- Đặc điểm và tính chất
- Cấu trúc hóa học crom
- Số ôxy hóa
- Cr (-2, -1 và 0)
- Cr (I) và Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) và Cr (V)
- Cr (VI): cặp cromat-dicromat
- Sử dụng Chromium
- Là chất tạo màu hoặc chất màu
- Trong chrome hoặc luyện kim
- Dinh dưỡng
- Nó nằm ở đâu?
- Người giới thiệu
Các crom (Cr) là một nguyên tố kim loại của Tập đoàn 6 (VIB) của bảng tuần hoàn. Hàng tấn kim loại này được sản xuất hàng năm thông qua quá trình khai thác nó từ khoáng cromit của sắt hoặc magiê (FeCr 2 O 4 , MgCr 2 O 4 ), được khử bằng than để thu được kim loại. Nó rất dễ phản ứng, và chỉ trong những điều kiện rất khử thì nó mới ở dạng tinh khiết.
Tên của nó bắt nguồn từ từ 'chroma' trong tiếng Hy Lạp, có nghĩa là màu sắc. Nó được đặt tên như vậy vì màu sắc đa dạng và đậm được thể hiện bởi các hợp chất crom, dù là vô cơ hay hữu cơ; từ chất rắn hoặc dung dịch màu đen sang màu vàng, da cam, lục, tím, lam và đỏ.
Cá sấu Chrome. Cá sấu mô hình kim loại Chrome bạc. Nguồn: Maxpixel
Tuy nhiên, màu của chrome kim loại và cacbua của nó có màu xám bạc. Đặc tính này được khai thác trong kỹ thuật mạ crom để tạo cho nhiều cấu trúc ánh bạc lấp lánh (giống như cấu trúc nhìn thấy ở con cá sấu trong hình trên). Do đó, bằng cách "tắm bằng chrome", các miếng được tạo độ bóng và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
Crom trong dung dịch phản ứng nhanh với oxi trong không khí tạo thành oxit. Tùy thuộc vào độ pH và điều kiện oxy hóa của môi trường, nó có thể thu được các số oxy hóa khác nhau, trong đó (III) (Cr 3+ ) là bền nhất. Do đó, crom (III) oxit màu xanh lục (Cr 2 O 3 ) là oxit bền nhất trong số các oxit của nó.
Các oxit này có thể tương tác với các kim loại khác trong môi trường, gây ra, ví dụ, gây ra sắc tố chì đỏ Siberi (PbCrO 4 ). Sắc tố này có màu vàng cam hoặc đỏ (tùy theo độ kiềm của nó), và từ đó nhà khoa học người Pháp Louis Nicolas Vauquelin đã phân lập được đồng kim loại, đó là lý do tại sao ông được trao giải là người phát hiện ra nó.
Các khoáng chất và oxit của nó, cũng như một phần nhỏ của đồng kim loại làm cho nguyên tố này xếp hạng 22 trong số những nguyên tố phong phú nhất trong vỏ trái đất.
Tính chất hóa học của crom rất đa dạng vì nó có thể tạo liên kết với gần như toàn bộ bảng tuần hoàn. Mỗi hợp chất của nó thể hiện màu sắc phụ thuộc vào số oxi hóa, cũng như loài tương tác với nó. Tương tự như vậy, nó tạo liên kết với cacbon, can thiệp vào một số lượng lớn các hợp chất cơ kim.
Đặc điểm và tính chất
Crom là một kim loại bạc ở dạng tinh khiết, có số nguyên tử là 24 và trọng lượng phân tử khoảng 52 g / mol ( 52 Cr, đồng vị bền nhất của nó).
Với các liên kết kim loại bền vững, nó có điểm nóng chảy cao (1907 ºC) và điểm sôi (2671 ºC). Ngoài ra, cấu trúc tinh thể của nó làm cho nó trở thành một kim loại rất đặc (7,19 g / mL).
Nó không phản ứng với nước để tạo thành hydroxit, nhưng nó phản ứng với axit. Nó oxy hóa với oxy trong không khí, nói chung tạo ra oxit cromic, là một chất màu xanh lá cây được sử dụng rộng rãi.
Các lớp oxit này tạo ra cái được gọi là thụ động hóa, bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn thêm, do oxy không thể xâm nhập vào xoang kim loại.
