Proprietà, caratteristiche e usi del cromo

il cromo (Cr) è un elemento metallico del gruppo 6 (VIB) della tavola periodica. Ogni anno, tonnellate di questo metallo sono prodotte estraendo il minerale di ferro di cromo o il minerale di magnesio (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄), che vengono ridotti con carbone per ottenere il metallo. È molto reattivo, e solo in condizioni molto riduttive è nella sua forma pura.

Il suo nome deriva dalla parola greca "chroma", che significa colore. È stato dato questo nome a causa dei colori multipli e intensi esibiti dai composti del cromo, sia inorganici che organici; da solidi o soluzioni nere, a giallo, arancione, verde, viola, blu e rosso.

Tuttavia, il colore del cromo metallico e dei suoi carburi sono argento grigiastro. Questa caratteristica è usata nella tecnica della cromatura per dare molte strutture ai bagliori argentati (come quelli visti nel coccodrillo nell'immagine sopra). Così, "bagnare con il cromo" ai pezzi viene conferito lucentezza e una grande resistenza alla corrosione.

Il cromo in soluzione reagisce rapidamente con l'ossigeno presente nell'aria formando ossidi. A seconda del pH e delle condizioni ossidative del mezzo, possono essere acquisiti diversi numeri di ossidazione, essendo il (III) (Cr³⁺) il più stabile di tutti. Di conseguenza, l'ossido di cromo (III) (Cr₂O₃) il colore verde è il più stabile dei suoi ossidi.

Questi ossidi possono interagire con altri metalli nell'ambiente, originando, ad esempio, il pigmento di piombo rosso siberiano (PbCrO).₄). Questo pigmento giallo-arancio o rosso (secondo la sua alcalinità), e da esso scienziato francese Louis Nicolas Vauquelin isolato ragione rame metallico è assegnato come suo scopritore.

Minerali e ossidi, ed una piccola porzione di rame metallico rendono questo elemento occupa il numero 22 della più abbondante della crosta.

La chimica del cromo è molto diversa perché può formare legami con quasi l'intera tavola periodica. Ciascuno dei suoi composti presenta colori che dipendono dal numero di ossidazione e dalle specie che interagiscono con esso. Inoltre forma legami con il carbonio, intervenendo in un gran numero di composti organometallici.

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Caratteristiche e proprietà

Il cromo è un metallo argentato nella sua forma pura, con un numero atomico di 24 e un peso molecolare di circa 52 g / mol (⁵²Cr, il suo isotopo più stabile).

Dati i suoi forti legami metallici, ha punti di fusione (1907 ° C) e punto di ebollizione (2671 ° C). Inoltre, la sua struttura cristallina lo rende un metallo molto denso (7,19 g / ml).

Non reagisce con l'acqua per formare idrossidi, ma reagisce con gli acidi. Si ossida con ossigeno dall'aria, producendo di solito ossido cromico, che è un pigmento verde ampiamente utilizzato.

Questi strati di ossido creano ciò che è noto come passivazione, proteggendo il metallo da ulteriore corrosione, poiché l'ossigeno non può penetrare nel seno metallico.

La sua configurazione elettronica è [Ar] 4s¹3d⁵con tutti gli elettroni spaiati, e quindi, mostra proprietà paramagnetiche. Tuttavia, l'accoppiamento di spin elettronici può verificarsi se il metallo è soggetto a basse temperature, acquisendo altre proprietà come l'antiferromagnetismo.

indice

• 1 Caratteristiche e proprietà
• 2 Struttura chimica del cromo
• 3 Numero di ossidazione
  • 3,1 Cr (-2, -1 e 0)
  • 3.2 Cr (I) e Cr (II)
  • 3,3 Cr (III)
  • 3.4 Cr (IV) e Cr (V)
  • 3,5 Cr (VI): la coppia cromato-dicromato
• 4 usi di cromo
  • 4.1 Come un colorante o pigmenti
  • 4.2 In cromo o metallurgia
  • 4.3 Nutrizionale
• 5 Dov'è?
• 6 riferimenti

Struttura chimica del cromo

Qual è la struttura del metallo cromato? Nella sua forma pura, il cromo adotta una struttura cristallina cubica centrata sul corpo (cc o bcc, per il suo acronimo in inglese). Ciò significa che l'atomo di cromo si trova nel centro di un cubo, i cui bordi sono occupati da altre carte commerciali (come nella foto sopra).

Questa struttura è responsabile del cromo che presenta punti di fusione e di ebollizione elevati e un'alta durezza. Gli atomi di rame si sovrappongono ai loro orbitali s e d per formare bande di conduzione secondo la teoria della banda.

