Chromeigenschaften, Eigenschaften und Verwendungen

Die Chrom (Cr) ist ein metallisches Element der Gruppe 6 (VIB) des Periodensystems. Jährlich werden Tonnen dieses Metalls durch Extraktion des Chromiteisen - oder Magnesiumerzes (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄), die mit Kohle reduziert werden, um das Metall zu erhalten. Es ist sehr reaktiv und nur in sehr reduzierenden Bedingungen ist es in seiner reinen Form.

Sein Name stammt von dem griechischen Wort "Chroma", was Farbe bedeutet. Es wurde dieser Name wegen der vielfachen und intensiven Farben gegeben, die Chromverbindungen, ob anorganisch oder organisch zeigen; von Feststoffen oder schwarzen Lösungen bis zu gelb, orange, grün, violett, blau und rot.

Die Farbe des metallischen Chroms und seiner Carbide ist jedoch graues Silber. Diese Funktion ist in der Technik von Chrom verwendet vielen Blitzen geben Strukturen Silber (wie zu sehen in dem Krokodil oben). So erhalten die Teile "Baden mit Chrom" einen Glanz und eine große Korrosionsbeständigkeit.

Chrom in Lösung reagiert schnell mit Sauerstoff in der Luft zu Oxiden. Abhängig vom pH - Wert und den oxidativen Bedingungen des Mediums können unterschiedliche Oxidationszahlen erhalten werden, wobei die (III) - (Cr³⁺) das stabilste von allen. Als Ergebnis wurde Chrom (III) oxid (Cr₂O₃) Grüne Farbe ist das stabilste seiner Oxide.

Diese Oxide können mit anderen Metallen in der Umgebung in Wechselwirkung treten, beispielsweise aus dem sibirischen roten Bleipigment (PbCrO).₄). Dieses Pigment ist ein gelb-orange oder rot (entsprechend seiner Alkalität), und aus ihr das Französisch Wissenschaftler Louis Nicolas Vauquelin isolierte metallisches Kupfer als Grund seinem Entdecker zugeordnet ist.

Mineralien und Oxide, sowie ein winziger Teil von metallischem Kupfer machen dieses Element die Nummer 22 der am häufigsten der Kruste einnimmt.

Die Chemie von Chrom ist sehr vielfältig, da sie Bindungen mit fast dem gesamten Periodensystem eingehen kann. Jede ihrer Verbindungen zeigt Farben, die von der Anzahl der Oxidation abhängen, sowie die Spezies, die damit wechselwirken. Es bildet auch Bindungen mit Kohlenstoff und interveniert in einer großen Anzahl von organometallischen Verbindungen.

[Inhaltsverzeichnis]

Eigenschaften und Eigenschaften

Chrom ist ein Silbermetall in reiner Form mit einer Ordnungszahl von 24 und einem Molekulargewicht von etwa 52 g / mol (⁵²Cr, sein stabilstes Isotop).

Angesichts seiner starken Metallbindungen hat es hochschmelzende (1907 ° C) und kochende (2671 ° C) Punkte. Auch seine kristalline Struktur macht es zu einem sehr dichten Metall (7,19 g / ml).

Es reagiert nicht mit Wasser zu Hydroxiden, aber es reagiert mit Säuren. Es wird mit Sauerstoff aus der Luft oxidiert, wobei gewöhnlich Chromoxid erzeugt wird, welches ein weit verbreitetes Grünpigment ist.

Diese Oxidschichten erzeugen das, was bekannt ist als Passivierungdas Metall vor weiterer Korrosion schützen, da Sauerstoff nicht in den Metallbus eindringen kann.

Seine elektronische Konfiguration ist [Ar] 4s¹3d⁵mit allen ungepaarten Elektronen und weist daher paramagnetische Eigenschaften auf. Die Paarung elektronischer Spins kann jedoch auftreten, wenn das Metall niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird und andere Eigenschaften wie Antiferromagnetismus erhalten.