Cấu hình điện tử của nó là 4s 1 3d 5 , với tất cả các điện tử không ghép đôi, và do đó, nó thể hiện tính chất thuận từ. Tuy nhiên, sự giao phối của spin điện tử có thể xảy ra nếu kim loại chịu nhiệt độ thấp, có được các đặc tính khác như phản từ tính.
Cấu trúc hóa học crom
Bởi PNG gốc của Daniel Mayer, DrBob, được truy nguyên trong Inkscape bởi Người dùng: Stannered (Cấu trúc pha lê), qua Wikimedia Commons
Cấu tạo của kim loại crom là gì? Ở dạng tinh khiết, crom có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối (cc hoặc bcc). Điều này có nghĩa là nguyên tử crom nằm ở trung tâm của một khối lập phương, mà các cạnh của nó bị chiếm bởi các crom khác (như trong hình trên).
Cấu trúc này là nguyên nhân làm cho crom có điểm nóng chảy và sôi cao, cũng như độ cứng cao. Các nguyên tử đồng xen phủ các obitan s và d của chúng để tạo thành các vùng dẫn theo lý thuyết vùng.
Như vậy, cả hai dải đều đầy một nửa. Tại sao? Vì cấu hình điện tử của nó là 4s 1 3d 5 và là quỹ đạo s, nó có thể chứa hai điện tử và mười obitan d. Khi đó, chỉ một nửa số dải được hình thành bởi sự xen phủ của chúng bị chiếm bởi các electron.
Với hai quan điểm - cấu trúc tinh thể và liên kết kim loại - nhiều tính chất vật lý của kim loại này có thể được giải thích trên lý thuyết. Tuy nhiên, cả hai đều không giải thích tại sao crom có thể có nhiều trạng thái hoặc số oxy hóa khác nhau.
Điều này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về tính ổn định của nguyên tử đối với spin điện tử.
Số ôxy hóa
Vì cấu hình electron của crom là 4s 1 3d 5 nên nó có thể nhận được tối đa một hoặc hai electron (Cr 1– và Cr 2– ), hoặc mất chúng để nhận các số oxi hóa khác nhau.
Vì vậy, nếu crom mất một electron, nó sẽ là 4s 0 3d 5 ; nếu anh ta thua ba, 4s 0 3d 3 ; và nếu nó mất tất cả chúng, hoặc những gì giống nhau, nó sẽ là đẳng điện tử đối với argon.
Chromium không mất hoặc nhận electron chỉ bằng ý thích: phải có một loài cho hoặc nhận chúng để đi từ số oxi hóa này sang số oxi hóa khác.
Crom có các số oxi hóa sau: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, và +6. Trong số này, +3, Cr 3+ , là chất ổn định nhất và do đó chiếm ưu thế hơn cả; tiếp theo là +6, Cr 6+ .
Cr (-2, -1 và 0)
Chromium rất ít có khả năng thu được các electron, vì nó là một kim loại, và do đó bản chất của nó là tặng chúng. Tuy nhiên, nó có thể phối hợp với các phối tử, tức là các phân tử tương tác với tâm kim loại thông qua một liên kết âm.
Một trong những chất được biết đến nhiều nhất là carbon monoxide (CO), tạo thành hợp chất hexacarbonyl của crom.
Hợp chất này có công thức phân tử Cr (CO) 6 , và vì các phối tử là trung tính và không cung cấp bất kỳ điện tích nào nên Cr có số oxi hóa bằng 0.
Điều này cũng có thể được quan sát thấy trong các hợp chất cơ kim khác như bis (benzen) crom. Trong trường hợp thứ hai, crom được bao quanh bởi hai vòng benzen trong một cấu trúc phân tử giống như bánh sandwich:
Bởi Ben Mills, từ Wikimedia Commons
Nhiều hợp chất Cr (0) khác có thể phát sinh từ hai hợp chất cơ kim này.
Các muối được tìm thấy khi chúng tương tác với các cation natri, điều này có nghĩa là Cr phải có số oxi hóa âm để thu hút các điện tích dương: Cr (-2), Na 2 và Cr (-1), Na 2 .
Cr (I) và Cr (II)
Cr (I) hoặc Cr 1+ được tạo ra bởi quá trình oxy hóa các hợp chất cơ kim vừa mô tả. Điều này đạt được bằng cách oxy hóa các phối tử, chẳng hạn như CN hoặc NO, do đó tạo thành, ví dụ, hợp chất K 3 .