Quindi, entrambe le bande sono mezzo pieno. Perché? Perché la sua configurazione elettronica è [Ar] 4s¹3d⁵ e in che modo gli orbitali possono contenere due elettroni e gli orbitali d dieci. Quindi, solo la metà delle bande formate dalle loro sovrapposizioni sono occupate da elettroni.

Con queste due prospettive - la struttura cristallina e il legame metallico - molte delle proprietà fisiche di questo metallo possono essere spiegate in teoria. Tuttavia, nessuno dei due spiega perché il cromo possa avere diversi stati o numeri di ossidazione.

Ciò richiederebbe una profonda comprensione della stabilità dell'atomo rispetto agli spin elettronici.

Numero di ossidazione

Perché la configurazione elettronica del cromo è [Ar] 4s¹3d⁵ può guadagnare fino a uno o due elettroni (Cr^1- e Cr^2-), o andare perdendoli per acquisire diversi numeri di ossidazione.

Quindi, se il cromo perde un elettrone, sarebbe come [Ar] 4s⁰3d⁵; se ne perde tre, [Ar] 4s⁰3d³; e se li perde tutti, [Ar], o quello che è lo stesso, sarebbe isoelettronico per argon.

Il cromo non perde o guadagna elettroni per semplice capriccio: deve esserci una specie che dona o accetta di passare da un numero di ossidazione all'altro.

Il cromo ha i seguenti numeri di ossidazione: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 e +6. Di loro il +3, Cr³⁺è il più stabile e quindi predominante di tutti; seguito da +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 e 0)

È molto improbabile che il cromo guadagni elettroni, perché è un metallo, e quindi la sua natura è di donarli. Tuttavia, può essere coordinato con ligandi, cioè molecole che interagiscono con il centro del metallo attraverso un collegamento dativo.

Uno dei più noti è il monossido di carbonio (CO), che forma il composto esacarbonilico di cromo.

Questo composto ha una formula molecolare Cr (CO)₆e poiché i ligandi sono neutri e non forniscono alcuna carica, il Cr ha un numero di ossidazione pari a 0.

Questo può anche essere osservato in altri composti organometallici come il bicromato di potassio (benzene). In quest'ultimo il cromo è circondato da due anelli benzenici in una struttura molecolare di tipo sandwich:

Di questi due composti organometallici possono sorgere molti altri di Cr (0).

Sono stati trovati sali dove interagiscono con i cationi di sodio, il che implica che il Cr deve avere un numero di ossidazione negativo per attrarre cariche positive: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] e Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) e Cr (II)

Il Cr (I) o Cr¹⁺ è prodotto dall'ossidazione dei composti organometallici appena descritti. Ciò è ottenuto ossidando ligandi, come CN o NO, formando così, per esempio, il composto K₃[Cr (CN)₅NO].

Qui il fatto di avere tre cationi K⁺ implica che il complesso di cromo ha tre cariche negative; allo stesso modo il ligando CN^- fornisce cinque addebiti negativi, in modo che tra il Cr e il NO devono aggiungere due cariche positive (-5 + 2 = -3).

Se il NO è neutro, allora è Cr (II), ma ha una carica positiva (NO⁺), è in questo caso Cr (I).

D'altra parte, i composti di Cr (II) sono più abbondanti, essendo i seguenti: cromo (II) cloruro (CrCl₂), acido cromico (Cr₂(O₂CCH₃)₄), ossido di cromo (II) (CrO), cromo (II) solfuro (CrS) e altri.

Cr (III)

Di tutti è quello di maggiore stabilità, perché è in realtà il prodotto di molte reazioni ossidanti degli ioni cromato. Forse la sua stabilità è dovuta alla sua configurazione elettronica³, in cui tre elettroni occupano tre d orbitali di energia inferiore rispetto agli altri due più energici (separando gli orbitali).

Il composto più rappresentativo di questo numero di ossidazione è l'ossido di cromo (III) (Cr₂O₃). A seconda dei ligandi che sono coordinati ad esso, il complesso mostrerà un colore o un altro. Esempi di questi composti sono: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺ecc.

Sebbene la formula chimica non lo mostri a prima vista, il cromo di solito ha una sfera di coordinazione ottaedrica nei suoi complessi; cioè, si trova al centro di un ottaedro dove i suoi vertici sono ligandi posizionati (sei in totale).

Cr (IV) e Cr (V)

I composti in cui Cr partecipa⁵⁺ sono pochissimi, a causa dell'instabilità elettronica di detto atomo, inoltre è facilmente ossidabile in Cr⁶⁺, molto più stabile per essere isoelettronico rispetto al gas nobile argon.

