- Ominaisuudet ja ominaisuudet
- Kromin kemiallinen rakenne
- Hapetusnumero
- Cr (-2, -1 ja 0)
- Cr (I) ja Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) ja Cr (V)
- Cr (VI): kromaatti-dikromaattipari
- Kromi käyttää
- Väriaineena tai pigmentteinä
- Kromissa tai metallurgiassa
- ravinto-
- Missä se sijaitsee?
- Viitteet
Kromi (Cr) on metallinen elementti Ryhmä 6 (VIB) jaksollisen. Tonnia tämän metallin tuotetaan vuosittain kautta uuttamalla kromiitin mineraali rautaa tai magnesiumia (FeCr 2 O 4, MgCr 2 O 4), jotka pelkistetään hiilen saamiseksi metalli. Se on erittäin reaktiivinen, ja se on puhtaassa muodossaan vain hyvin pelkistävissä olosuhteissa.
Sen nimi on johdettu kreikan sanasta ”chroma”, joka tarkoittaa väriä. Sille annettiin tämä nimi, koska kromiyhdisteissä oli epäorgaanisia tai orgaanisia monivaiheisia ja voimakkaita värejä; mustista kiinteistä aineista tai liuoksista keltaiseksi, oranssiksi, vihreäksi, violetiksi, siniseksi ja punaiseksi.
Kromi krokotiili. Hopea krokotiilin kromimetallimaligaattori. Lähde: Maxpixel
Metallisen kromin ja sen karbidien väri on kuitenkin hopeanharmaa. Tätä ominaisuutta hyödynnetään kromipinnoitusmenetelmässä antamaan monille rakenteille hopeakiiltoja (kuten yllä olevan kuvan krokotiilissa nähdyt). Siten "kromilla uimalla" kappaleet saavat kiiltävän ja kestävät hyvin korroosiota.
Liuoksessa oleva kromi reagoi nopeasti ilman hapen kanssa muodostaen oksideja. Väliaineen pH: sta ja hapetusolosuhteista riippuen se voi saada erilaisia hapetuslukuja, jolloin (III) (Cr 3+) on vakain kaikista. Näin ollen vihreä kromi (III) oksidi (Kr 2 O 3) on vakain sen oksideja.
Nämä oksidit voivat olla vuorovaikutuksessa muiden ympäristössä olevien metallien kanssa aiheuttaen esimerkiksi Siperian punaisen lyijyn pigmentin (PbCrO 4). Tämä pigmentti on keltaoranssia tai punainen (sen alkalisuuden mukaan), ja siitä ranskalainen tutkija Louis Nicolas Vauquelin eristi metallisen kuparin, minkä vuoksi hänelle myönnetään sen löytäjä.
Sen mineraalit ja oksidit samoin kuin pieni osa metallista kuparia tekevät tästä alkuaineesta 22. maapallon kuoren yleisimmän luettelon.
Kromin kemia on hyvin monimuotoinen, koska se voi muodostaa sidoksia lähes koko jaksollisen taulukon kanssa. Jokaisella sen yhdisteellä on värejä, jotka riippuvat hapettumismäärästä, sekä lajeista, jotka ovat vuorovaikutuksessa sen kanssa. Samoin se muodostaa sidoksia hiilen kanssa, ja se puuttuu lukuisiin organometalliyhdisteisiin.
Ominaisuudet ja ominaisuudet
Kromi on hopeanhohtoinen metalli puhtaassa muodossaan, jonka atominumero on 24 ja molekyylipaino noin 52 g / mol (52 Cr, sen vakain isotooppi).
Koska sillä on vahvat metallisidokset, sillä on korkea sulamispiste (1907 ºC) ja kiehumispiste (2671 ºC). Lisäksi sen kiteinen rakenne tekee siitä erittäin tiheän metallin (7,19 g / ml).
Se ei reagoi veden kanssa muodostaen hydroksideja, mutta reagoi happojen kanssa. Se hapettuu ilman hapen kanssa, jolloin muodostuu yleensä kromioksidia, joka on laajalti käytetty vihreä pigmentti.
Nämä oksidikerrokset muodostavat niin kutsutun passivoinnin, suojaten metallia lisäkorroosiolta, koska happi ei pääse tunkeutumaan metallin sinukseen.