Ở đây thực tế là có ba cation K + ngụ ý rằng phức crom có ba điện tích âm; tương tự như vậy phối tử CN - đóng góp năm điện tích âm, do đó giữa Cr và NO chúng phải thêm hai điện tích dương (-5 + 2 = -3).
Nếu NO là trung tính thì đó là Cr (II), còn nếu mang điện tích dương (NO + ) thì là Cr (I).
Mặt khác, các hợp chất Cr (II) có nhiều hơn, trong số đó có các hợp chất sau: crom (II) clorua (CrCl 2 ), axetat crom (Cr 2 (O 2 CCH 3 ) 4 ), crom oxit ( II) (CrO), crom (II) sunfua (CrS), v.v.
Cr (III)
Tất nhiên, nó là chất có độ ổn định lớn nhất, vì trên thực tế, nó là sản phẩm của nhiều phản ứng oxy hóa của các ion cromat. Có lẽ sự ổn định của nó là do cấu hình điện tử d 3 của nó , trong đó ba electron chiếm ba obitan d năng lượng thấp hơn so với hai electron còn lại có năng lượng cao hơn (quỹ đạo d nhân đôi).
Hợp chất tiêu biểu nhất của số oxi hóa này là crom (III) oxit (Cr 2 O 3 ). Tùy thuộc vào các phối tử phối hợp với nó, phức chất sẽ thể hiện màu này hay màu khác. Ví dụ về các hợp chất này là: Cl, Cr (OH) 3 , CrF 3 , 3+ , v.v.
Mặc dù thoạt nhìn không thể hiện công thức hóa học, nhưng crom thường có hình cầu phối trí bát diện trong phức chất của nó; nghĩa là, nó nằm ở trung tâm của một khối bát diện, nơi các đỉnh của nó được định vị bởi các phối tử (tổng cộng là sáu).
Cr (IV) và Cr (V)
Các hợp chất mà Cr 5+ tham gia là rất ít, do tính không ổn định điện tử của nguyên tử nói trên, ngoài ra nó còn dễ bị oxy hóa thành Cr 6+ , bền hơn nhiều vì nó là đẳng điện tử đối với khí argon.
Tuy nhiên, hợp chất Cr (V) có thể được tổng hợp trong những điều kiện nhất định, chẳng hạn như áp suất cao. Tương tự như vậy, chúng có xu hướng phân hủy ở nhiệt độ vừa phải, điều này làm cho các ứng dụng khả thi của chúng không thể thực hiện được vì chúng không có khả năng chịu nhiệt. Một số trong số chúng là: CrF 5 và K 3 (O 2 2- là anion peroxit).
Mặt khác, Cr 4+ tương đối bền hơn, có thể tổng hợp các hợp chất halogen của nó: CrF 4 , CrCl 4 và CrBr 4 . Tuy nhiên, chúng cũng dễ bị phân hủy bởi các phản ứng oxy hóa khử để tạo ra các nguyên tử crom có số oxy hóa tốt hơn (như +3 hoặc +6).
Cr (VI): cặp cromat-dicromat
2 2- + 2H + (Vàng) => 2- + H 2 O (Cam)
Phương trình trên tương ứng với sự đime hóa axit của hai ion cromat để tạo ra đicromat. Sự thay đổi pH gây ra sự thay đổi trong các tương tác xung quanh tâm kim loại của Cr 6+ , cũng thể hiện rõ ở màu sắc của dung dịch (từ vàng sang da cam hoặc ngược lại). Đicromat bao gồm một cầu O 3 Cr-O-CrO 3 .
Các hợp chất Cr (VI) có đặc điểm là có hại, thậm chí gây ung thư cho cơ thể người và động vật.
Làm sao? Các nghiên cứu cho rằng các ion CrO 4 2- đi qua màng tế bào nhờ tác động của các protein vận chuyển sulfat (cả hai ion trên thực tế có kích thước tương tự nhau).
Các chất khử trong tế bào làm giảm Cr (VI) thành Cr (III), chất này tích tụ bằng cách phối hợp không thể đảo ngược với các vị trí cụ thể trên các đại phân tử (chẳng hạn như DNA).
Một khi tế bào bị ô nhiễm bởi lượng crôm dư thừa, nó không thể rời đi do thiếu cơ chế vận chuyển nó trở lại qua màng.