Index

• 1 Eigenschaften und Eigenschaften
• 2 Chemische Struktur von Chrom
• 3 Oxidationsnummer
  • 3.1 Cr (-2, -1 und 0)
  • 3.2 Cr (I) und Cr (II)
  • 3.3 Cr (III)
  • 3.4 Cr (IV) und Cr (V)
  • 3.5 Cr (VI): das Chromat-Dichromat-Paar
• 4 Verwendung von Chrom
  • 4.1 Als Farbstoff oder Pigmente
  • 4.2 In Chrom oder Metallurgie
  • 4.3 Ernährungs
• 5 Wo ist es?
• 6 Referenzen

Chemische Struktur von Chrom

Wie ist die Struktur des Chrommetalls? In seiner reinen Form annimmt Chrom eine zentrierte kubische Kristallstruktur in dem Körper (cc oder Bcc, durch seine Abkürzung). Das bedeutet, daß das Chromatom in der Mitte eines Würfels angeordnet ist, deren Ränder von anderen Handelskarten belegt sind (wie im Bild oben).

Diese Struktur ist dafür verantwortlich, dass das Chrom hohe Schmelz- und Siedepunkte sowie eine hohe Härte aufweist. Die Kupferatome überlappen ihre s- und d-Orbitale, um gemäß der Bandtheorie Leitungsbänder zu bilden.

Somit sind beide Bänder halb voll. Warum? Weil seine elektronische Konfiguration [Ar] 4s ist¹3d⁵ und wie das Orbital s zwei Elektronen halten kann, und die Orbitale d zehn. Dann sind nur die Hälfte der durch ihre Überlappungen gebildeten Banden von Elektronen besetzt.

Mit diesen beiden Perspektiven - der kristallinen Struktur und der Metallbindung - lassen sich viele der physikalischen Eigenschaften dieses Metalls theoretisch erklären. Weder erklärt jedoch, warum Chrom mehrere Oxidationszustände oder -zahlen haben kann.

Dies würde ein tiefes Verständnis der Stabilität des Atoms in Bezug auf elektronische Spins erfordern.

Oxidationsnummer

Weil die elektronische Konfiguration des Chroms [Ar] 4s ist¹3d⁵ kann bis zu ein oder zwei Elektronen verdienen (Cr^1- und Cr^2-), oder verliere sie, um verschiedene Oxidationszahlen zu erhalten.

Wenn also das Chrom ein Elektron verliert, wäre es wie [Ar] 4s⁰3d⁵; wenn er drei verliert, [Ar] 4s⁰3d³; und wenn er sie alle verliert, wäre [Ar] oder was gleich ist, isoelektronisch zu Argon.

Chrom verliert nicht oder verliert Elektronen durch bloße Willkür: Es muss eine Spezies geben, die spendet oder sie akzeptiert, um von einer Oxidationszahl zur nächsten zu gelangen.

Chrom hat die folgenden Oxidationszahlen: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 und +6. Von ihnen die +3, Cr³⁺, ist das stabilste und daher vorherrschende von allen; gefolgt von +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 und 0)

Es ist sehr unwahrscheinlich, dass Chrom Elektronen gewinnt, weil es ein Metall ist, und deshalb ist es seine Natur, sie zu spenden. Es kann jedoch mit Liganden koordiniert werden, d. H. Mit Molekülen, die über eine Dativverbindung mit dem Metallzentrum wechselwirken.

Eines der bekanntesten ist Kohlenmonoxid (CO), das die Hexacarbonylverbindung von Chrom bildet.

Diese Verbindung hat eine molekulare Formel Cr (CO)₆und da die Liganden neutral sind und keine Ladung liefern, hat das Cr eine Oxidationszahl von 0.

Dies kann auch in anderen metallorganischen Verbindungen wie Bis (benzol) chrom beobachtet werden. In letzterem ist Chrom von zwei Benzolringen in einer Molekularstruktur vom Sandwich-Typ umgeben:

Von diesen zwei organometallischen Verbindungen können viele andere Cr (0) entstehen.