Sen elektroninen kokoonpano on 4s 1 3d 5, kaikkien elektronien ollessa parittomia, ja siksi sillä on paramagneettiset ominaisuudet. Elektronisten spinien pariutuminen voi kuitenkin tapahtua, jos metalli altistetaan matalille lämpötiloille, jolloin saadaan muita ominaisuuksia, kuten antiferromagnetiikka.
Kromin kemiallinen rakenne
Alkuperäiset PNB: t, kirjoittanut Daniel Mayer, DrBob, jäljitettävä Inkscapessa käyttäjän mukaan: Stannered (kristallirakenne), Wikimedia Commonsin kautta
Mikä on kromimetallin rakenne? Kromilla on puhtaassa muodossa kehonkeskeinen kuutiokiteinen rakenne (cc tai bcc). Tämä tarkoittaa, että kromiatomi sijaitsee kuution keskellä, jonka reunat ovat muiden kromien varassa (kuten yllä olevassa kuvassa).
Tämä rakenne on vastuussa kromista, jolla on korkeat sulamis- ja kiehumispisteet sekä korkea kovuus. Kupariatomit ovat päällekkäin s- ja d-orbitaaliensa kanssa muodostaen kaistausteorian mukaan johtavuuskaistat.
Siten molemmat bändit ovat puoliksi täynnä. Miksi? Koska sen elektroninen kokoonpano on 4s 1 3d 5 ja s-kiertoradalla se voi tallettaa kaksi elektronia, ja d-kiertoradat kymmenen. Sitten vain puolet niiden päällekkäisyyksien muodostamista kaistoista on elektronien käytössä.
Näillä kahdella näkökulmalla - kiteinen rakenne ja metallisidos - monet tämän metallin fysikaaliset ominaisuudet voidaan selittää teoriassa. Kumpikaan ei kuitenkaan selitä miksi kromilla voi olla erilaisia hapetustiloja tai lukuja.
Tämä vaatisi perusteellista ymmärtämistä atomin stabiilisuudesta suhteessa elektronisiin pyöriin.
Hapetusnumero
Koska kromin elektronikonfiguraatio on 4s 1 3d 5, se voi saada jopa yhden tai kaksi elektronia (Cr 1– ja Cr 2–) tai menettää ne saadakseen erilaisia hapetuslukuja.
Siten, jos kromi menettää elektronin, se olisi 4s 0 3d 5; jos hän menettää kolme, 4s 0 3d 3; ja jos se menettää ne kaikki tai mikä on samaa, se olisi isoelektroninen argonille.
Kromi ei menetä tai saa elektronia pelkällä kapinallisella: on oltava laji, joka lahjoittaa tai hyväksyy ne siirtyäkseen hapetuslukemasta toiseen.
Kromilla on seuraavat hapetusluvut: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 ja +6. Näistä +3, Cr 3+ on vakain ja siten hallitseva kaikista; jota seuraa +6, Cr 6+.
Cr (-2, -1 ja 0)
Kromilla on epätodennäköistä, että se saa elektronia, koska se on metalli, ja siksi sen luonne on luovuttaa niitä. Se voi kuitenkin koordinoida ligandien, toisin sanoen molekyylien, jotka ovat vuorovaikutuksessa metallikeskuksen kanssa aktiivisen sidoksen kautta.
Yksi tunnetuimmista on hiilimonoksidi (CO), joka muodostaa kromin heksakarbonyyliyhdisteen.
Tällä yhdisteellä on molekyylikaava Cr (CO) 6, ja koska ligandit ovat neutraaleja eivätkä anna mitään varausta, niin Cr: n hapetusluku on 0.
Tämä voidaan havaita myös muissa organometallisissa yhdisteissä, kuten bis (bentseeni) kromissa. Viimeksi mainitussa kromia ympäröivät kaksi bentseenirengasta kerrosmaisessa molekyylirakenteessa:
Kirjoittanut Ben Mills, Wikimedia Commonsista
Näistä kahdesta organometallisesta yhdisteestä voi syntyä monia muita Cr (0) -yhdisteitä.
Suolat on havaittu, jossa ne ovat vuorovaikutuksessa natriumkationeja, mikä tarkoittaa, että Kr on oltava negatiivinen hapetusluku houkutella positiivisten varausten: Cr (-2), Na 2 ja Kr (-1), Na 2.
Cr (I) ja Cr (II)
Cr (I) tai Cr1 + tuotetaan hapettamalla juuri kuvattuja organometallisia yhdisteitä. Tämä saavutetaan hapettamalla ligandit, kuten CN tai NO, muodostaen täten esimerkiksi, yhdiste K 3.
