คุณสมบัติ Chromium คุณลักษณะและการใช้งาน

โครเมียม (Cr) เป็นองค์ประกอบโลหะของกลุ่ม 6 (VIB) ของตารางธาตุ ทุกปีตันของโลหะนี้ผลิตโดยการแยกแร่เหล็กโครไมต์หรือแร่แมกนีเซียม (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄) ซึ่งจะลดลงด้วยถ่านหินเพื่อให้ได้โลหะ มันมีปฏิกิริยามากและมีเพียงในสภาพที่ลดลงเท่านั้นที่อยู่ในรูปแบบบริสุทธิ์.

ชื่อของมันมาจากคำภาษากรีก 'chroma' ซึ่งหมายถึงสี มันได้รับชื่อนี้เพราะสีที่หลากหลายและรุนแรงจัดแสดงโดยสารประกอบโครเมียมไม่ว่าจะเป็นนินทรีย์หรืออินทรีย์ จากของแข็งหรือสารละลายสีดำเป็นสีเหลืองสีส้มสีเขียวสีม่วงสีฟ้าและสีแดง.

อย่างไรก็ตามสีของโครเมียมโลหะและคาร์ไบด์เป็นสีเทาเงิน คุณลักษณะนี้ใช้ในเทคนิคของโครเมียมเพื่อให้โครงสร้างหลาย ๆ กะพริบเป็นสีเงิน (เช่นที่เห็นในจระเข้ในภาพด้านบน) ดังนั้นการอาบน้ำด้วยโครเมียมจึงทำให้ชิ้นงานมีความมันวาวและต้านทานการกัดกร่อนได้ดี.

โครเมียมในสารละลายทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับออกซิเจนในอากาศเพื่อสร้างออกไซด์ ขึ้นอยู่กับค่าความเป็นกรดด่างและค่าออกซิเดชั่นของตัวกลางอาจมีหมายเลขออกซิเดชั่นต่าง ๆ ด้วย (III) (Cr³⁺) เสถียรที่สุดของทั้งหมด เป็นผลให้โครเมียม (III) ออกไซด์ (Cr)₂O₃) สีเขียวมีความเสถียรที่สุดของออกไซด์.

ออกไซด์เหล่านี้สามารถโต้ตอบกับโลหะอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อมที่มีต้นกำเนิดเช่นเม็ดสีตะกั่วสีแดงไซบีเรีย (PbCrO)₄) เม็ดสีนี้มีสีเหลืองส้มหรือแดง (ตามความเป็นด่าง) และจากนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Louis Nicolas Vauquelin โลหะทองแดงที่แยกได้ซึ่งเป็นเหตุผลที่ทำให้ได้รับรางวัลเป็นผู้ค้นพบ.

แร่ธาตุและออกไซด์ของมันรวมถึงส่วนเล็ก ๆ ของทองแดงโลหะทำให้องค์ประกอบนี้ครอบครอง 22 เปลือกโลกที่อุดมสมบูรณ์ที่สุด.

เคมีของโครเมียมนั้นมีความหลากหลายมากเพราะมันสามารถสร้างพันธะกับตารางธาตุเกือบทั้งหมดได้ สารประกอบแต่ละชนิดมีสีที่ขึ้นกับจำนวนออกซิเดชั่นรวมถึงชนิดที่มีปฏิกิริยากับมัน นอกจากนี้ยังก่อตัวเป็นพันธะกับคาร์บอนซึ่งจะแทรกซึมเข้าไปในสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด.

[TOC]

ลักษณะและคุณสมบัติ

Chromium เป็นโลหะเงินในรูปแบบบริสุทธิ์โดยมีหมายเลขอะตอม 24 และมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 52 g / mol (⁵²Cr, ไอโซโทปที่เสถียรที่สุด).

เนื่องจากมีพันธะโลหะที่แข็งแกร่งจึงมีจุดหลอมเหลวสูง (1907 ° C) และจุดเดือด (2671 ° C) นอกจากนี้โครงสร้างผลึกทำให้มันเป็นโลหะที่มีความหนาแน่นสูงมาก (7.19 g / mL).

มันไม่ได้ทำปฏิกิริยากับน้ำในรูปแบบไฮดรอกไซด์ แต่มันจะทำปฏิกิริยากับกรด มันถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนจากอากาศโดยปกติจะผลิต chromic ออกไซด์ซึ่งเป็นเม็ดสีเขียวที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย.