Salze wurden gefunden, wo sie mit Natriumkationen interagieren, was impliziert, dass das Cr eine negative Oxidationszahl haben muss, um positive Ladungen anzuziehen: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] und Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) und Cr (II)

Das Cr (I) oder Cr¹⁺ es wird durch die Oxidation der eben beschriebenen organometallischen Verbindungen erzeugt. Dies wird durch oxidierende Liganden, wie CN oder NO, erreicht, wodurch beispielsweise Verbindung K gebildet wird₃[Cr (CN)₅NEIN]

Hier die Tatsache, drei K-Kationen zu haben⁺ impliziert, dass der Chromkomplex drei negative Ladungen hat; ebenso der CN-Ligand^- liefert fünf negative Ladungen, so dass zwischen dem Cr und dem NO zwei positive Ladungen addiert werden müssen (-5 + 2 = -3).

Wenn das NO neutral ist, dann ist es Cr (II), aber es hat eine positive Ladung (NO⁺), ist in diesem Fall Cr (I).

Auf der anderen Seite sind die Verbindungen von Cr (II) häufiger vorhanden, darunter die folgenden: Chrom (II) chlorid (CrCl & sub2;)₂), Chromacetat (Cr₂(O.₂CCH₃)₄), Chrom (II) -oxid (CrO), Chrom (II) -sulfid (CrS) und andere.

Cr (III)

Von allen ist es eine größere Stabilität, weil es tatsächlich das Produkt vieler Oxidationsreaktionen der Chromationen ist. Vielleicht ist seine Stabilität aufgrund seiner elektronischen Konfiguration³, in der drei Elektronen drei d-Orbitale mit geringerer Energie besetzen als die anderen zwei energiereicheren (spaltende d-Orbitale).

Die repräsentativste Verbindung dieser Oxidationszahl ist Chrom (III) oxid (Cr₂O₃). Abhängig von den Liganden, die damit koordiniert sind, wird der Komplex die eine oder andere Farbe aufweisen. Beispiele für diese Verbindungen sind: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺usw.

Obwohl die chemische Formel es nicht auf den ersten Blick zeigt, hat Chrom gewöhnlich eine oktaedrische Koordinationssphäre in seinen Komplexen; das heißt, es befindet sich in der Mitte eines Oktaeders, wo seine Scheitelpunkte (insgesamt sechs) positioniert sind.

Cr (IV) und Cr (V)

Die Verbindungen, an denen Cr beteiligt ist⁵⁺ Aufgrund der elektronischen Instabilität dieses Atoms sind sie sehr selten, daneben wird es leicht zu Cr oxidiert⁶⁺, viel stabiler, um in Bezug auf Argon-Edelgas isoelektronisch zu sein.

Cr (V) -Verbindungen können jedoch unter bestimmten Bedingungen, wie hohem Druck, synthetisiert werden. Außerdem neigen sie dazu, sich bei moderaten Temperaturen zu zersetzen, was ihre möglichen Anwendungen unmöglich macht, da sie keinen thermischen Widerstand aufweisen. Einige von ihnen sind: CrF₅ und K₃[Cr (O₂)₄] (der O₂^2- ist das Peroxidanion).

Auf der anderen Seite der Cr⁴⁺ Es ist relativ stabiler, in der Lage, seine halogenierten Verbindungen zu synthetisieren: CrF₄, CrCl₄ und CrBr₄. Sie sind jedoch auch anfällig für eine Zersetzung durch Redoxreaktionen, um Chromatome mit besseren Oxidationszahlen (wie +3 oder +6) zu erzeugen.

Cr (VI): das Chromat-Dichromat-Paar

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺ (Gelb) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (Orange)

Die obige Gleichung entspricht der Säuredimerisierung von zwei Chromationen, um Dichromat zu erzeugen. Die Variation des pH-Wertes verursacht eine Änderung der Wechselwirkungen um das metallische Zentrum von Cr herum⁶⁺, auch in der Farbe der Lösung (von gelb nach orange oder umgekehrt). Dichromat besteht aus einer Brücke O₃Cr-O-CrO₃.

Die Verbindungen von Cr (VI) haben die Eigenschaft, für den menschlichen Körper und die Tiere schädlich und sogar krebserzeugend zu sein.