Tässä se, että K + -kationeja on kolme, merkitsee, että kromikompleksilla on kolme negatiivista varausta; samoin ligandi CN - osallistuu viiteen negatiiviseen varaukseen, joten Cr: n ja NO: n väliin niiden on lisättävä kaksi positiivista varausta (-5 + 2 = -3).
Jos NO on neutraali, niin se on Cr (II), mutta jos sillä on positiivinen varaus (NO +), niin se on Cr (I).
Toisaalta Cr (II) -yhdisteitä on runsaammin, muun muassa seuraavia: kromi (II) kloridi (CrCl 2), kromiasetaatti (Cr 2 (O 2 CCH 3) 4), kromioksidi (II) (CrO), kromi (II) sulfidi (CrS) ja enemmän.
Cr (III)
Se on sellainen, jolla on suurin stabiilisuus kaikista, koska se on itse asiassa monien kromaatti-ionien oksidatiivisten reaktioiden tuote. Ehkä sen vakaus johtuu sen d 3 elektroninen kokoonpano, jossa kolme elektroneja miehittää kolme alemman energian d orbitaaleja verrattuna muihin kaksi energinen niistä (d-orbital kaksinkertaistuminen).
Kaikkein edustava yhdiste tämä hapettumisen määrä on kromi (III) oksidi (Kr 2 O 3). Kompleksissa on yksi tai toinen väri sen mukaan, mitkä ligandit sitä koordinoivat. Esimerkkejä näistä yhdisteistä ovat: Cl, Cr (OH) 3, CRF 3, 3+, jne.
Vaikka kemiallinen kaava ei osoita sitä ensi silmäyksellä, kromin komplekseissa on yleensä oktaedrinen koordinaatiopallo; toisin sanoen se sijaitsee oktaaedrin keskellä, missä sen huiput sijaitsevat ligandien (yhteensä kuusi).
Cr (IV) ja Cr (V)
Yhdisteitä, joissa Cr 5+ osallistuu, on hyvin vähän, johtuen mainitun atomin elektronisesta epävakaudesta, sen lisäksi, että se hapettuu helposti Cr 6 +: ksi, paljon vakaammiksi, koska se on isoelektroninen jalokaasun argonin suhteen.
Cr (V) -yhdisteitä voidaan kuitenkin syntetisoida tietyissä olosuhteissa, kuten korkeapaine. Samoin niillä on taipumus hajota kohtuullisissa lämpötiloissa, mikä tekee niiden mahdollisista käytöistä mahdottoman, koska niillä ei ole lämpövastusta. Jotkut niistä ovat: CRF 5 ja K 3 (O 2 2 on peroksidianioni).
Toisaalta, Kr 4+ on suhteellisen vakaa, joka kykenee syntetisoimaan sen halogenoidut yhdisteet: CRF 4, CrCI 4 ja CrBr 4. Ne ovat kuitenkin alttiita hajoamaan redox-reaktioilla tuottamaan parempia hapetuslukuja (kuten +3 tai +6) sisältäviä kromiatomeja.
Cr (VI): kromaatti-dikromaattipari
2 2- + 2H + (keltainen) => 2- + H 2 O (oranssi)
Yllä oleva yhtälö vastaa kahden kromaatti-ionin happodimerointia dikromaatin tuottamiseksi. PH: n vaihtelu aiheuttaa muutoksen vuorovaikutuksessa Cr 6+: n metallisen keskuksen ympärillä, mikä käy ilmi myös liuoksen väristä (keltaisesta oranssiin tai päinvastoin). Dikromaatti koostuu O 3 Cr-O-CrO 3 -sillasta.
Cr (VI) -yhdisteillä on ominaisuuksia, että ne ovat haitallisia ja jopa syöpää aiheuttavia ihmiskeholle ja eläimille.
Miten? Tutkimukset väittävät, että CrO 4 2- ionien syötön solukalvojen vaikutuksesta sulfaatti-kuljettavat proteiinit (molemmat ionit ovat itse asiassa samanlaisia kooltaan).
Pelkistävät aineet soluissa pelkistävät Cr (VI) Cr (III): ksi, joka kerääntyy palautuessaan palautumattomasti yhteen makromolekyylien tiettyihin kohtiin (kuten DNA).
Kun solu on saastunut ylimäärällä kromia, se ei voi poistua, koska mekanismin puute kuljettaa sitä takaisin kalvojen läpi.