ชั้นของออกไซด์เหล่านี้สร้างสิ่งที่เรียกว่า ทู่, ปกป้องโลหะจากการกัดกร่อนเพิ่มเติมเนื่องจากออกซิเจนไม่สามารถแทรกซึมไซนัสของโลหะ.

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์คือ [Ar] 4s¹3d⁵, ด้วยอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ไม่มีการจับคู่ดังนั้นจะแสดงคุณสมบัติของพาราแมกเนติก อย่างไรก็ตามการจับคู่ของสปินอิเล็กทรอนิกส์สามารถเกิดขึ้นได้หากโลหะมีอุณหภูมิต่ำทำให้ได้คุณสมบัติอื่น ๆ เช่น.

ดัชนี

• 1 ลักษณะและคุณสมบัติ
• 2 โครงสร้างทางเคมีของโครเมียม
• 3 หมายเลขออกซิเดชัน
  • 3.1 Cr (-2, -1 และ 0)
  • 3.2 Cr (I) และ Cr (II)
  • 3.3 Cr (III)
  • 3.4 Cr (IV) และ Cr (V)
  • 3.5 Cr (VI): คู่ chromate-dichromate
• 4 ใช้โครเมียม
  • 4.1 เป็นสีย้อมหรือสี
  • 4.2 ในโครเมียมหรือโลหะ
  • 4.3 โภชนาการ
• 5 คุณอยู่ไหน?
• 6 อ้างอิง

โครงสร้างทางเคมีของโครเมียม

โครงสร้างของโลหะโครเมียมคืออะไร? ในรูปบริสุทธิ์โครเมี่ยม adopts โครงสร้างผลึกลูกบาศก์มีศูนย์กลางอยู่ที่ร่างกาย (ซีซีหรือ bcc สำหรับคำย่อของมันในภาษาอังกฤษ) ซึ่งหมายความว่าอะตอมของโครเมียมตั้งอยู่ที่กึ่งกลางของลูกบาศก์ซึ่งมีขอบโครโมโซมอื่นครอบครองอยู่ (ดังในภาพด้านบน).

โครงสร้างนี้รับผิดชอบโครเมียมที่มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงรวมถึงความแข็งสูง อะตอมทองแดงทับซ้อนกับวงโคจรของ s และ d เพื่อสร้างวงนำตามทฤษฎีของวง.

ดังนั้นทั้งสองวงจึงเต็มไปครึ่งหนึ่ง ทำไม? เนื่องจากการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์คือ [Ar] 4s¹3d⁵ และวิธีการที่วงโคจรสามารถถือสองอิเล็กตรอนและวงโคจรสิบ จากนั้นมีเพียงครึ่งหนึ่งของวงที่เกิดขึ้นจากการทับซ้อนกันของอิเล็กตรอน.

ด้วยมุมมองทั้งสองนี้ - โครงสร้างผลึกและพันธะโลหะ - คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะนี้สามารถอธิบายได้ในทางทฤษฎี อย่างไรก็ตามไม่ได้อธิบายว่าทำไมโครเมียมจึงมีสถานะหรือหมายเลขออกซิเดชั่นหลายตัว.

สิ่งนี้จะต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับความเสถียรของอะตอมที่เกี่ยวกับการหมุนอิเล็กทรอนิกส์.

หมายเลขออกซิเดชัน

เนื่องจากโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของโครเมียมคือ [Ar] 4s¹3d⁵ สามารถสร้างรายได้มากถึงหนึ่งหรือสองอิเล็กตรอน (Cr^1- และ Cr^2-) หรือสูญเสียมันไปเพื่อรับหมายเลขออกซิเดชันที่แตกต่างกัน.

ดังนั้นหากโครเมียมสูญเสียอิเล็กตรอนก็จะเป็น [Ar] 4s⁰3d⁵; หากคุณเสียสาม [Ar] 4s⁰3d³; และถ้าคุณสูญเสียพวกเขาไปทั้งหมด [Ar] หรืออะไรที่เหมือนกันมันจะเป็นไอโซทรอนิกส์ที่จะทำการอาร์กอน.

Chromium จะไม่สูญเสียหรือรับอิเล็กตรอนเพียงแค่ความน่าเชื่อถือ: จะต้องมีสายพันธุ์ที่บริจาคหรือยอมรับพวกมันให้เปลี่ยนจากหมายเลขออกซิเดชันหนึ่งไปอีก.