Wie? Studien argumentieren, dass CrO-Ionen₄^2- Sie durchqueren die Zellmembranen durch die Wirkung der Proteine, die Sulfate transportieren (beide Ionen haben tatsächlich ähnliche Größen).

Die Reduktionsmittel in den Zellen reduzieren Cr (VI) zu Cr (III), das sich anhäuft, wenn sie irreversibel an spezifische Stellen von Makromolekülen (wie DNA) koordiniert sind.

Verunreinigt die Zelle durch einen Überschuss des Chroms, kann dieses aufgrund des Mangels an Mechanismen, die es zurück durch die Membranen transportieren, nicht verlassen werden.

Chrome verwendet

Als ein Farbstoff oder Pigmente

Chrom hat eine breite Palette von Anwendungen, vom Färben für verschiedene Arten von Stoffen, bis zum Schutz, der Metallteile im so genannten Chrom, das mit reinem Metall hergestellt werden kann, oder mit Verbindungen von Cr (III) oder Cr (VI).

Chromfluorid (CrF)₃) wird beispielsweise als Färbemittel für Wollstoffe verwendet; Chromsulfat (Cr₂(SO₄)₃), wird verwendet, um Emaille, Keramik, Farben, Tinten, Lacke zu färben, und dient auch zum Chromieren von Metallen; und Chromoxid (Cr₂O₃) findet auch dort Verwendung, wo seine attraktive grüne Farbe benötigt wird.

Daher kann jedes Chrommineral mit intensiven Farben dazu bestimmt sein, eine Struktur zu färben, aber danach tritt die Tatsache auf, ob diese Verbindungen für die Umwelt oder für die Gesundheit der Individuen gefährlich sind oder nicht.

In der Tat werden seine giftigen Eigenschaften verwendet, um Holz und andere Oberflächen vor Insektenbefall zu schützen.

In verchromter oder metallurgischer Ausführung

Außerdem werden dem Stahl geringe Mengen Chrom zugesetzt, um ihn gegen Oxidation zu stärken und seine Helligkeit zu verbessern. Dies liegt daran, dass es in der Lage ist, gräuliche Carbide (Cr₃C₂) sehr resistent bei der Reaktion mit Sauerstoff in der Luft.

Da Chrom poliert werden kann, um glänzende Oberflächen zu erhalten, sind verchromte Silberdesigns und Farben eine preiswertere Alternative für diese Zwecke.

Ernährungs

Manche diskutieren darüber, ob Chrom als essentielles Element, also unentbehrlich für die tägliche Ernährung, angesehen werden kann. Es ist in einigen Lebensmitteln in sehr geringen Konzentrationen vorhanden, wie grüne Blätter und Tomaten.

Außerdem gibt es Protein-Ergänzungen, die die Aktivität von Insulin regulieren und das Muskelwachstum fördern, wie es bei Chrom-Polynikotinat der Fall ist.

Wo ist es?

Chrom findet sich in einer Vielzahl von Mineralien und Edelsteinen wie Rubinen und Smaragden. Das Hauptmineral, aus dem Chrom gewonnen wird, ist Chromit (MCr₂O₄), wobei M ein beliebiges anderes Metall sein kann, dem Chromoxid zugeordnet ist. Diese Minen gibt es in Südafrika, in Indien, der Türkei, Finnland, Brasilien und anderen Ländern.

Jede Quelle hat eine oder mehrere Chromitvarianten. Auf diese Weise entsteht für jedes M (Fe, Mg, Mn, Zn usw.) ein anderes Chrommineral.

Um das Metall zu extrahieren, ist es notwendig, das Mineral zu reduzieren, das heißt, das metallische Zentrum von Chrom durch die Wirkung eines Reduktionsmittels Elektronen gewinnen zu lassen. Dies geschieht mit Kohlenstoff oder Aluminium:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Auch Chromit wird gefunden (PbCrO₄).

Normalerweise in jedem Mineral, wo das Cr-Ion³⁺ kann das Al ersetzen³⁺, beide mit etwas ähnlichen Ionenradien, bilden eine Verunreinigung, die zu einer anderen natürlichen Quelle dieses erstaunlichen, aber schädlichen Metalls führt.

Referenzen

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