Tuttavia, i composti Cr (V) possono essere sintetizzati in determinate condizioni, come l'alta pressione. Inoltre, tendono a decomporsi a temperature moderate, il che rende le loro possibili applicazioni impossibili perché non hanno resistenza termica. Alcuni di loro sono: CrF₅ e K₃[Cr (O₂)₄] (l'O₂^2- è l'anione perossido).

D'altra parte il Cr⁴⁺ È relativamente più stabile, essendo in grado di sintetizzare i suoi composti alogenati: CrF₄, CrCl₄ e CrBr₄. Tuttavia, sono anche suscettibili alla decomposizione da reazioni redox per produrre atomi di cromo con numeri di ossidazione migliori (come +3 o +6).

Cr (VI): la coppia cromato-dicromato

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺ (Giallo) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (arancione)

L'equazione di cui sopra corrisponde alla dimerizzazione acida di due ioni cromato per produrre bicromato. La variazione del pH provoca un cambiamento nelle interazioni attorno al centro metallico di Cr⁶⁺, anche evidenziando nel colore della soluzione (da giallo ad arancione o viceversa). Il dicromato consiste in un ponte O₃CRO-CrO₃.

I composti di Cr (VI) hanno le caratteristiche di essere nocivi e persino cancerogeni per il corpo umano e gli animali.

Come? Gli studi sostengono che gli ioni CrO₄^2- attraversano le membrane cellulari per l'azione delle proteine ​​che trasportano i solfati (entrambi gli ioni hanno infatti dimensioni simili).

Gli agenti riducenti all'interno delle cellule riducono Cr (VI) a Cr (III), che si accumula quando sono irreversibilmente coordinati a siti specifici di macromolecole (come il DNA).

Contaminato la cellula da un eccesso di cromo, questo non può lasciare a causa della mancanza di meccanismo che lo ritrasferisce attraverso le membrane.

Chrome utilizza

Come una tintura o pigmenti

Il cromo ha una vasta gamma di applicazioni, dalla tintura per diversi tipi di tessuti, al protettivo che impreziosisce le parti metalliche in quello che è noto come cromo, che può essere fatto con metallo puro, o con composti di Cr (III) o Cr (VI).

Fluoruro cromico (CrF)₃), ad esempio, è usato come colorante per i panni di lana; Solfato cromico (Cr₂(SO₄)₃), è usato per colorare smalti, ceramiche, vernici, inchiostri, vernici e serve anche per cromatare i metalli; e ossido cromico (Cr₂O₃) trova anche l'uso dove è richiesto il suo attraente colore verde.

Pertanto, qualsiasi minerale di cromo con colori intensi può essere destinato a tingere una struttura, ma dopo ciò si pone la questione se tali composti siano pericolosi o meno per l'ambiente o per la salute degli individui.

In realtà, le sue proprietà velenose vengono utilizzate per conservare il legno e altre superfici dall'attacco degli insetti.

In cromato o metallurgia

Inoltre, piccole quantità di cromo vengono aggiunte all'acciaio per rafforzarlo dall'ossidazione e per migliorarne la luminosità. Questo perché è in grado di formare carburi grigiastri (Cr₃C₂) molto resistente quando reagisce con l'ossigeno nell'aria.

Poiché il cromo può essere lucidato per ottenere superfici lucide, il cromato ha quindi design e colori argento come alternativa più economica per questi scopi.

nutritivo

Alcuni dibattono se il cromo possa essere considerato un elemento essenziale, cioè indispensabile nella dieta quotidiana. È presente in alcuni alimenti in concentrazioni molto piccole, come foglie verdi e pomodori.

Inoltre, ci sono integratori proteici che regolano l'attività dell'insulina e promuovono la crescita muscolare, come nel caso del cromo polinicotinato.

Dov'è?

Il cromo si trova in una grande varietà di minerali e gemme come rubini e smeraldi. Il minerale principale da cui viene estratto il cromo è la cromite (MCr₂O₄), dove M può essere qualsiasi altro metallo con cui è associato l'ossido di cromo. Queste miniere abbondano in Sud Africa, India, Turchia, Finlandia, Brasile e altri paesi.

Ogni fonte ha una o più varianti di cromite. In questo modo, per ogni M (Fe, Mg, Mn, Zn, ecc.) Sorge un minerale di cromo diverso.

Per estrarre il metallo, è necessario ridurre il minerale, cioè per fare in modo che il centro metallico di cromo ottenga gli elettroni mediante l'azione di un agente riducente. Questo è fatto con carbonio o alluminio:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Inoltre, si trova chromite (PbCrO₄).

Di solito, in qualsiasi minerale in cui il Crion³⁺ può sostituire l'Al³⁺, entrambi con raggi ionici leggermente simili, costituiscono un'impurità che si traduce in un'altra fonte naturale di questo metallo sorprendente, ma nocivo.

riferimenti

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