Chromium มีหมายเลขออกซิเดชันต่อไปนี้: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 และ +6 ของพวกเขา +3, Cr³⁺, มันมีเสถียรภาพมากที่สุดและเด่นที่สุดของทั้งหมด; ตามด้วย +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 และ 0)

มันไม่น่าเป็นไปได้มากที่โครเมียมจะได้รับอิเล็กตรอนเพราะมันเป็นโลหะดังนั้นธรรมชาติของมันคือการบริจาคพวกมัน อย่างไรก็ตามมันสามารถประสานงานกับลิแกนด์ได้นั่นคือโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยากับโลหะตรงกลางผ่านการเชื่อมโยงแบบ dative.

หนึ่งในสิ่งที่รู้จักกันดีคือคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งเป็นสารประกอบเฮกซาคาร์บอนิลของโครเมียม.

สารประกอบนี้มีสูตรโมเลกุล Cr (CO)₆, และเนื่องจากแกนด์นั้นเป็นกลางและไม่มีประจุใด ๆ ดังนั้น Cr จึงมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ 0.

สิ่งนี้สามารถสังเกตได้ในสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ เช่นโครเมียม bis (เบนซีน) ในตอนหลังโครเมียมล้อมรอบด้วยวงแหวนเบนซีนสองวงในโครงสร้างโมเลกุลแบบแซนวิช:

ของสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิกทั้งสองอาจเกิดขึ้นกับ Cr อื่น ๆ อีกหลายชนิด.

เกลือถูกพบเมื่อพวกมันมีปฏิกิริยากับโซเดียมไพเพอร์ซึ่งหมายความว่า Cr จะต้องมีหมายเลขออกซิเดชันเชิงลบเพื่อดึงดูดประจุบวก: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] และ Cr (-1), นา₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) และ Cr (II)

Cr (I) หรือ Cr¹⁺ มันถูกผลิตโดยการออกซิเดชั่นของสารประกอบออร์แกโนเมทัลลิก สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการออกซิไดซ์ลิแกนด์เช่น CN หรือ NO ดังนั้นการขึ้นรูปเช่นสารประกอบ K₃[Cr (CN)₅NO].

นี่คือข้อเท็จจริงของการมีสามไพเพอร์ k⁺ หมายความว่าโครเมียมคอมเพล็กซ์มีประจุลบสามค่า แกนด์ CN เช่นเดียวกัน^- มีประจุลบห้าค่าเพื่อให้ระหว่างค่า Cr และค่า NO ต้องบวกประจุบวกสองค่า (-5 + 2 = -3).

ถ้า NO เป็นกลางแล้วก็คือ Cr (II) แต่มันมีประจุเป็นบวก (NO)⁺) อยู่ในกรณีนั้น Cr (I).

ในทางกลับกันสารประกอบของ Cr (II) นั้นมีอยู่มากมายในหมู่พวกมันโครเมียม (II) คลอไรด์ (CrCl)₂), chromic acetate (Cr₂(O₂CCH₃)₄), โครเมียม (II) ออกไซด์ (CrO), โครเมียม (II) ซัลไฟด์ (CrS) และอื่น ๆ.

Cr (III)

ทั้งหมดเป็นหนึ่งในความเสถียรที่มากขึ้นเพราะในความเป็นจริงมันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นมากมายของไอออนโครเมต บางทีความมั่นคงอาจเกิดจากโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์³, อิเล็กตรอนสามตัวที่ใช้พลังงานต่ำกว่าสาม orbitals เมื่อเทียบกับอีกสองคนที่มีพลังมากขึ้น (แฉ orbitals แฉ d).

สารประกอบที่เป็นตัวแทนมากที่สุดของหมายเลขออกซิเดชันนี้คือโครเมียม (III) ออกไซด์ (Cr)₂O₃) คอมเพล็กซ์จะแสดงสีหนึ่งหรือสีอื่นขึ้นอยู่กับลิแกนด์ที่ประสานงานกัน ตัวอย่างของสารประกอบเหล่านี้คือ: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, CRF₃, [Cr (H)₂O)₆]³⁺, ฯลฯ.

แม้ว่าสูตรทางเคมีจะไม่แสดงให้เห็นตั้งแต่แรกเห็น แต่โครเมียมมักจะมีทรงกลมแปดด้านในคอมเพล็กซ์ นั่นคือมันตั้งอยู่ในใจกลางของรูปแปดด้านที่จุดยอดของมันอยู่ในตำแหน่งแกนด์ (รวมทั้งหมดหก).