Kromi käyttää
Väriaineena tai pigmentteinä
Kromilla on laaja käyttösovellus, erityyppisten kankaiden väriaineista aina suojalaitteisiin, jotka koristavat metalliosia, eli kromipinnoitusta, joka voidaan valmistaa puhtaalla metallilla tai Cr (III) -yhdisteillä tai Cr (VI).
Esimerkiksi kromifluoridia (CrF 3) käytetään väriaineena villakankaisiin; kromisulfaatti (Cr 2 (SO 4) 3), käytetään emalien, keramiikan, maalien, musteiden, lakkojen väritykseen, ja se toimii myös kromimetallien valmistukseen; ja kromioksidi (Cr 2 O 3) löytyy myös käytöstä, jos sen houkutteleva vihreä väri vaaditaan.
Siksi jokaiselle voimakkaasti väriltään kromimineraalille voidaan määrätä värjäämään rakenne, mutta sen jälkeen käy ilmi, ovatko nämä yhdisteet vaarallisia ympäristölle tai yksilöiden terveydelle.
Itse asiassa sen myrkyllisiä ominaisuuksia käytetään puun ja muiden pintojen suojaamiseen hyönteisten hyökkäyksiltä.
Kromissa tai metallurgiassa
Teräkseen lisätään myös pieniä määriä kromia sen lujittamiseksi hapettumiselta ja sen kiillon parantamiseksi. Tämä johtuu siitä, että se kykenee muodostamaan harmahtavia karbideja (Cr 3 C 2), jotka ovat erittäin kestäviä reagoidessaan ilman hapen kanssa.
Koska kromi voidaan kiillottaa kiiltäviin pintoihin, kromilla on hopeakuviot ja värit halvempana vaihtoehtona näihin tarkoituksiin.
ravinto-
Jotkut keskustelevat siitä, voidaanko kromia pitää välttämättömänä elementtinä, joka on välttämätöntä päivittäisessä ruokavaliossa. Sitä on joissain elintarvikkeissa hyvin pieninä pitoisuuksina, kuten vihreät lehdet ja tomaatit.
Samoin on proteiinilisäaineita, jotka säätelevät insuliiniaktiivisuutta ja edistävät lihasten kasvua, kuten on kromipolynikotinaatin tapauksessa.
Missä se sijaitsee?
Lähde: Pixabay
Kromia löytyy monista mineraaleista ja helmistä, kuten rubiineista ja smaragdeista. Tärkein mineraali, josta kromia uutetaan, on kromiitti (MCr 2 O 4), missä M voi olla mikä tahansa muu metalli, johon kromioksidi liittyy. Näitä miinoja on runsaasti Etelä-Afrikassa, Intiassa, Turkissa, Suomessa, Brasiliassa ja muissa maissa.
Jokaisessa lähteessä on yksi tai useampi kromi-variantti. Tällä tavoin jokaiselle M: lle (Fe, Mg, Mn, Zn jne.) Syntyy erilainen kromimineraali.
Metallin uuttamiseksi on välttämätöntä pelkistää mineraali, toisin sanoen saada kromimetallikeskus saamaan elektroneja pelkistysaineen vaikutuksesta. Tämä tehdään hiilellä tai alumiinilla:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO
Myös kromiittia (PbCrO 4) löytyy.
Yleensä missä tahansa mineraalissa, jossa Cr 3+ -ioni voi korvata Al 3+: n, molemmilla hiukan samanlaisilla ionisäteillä, se muodostaa epäpuhtauden, joka johtaa tämän hämmästyttävän, mutta haitallisen metallin toiseen luonnolliseen lähteeseen.
Viitteet
- Tenenbaum E. kromi. Otettu: kemia.pomona.edu
- Wikipedia. (2018). Kromi. Kuvannut: en.wikipedia.org
- Anne Marie Helmenstine, FT (6. huhtikuuta 2018). Mitä eroa on Chromella ja Chromiumilla? Kuvannut: thinkco.com
- NV Mandich. (tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäviisi). Kromin kemia.. Kuvannut: citeseerx.ist.psu.edu
- Kemia LibreTexts. Kromin kemia. Otettu: chem.libretexts.org
- Saul 1. Shupack. (1991). Kromin kemia ja jotkut niistä johtuvat analyyttiset ongelmat. Arvioitu: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). Kromi. Otettu: chemistryexplained.com