenne; ha elveszít három, 4s 0 3d 3; és ha mindet elveszíti, vagy mi ugyanaz, izoelektronikus lenne argonra.
A króm pusztán szeszély miatt nem veszíti el és nem nyeri el elektronokat: Olyan fajnak kell lennie, amely adományozza vagy elfogadja őket az egyik oxidációs számról a másikra való áttéréshez.
A króm következő oxidációs számai: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 és +6. Ezek közül a +3, Cr 3+ a legstabilabb, ezért az uralkodó; követi +6, Cr 6+.
Cr (-2, -1 és 0)
Nagyon valószínűtlen, hogy a króm elektronokat szerezzen, mivel fém, ezért természeténél fogva adományozza őket. Ugyanakkor koordinálhat ligandumokkal, vagyis azokkal a molekulákkal, amelyek egy napi kötés révén kölcsönhatásba lépnek a fémcentrummal.
Az egyik legismertebb a szén-monoxid (CO), amely a króm hexakarbonil-vegyületét képezi.
Ennek a vegyületnek a molekuláris képlete Cr (CO) 6, és mivel a ligandok semlegesek és nem nyújtanak töltést, akkor Cr oxidációs száma 0.
Ez megfigyelhető más fémorganikus vegyületekben is, például a bisz (benzol) krómban. Az utóbbiban a krómot szendvicsszerű molekuláris szerkezetű két benzolgyűrű veszi körül:
Ben Mills, a Wikimedia Commonsból
Sok más Cr (0) vegyület származhat ebből a két fémorganikus vegyületből.
Sók találtak ahol kölcsönhatnak a nátrium-kationok, ami azt jelenti, hogy a Cr negatívnak kell lennie oxidációs számú vonzza a pozitív töltések: Cr (-2), Na 2 és Cr (-1), Na 2.
Cr (I) és Cr (II)
Cr (I) vagy Cr 1+ a fent leírt fémorganikus vegyületek oxidációjával képződik. Ez úgy érhető el oxidáló ligandumok, mint például a CN vagy NO, így képezve, például K-vegyület 3.
Itt az a tény, hogy három K + kation létezik, arra utal, hogy a krómkomplexnek három negatív töltése van; hasonlóan a CN ligand - öt negatív töltést eredményez, így Cr és NO között két pozitív töltést kell hozzáadni (-5 + 2 = -3).
Ha a NO semleges, akkor Cr (II), de ha pozitív töltésű (NO +), akkor Cr (I).
Másrészt, a Cr (II) vegyületek gazdagabbak, köztük a következők: króm (II) klorid (CrCl 2), króm-acetát (Cr 2 (O 2 CCH 3) 4), króm-oxid (II) (CrO), króm (II) szulfid (CrS) és így tovább.
Cr (III)
Mindenekelőtt a legnagyobb stabilitással bír, mivel valójában a kromátionok sok oxidatív reakciójának eredménye. Talán stabilitása d 3 elektronikus konfigurációjának köszönhető, amelyben három elektron három alacsonyabb energiájú d pályát foglal el, szemben a másik kettő energikusabb energiájával (d-keringés megduplázódása).
Ennek az oxidációs számnak a legreprezentatívabb vegyülete a króm (III) -oxid (Cr 2 O 3). A komplexet attól függően, hogy az ehhez koordináló ligandumok milyen színűek lesznek, a másik színe megmutatja. Ilyen vegyületek a következők: Cl, Cr (OH) 3, CRF 3, 3+, stb
Bár a kémiai összetétel nem mutatja ezt első pillantásra, a króm komplexeiben általában egy oktaéderes koordinációs gömb van; vagyis az egy oktaéder közepén helyezkedik el, ahol a csúcsait a ligandok (összesen hat) helyezik el.
Cr (IV) és Cr (V)
A vegyületek, amelyekben a Cr 5+ részt vesz, nagyon kevés, az említett atom elektronikus instabilitása miatt, amellett, hogy könnyen oxidálódnak Cr 6 + -vá, sokkal stabilabb, mivel izoelektronikus a nemesgáz-argon vonatkozásában.
A Cr (V) vegyületek azonban bizonyos körülmények között, például nagy nyomáson szintetizálhatók. Hasonlóképpen, hajlamosak lebomlani mérsékelt hőmérsékleten, ami lehetetlenné teszi azok alkalmazását, mivel nem rendelkeznek hőállósággal. Néhány ezek közül: CrF 5 és K 3 (O 2 2- a peroxid anion).
Másrészt, Cr 4+ viszonylag stabilabb, hogy képes szintetizálni a halogénezett vegyületek: CrF 4, CrCl 4 és CrBr 4. Ugyanakkor hajlamosak redox reakciókkal bomlani, hogy jobb oxidációs számú (például +3 vagy +6) króm-atomokat kapjanak.