Sử dụng Chromium
Là chất tạo màu hoặc chất màu
Chromium có nhiều ứng dụng, từ chất tạo màu cho các loại vải khác nhau, đến chất bảo vệ tôn lên các bộ phận kim loại được gọi là mạ crom, có thể được làm bằng kim loại nguyên chất hoặc với các hợp chất Cr (III) hoặc Cr (VI).
Ví dụ, cromic florua (CrF 3 ) được sử dụng làm chất tạo màu cho vải len; cromic sunfat (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), được sử dụng để tạo màu cho men, gốm sứ, sơn, mực, vecni, và cũng được sử dụng để mạ crôm kim loại; và oxit cromic (Cr 2 O 3 ) cũng được sử dụng khi cần có màu xanh lá cây hấp dẫn.
Do đó, bất kỳ khoáng chất crom nào có màu sắc đậm đều có thể làm ố một cấu trúc, nhưng sau đó thực tế phát sinh liệu các hợp chất này có nguy hiểm hay không đối với môi trường hoặc sức khỏe của cá nhân.
Trên thực tế, đặc tính độc của nó được dùng để bảo quản gỗ và các bề mặt khác khỏi bị côn trùng tấn công.
Trong chrome hoặc luyện kim
Một lượng nhỏ crom cũng được thêm vào thép để tăng cường chống oxy hóa và cải thiện độ sáng bóng của nó. Điều này là do thực tế là nó có khả năng tạo thành cacbua hơi xám (Cr 3 C 2 ) rất bền khi phản ứng với oxy trong không khí.
Vì chrome có thể được đánh bóng thành bề mặt bóng, nên chrome có thiết kế và màu sắc bạc như một sự thay thế rẻ hơn cho những mục đích này.
Dinh dưỡng
Một số tranh luận liệu crom có thể được coi là một nguyên tố thiết yếu, tức là không thể thiếu trong chế độ ăn uống hàng ngày hay không. Nó có trong một số loại thực phẩm với nồng độ rất nhỏ, chẳng hạn như lá xanh và cà chua.
Tương tự như vậy, có những chất bổ sung protein giúp điều chỉnh hoạt động của insulin và thúc đẩy sự phát triển của cơ bắp, như trường hợp của polynicotinate crom.
Nó nằm ở đâu?
Nguồn: Pixabay
Chromium được tìm thấy trong nhiều loại khoáng chất và đá quý như hồng ngọc và ngọc lục bảo. Khoáng chất chính mà crom được chiết xuất từ đó là cromit (MCr 2 O 4 ), trong đó M có thể là bất kỳ kim loại nào khác có liên kết với crom oxit. Các mỏ này có rất nhiều ở Nam Phi, Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ, Phần Lan, Brazil và các nước khác.
Mỗi nguồn có một hoặc nhiều biến thể chromite. Theo cách này, đối với mỗi M (Fe, Mg, Mn, Zn, v.v.) một khoáng chất crom khác nhau phát sinh.
Để tách được kim loại, cần phải khử khoáng, tức là làm cho tâm kim loại crom thu được các electron bằng tác dụng của chất khử. Điều này được thực hiện bằng carbon hoặc nhôm:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO
Ngoài ra, chromite (PbCrO 4 ) cũng được tìm thấy.
Nói chung, trong bất kỳ khoáng chất nào mà ion Cr 3+ có thể thay thế cho Al 3+ , cả hai đều có bán kính ion hơi giống nhau, nó tạo thành tạp chất dẫn đến một nguồn tự nhiên khác của kim loại tuyệt vời nhưng có hại này.
Người giới thiệu
- Tenenbaum E. Crom. Lấy từ: chemistry.pomona.edu
- Wikipedia. (2018). Chromium. Lấy từ: en.wikipedia.org
- Tiến sĩ Anne Marie Helmenstine (Ngày 6 tháng 4 năm 2018). Sự khác biệt giữa Chrome và Chromium là gì? Lấy từ: thinkco.com
- NV Mandich. (1995). Hóa học của Crom. . Lấy từ: citeseerx.ist.psu.edu
- Hóa học LibreTexts. Hóa học của Crom. Lấy từ: chem.libretexts.org
- Saul 1. Shupack. (1991). Hóa học của Chromium và một số vấn đề phân tích kết quả. Đánh giá từ: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). Chromium. Lấy từ: chemistryexplained.com