Cr (IV) และ Cr (V)

สารประกอบที่ Cr มีส่วนร่วม⁵⁺ พวกมันมีน้อยมากเนื่องจากความไม่เสถียรทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมดังกล่าว⁶⁺, มีเสถียรภาพมากขึ้นโดยเป็น isoelectronic ด้วยความเคารพต่ออาร์กอนแก๊ส.

อย่างไรก็ตามสารประกอบ Cr (V) สามารถสังเคราะห์ได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการเช่นความดันสูง นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่จะย่อยสลายที่อุณหภูมิปานกลางซึ่งทำให้การใช้งานที่เป็นไปไม่ได้เพราะพวกเขาไม่ได้ทนความร้อน บางส่วนของพวกเขาคือ: CrF₅ และเค₃[Cr (O)₂)₄] (O₂^2- ไอออนลบเปอร์ออกไซด์คือ).

ในทางกลับกัน Cr⁴⁺ มีความเสถียรมากกว่าสามารถสังเคราะห์สารประกอบฮาโลเจนได้: CrF₄, CrCl₄ และ CrBr₄. อย่างไรก็ตามพวกมันยังมีความอ่อนไหวต่อการย่อยสลายโดยปฏิกิริยารีดอกซ์เพื่อสร้างอะตอมของโครเมียมที่มีหมายเลขออกซิเดชั่นที่ดีกว่า (เช่น +3 หรือ +6).

Cr (VI): คู่ chromate-dichromate

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺  (สีเหลือง) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (ส้ม)

สมการข้างต้นสอดคล้องกับการลดกรดของไอออนโครเมตสองตัวเพื่อสร้างไดโครเมต การแปรผันของค่าความเป็นกรดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยารอบจุดศูนย์กลางของโลหะ⁶⁺, หลักฐานยังเป็นสีของการแก้ปัญหา (จากสีเหลืองเป็นสีส้มหรือในทางกลับกัน) Dichromate ประกอบด้วยสะพาน O₃โครมันยอง-โครมันยอง₃.

สารประกอบของ Cr (VI) มีลักษณะของการเป็นอันตรายและแม้แต่สารก่อมะเร็งต่อร่างกายมนุษย์และสัตว์.

อย่างไร? การศึกษายืนยันว่าไอออนของ CrO₄^2- พวกเขาข้ามเยื่อหุ้มเซลล์โดยการกระทำของโปรตีนที่ขนส่งซัลเฟต (ไอออนทั้งสองในความเป็นจริงมีขนาดใกล้เคียงกัน).

การลดเอเจนต์ภายในเซลล์จะลด Cr (VI) เป็น Cr (III) ซึ่งสะสมโดยการกลับไม่ประสานกับไซต์ macromolecules ที่เฉพาะเจาะจง (เช่น DNA).

ปนเปื้อนเซลล์โดยส่วนเกินของโครเมียมหนึ่งนี้ไม่สามารถออกได้เนื่องจากการขาดกลไกที่ส่งผ่านกลับไปที่เยื่อหุ้มเซลล์.

Chrome ใช้

เป็นสีย้อมหรือเม็ดสี

Chromium มีการใช้งานหลากหลายตั้งแต่สีย้อมสำหรับผ้าชนิดต่าง ๆ ไปจนถึงอุปกรณ์ป้องกันที่ช่วยเสริมชิ้นส่วนโลหะในสิ่งที่เรียกว่าโครเมี่ยมซึ่งสามารถทำได้ด้วยโลหะบริสุทธิ์หรือสารประกอบของ Cr (III) หรือ Cr (VI).

Chromic ฟลูออไรด์ (CrF)₃ตัวอย่างเช่น) ใช้เป็นสีสำหรับผ้าขนสัตว์; chromic ซัลเฟต (Cr₂(ดังนั้น₄)₃) มีไว้สำหรับการระบายสีเคลือบ, เซรามิก, สี, หมึก, เคลือบเงาและยังทำหน้าที่ในการโครเมตโลหะ; และ chromic ออกไซด์ (Cr₂O₃) นอกจากนี้ยังพบการใช้งานที่ต้องการสีเขียวที่น่าสนใจ.