Cr (VI): a kromát-dikromát pár
2 2- + 2H + (sárga) => 2- + H 2 O (narancssárga)
A fenti egyenlet két kromátion sav dimerizációjának felel meg, hogy dikromátot kapjunk. A pH-változás megváltoztatja a kölcsönhatások változását a Cr 6+ fém középpontja körül, ami szintén nyilvánvaló az oldat színében (sárgától narancsig vagy fordítva). A dikromát O 3 Cr-O-CrO 3 hídból áll.
A Cr (VI) vegyületeknek olyan tulajdonságai vannak, hogy ártalmasak és rákkeltőek az emberi testre és az állatokra.
Hogyan? A tanulmányok azt állítják, hogy a CrO 4 2- ionok szulfátot hordozó fehérjék hatására keresztezik a sejtmembránokat (mindkét ion valójában hasonló méretű).
A redukáló szerek a sejtekben redukálják a Cr (VI) -et Cr (III) -ké, amely felhalmozódik azáltal, hogy visszafordíthatatlanul összehangolódik a makromolekulák meghatározott helyeire (például a DNS).
Miután a sejtet egy krómfelesleg szennyezi, nem hagyhatja el a membránokon keresztül visszajuttató mechanizmus hiánya miatt.
Króm használ
Színezőanyagként vagy pigmentekként
A króm széles körű felhasználást kínál, a különféle szövetekhez használt színezékektől kezdve a védőfehérjéig, amely fémrészeket díszít, úgynevezett krómozással, amely tiszta fémmel vagy Cr (III) vegyületekkel vagy Cr (VI).
A króm-fluoridot (CrF 3) például színezőanyagként használják gyapjúruhákhoz; króm-szulfát (Cr 2 (SO 4) 3), zománcok, kerámiák, festékek, festékek, lakkok színezésére szolgál, valamint krómozott fémekhez; és a króm-oxid (Cr 2 O 3) akkor is ott található, ahol vonzó zöld színre van szükség.
Ezért bármely intenzív színű króm ásványi anyag megsemmisítheti egy struktúrát, ám ezt követően felmerül a kérdés, vajon ezek a vegyületek veszélyesek-e a környezetre vagy az egyének egészségére.
Mérgező tulajdonságait valójában a fa és más felületek védelmére használják a rovarok támadásaitól.
Krómban vagy kohászatban
Kis mennyiségű krómot adnak az acélhoz az oxidáció elleni erősítéshez és a fényességének javításához. Ennek oka az a tény, hogy képes szürkés karbidokat (Cr 3 C 2) képezni, amelyek nagyon ellenállók, ha a levegőben lévő oxigénnel reagálnak.
Mivel a króm fényes felületekre csiszolható, a króm ezüst kivitelű és színű, mint olcsóbb alternatíva ezekre a célokra.
Táplálkozási
Néhányan vitatják, hogy a króm nélkülözhetetlen elemnek tekinthető-e, azaz nélkülözhetetlen a napi étrendben. Egyes élelmiszerekben nagyon kis koncentrációban van jelen, például a zöld levelekben és a paradicsomban.
Hasonlóképpen vannak olyan fehérjekiegészítők, amelyek szabályozzák az inzulin aktivitását és elősegítik az izomnövekedést, mint a króm-polinikotinát esetében.
Hol található?
Forrás: Pixabay
A króm számos ásványi anyagban és drágakőben megtalálható, például rubinokban és smaragdokban. A fő ásvány, amelyből a krómot extrahálják, a kromit (MCr 2 O 4), ahol M jelentése bármilyen más fém, amelyhez a króm-oxid kapcsolódik. Ezek a bányák Dél-Afrikában, Indiában, Törökországban, Finnországban, Brazíliában és más országokban találhatók.
Minden forrásnak van egy vagy több kromit változata. Ily módon minden M-re (Fe, Mg, Mn, Zn stb.) Eltérő króm ásvány keletkezik.
A fém kinyeréséhez szükséges az ásványi anyag redukálása, azaz az, hogy a króm-fém központja redukálószer hatására elektronokat nyerjen. Ezt szén vagy alumínium segítségével hajtják végre:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2CR + 4CO
A kromitot (PbCrO 4) is megtalálják.
Általában minden ásványban, ahol a Cr 3+ -ion helyettesítheti az Al 3+ -ot, mindkettő kissé hasonló ionsugárral, szennyeződést képez, amely ennek a csodálatos, de káros fémnek egy másik természetes forrását eredményezi.
Irodalom
- Tenenbaum E. Chromium. Forrás: chemistry.pomona.edu
- Wikipedia. (2018). Króm. Forrás: en.wikipedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2018. április 6.) Mi a különbség a Chrome és a Chromium között? Forrás: gondolat.com
- NV Mandich. (ezerkilencszázkilencvenöt). Króm kémiája.. Forrás: citeseerx.ist.psu.edu
- Kémia LibreTexts. Króm kémiája. Forrás: chem.libretexts.org
- Saul 1. Shupack. (1991). A króm kémiája és néhány ebből következő analitikai probléma. Értékelés időpontja: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). Króm. Forrás: chemistryexplained.com