ดังนั้นแร่โครเมียมใด ๆ ที่มีสีเข้มสามารถถูกกำหนดให้ย้อมโครงสร้างได้ แต่หลังจากนั้นจะเกิดความจริงถ้าสารประกอบดังกล่าวเป็นอันตรายหรือไม่สำหรับสิ่งแวดล้อมหรือต่อสุขภาพของบุคคล.

ในความเป็นจริงแล้วคุณสมบัติที่เป็นพิษของมันถูกใช้เพื่ออนุรักษ์ไม้และพื้นผิวอื่น ๆ จากการถูกแมลงโจมตี.

ในโครเมี่ยมหรือโลหะ

ในทำนองเดียวกันโครเมียมจำนวนเล็กน้อยจะถูกเติมเข้าไปในเหล็กกล้าเพื่อเสริมสร้างความแข็งแกร่งจากการเกิดออกซิเดชันและเพื่อเพิ่มความสว่าง นี่เป็นเพราะมันสามารถสร้างคาร์ไบด์สีเทา (Cr₃C₂) ทนทานต่อการทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ.

เนื่องจากสามารถชุบโครเมี่ยมเพื่อให้ได้พื้นผิวที่มันวาวดังนั้นชุบโครเมี่ยมจึงมีการออกแบบสีเงินและสีเพื่อเป็นทางเลือกที่ถูกกว่า.

โภชนาการ

การถกเถียงกันว่าโครเมียมถือได้ว่าเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นหรือไม่ซึ่งก็คือสิ่งที่ขาดไม่ได้ในอาหารประจำวัน มันมีอยู่ในอาหารบางชนิดที่มีความเข้มข้นน้อยมากเช่นใบไม้เขียวและมะเขือเทศ.

นอกจากนี้ยังมีอาหารเสริมโปรตีนที่ควบคุมการทำงานของอินซูลินและส่งเสริมการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อเช่นเดียวกับกรณีที่มีโครเมียม polynicotinate.

มันอยู่ที่ไหน?

โครเมียมพบได้ในแร่ธาตุและอัญมณีหลากหลายชนิดเช่นทับทิมและมรกต แร่หลักที่สกัดจากโครเมียมคือโครเมียม (MCr₂O₄) โดยที่ M สามารถเป็นโลหะอื่นใดที่สัมพันธ์กับโครเมียมออกไซด์ เหมืองเหล่านี้มีมากในแอฟริกาใต้ในอินเดียตุรกีฟินแลนด์บราซิลและประเทศอื่น ๆ.

แหล่งที่มาแต่ละแหล่งมี Chromite หนึ่งชุดขึ้นไป ด้วยวิธีนี้สำหรับแร่ธาตุโครเมียมแต่ละชนิด (Fe, Mg, Mn, Zn และอื่น ๆ ).

ในการสกัดโลหะนั้นมีความจำเป็นที่จะต้องลดแร่ธาตุนั่นก็คือทำให้ศูนย์กลางโลหะของโครเมียมได้รับอิเล็กตรอนโดยการกระทำของตัวรีดิวซ์ ทำด้วยคาร์บอนหรืออลูมิเนียม:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

นอกจากนี้ยังพบ chromite (PbCrO₄).

โดยปกติแล้วในแร่ใด ๆ ที่ Cr ไอออน³⁺ สามารถแทนที่อัล³⁺, ทั้งคู่มีรัศมีไอออนิกคล้ายกันเล็กน้อยถือเป็นสิ่งเจือปนที่ส่งผลให้เกิดแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติของโลหะที่น่าทึ่ง แต่เป็นพิษ.

การอ้างอิง

1. Tenenbaum E. โครเมียม. นำมาจาก: วิชาเคมี pomona.edu
2. วิกิพีเดีย (2018) โครเมียม นำมาจาก: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 เมษายน 2018) ความแตกต่างระหว่าง Chrome และ Chromium คืออะไร นำมาจาก: thoughtco.com
4. N.V. Mandich (1995) เคมีของโครเมียม [PDF] นำมาจาก: citeseerx.ist.psu.edu
5. เคมีเคมี เคมีของโครเมียม นำมาจาก: chem.libretexts.org
6. ซาอูล 1 ​​ตัว (1991) เคมีของโครเมียมและปัญหาการวิเคราะห์ที่ส่งผลบางอย่าง บทวิจารณ์โดย: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018) โครเมียม นำมาจาก: chemistryexplained.com