خصائص الكروم وخصائصه واستخداماته

ال الكروم (Cr) عنصر معدني من المجموعة 6 (VIB) من الجدول الدوري. سنويًا ، يتم إنتاج أطنان من هذا المعدن عن طريق استخراج خام الحديد من الكروميت أو خام المغنيسيوم (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄) ، والتي يتم تخفيضها مع الفحم للحصول على المعدن. إنه تفاعلي للغاية ، وفقط في ظروف شديدة الانخفاض يكون في شكله النقي.

اسمها مشتق من الكلمة اليونانية "chroma" ، والتي تعني اللون. أعطيت هذا الاسم بسبب الألوان المتعددة والمكثفة التي تظهرها مركبات الكروم ، سواء كانت عضوية أو غير عضوية ؛ من المحاليل الصلبة أو السوداء إلى الأصفر والبرتقالي والأخضر والبنفسجي والأزرق والأحمر.

ومع ذلك ، فإن لون الكروم المعدني وكربيده من الفضة الرمادية. يتم استخدام هذه الميزة في تقنية الكروم لإعطاء العديد من الهياكل ومضات الفضة (مثل تلك التي تظهر في التمساح في الصورة أعلاه). وبالتالي ، فإن "الاستحمام بالكروم" للقطعة يعطى لمعانًا ومقاومة كبيرة للتآكل.

يتفاعل الكروم في المحلول بسرعة مع الأكسجين الموجود في الهواء لتكوين أكاسيد. بناءً على درجة الحموضة والظروف المؤكسدة للوسيط ، يمكن الحصول على أرقام أكسدة مختلفة ، باستخدام (III) (Cr³⁺) الأكثر استقرارا للجميع. نتيجة لذلك ، الكروم (III) أكسيد (الكروم₂O₃) اللون الأخضر هو الأكثر استقرارا من أكاسيدها.

يمكن أن تتفاعل هذه الأكاسيد مع معادن أخرى في البيئة ، على سبيل المثال ، صبغة الرصاص الحمراء السيبيرية (PbCrO).₄). هذا الصباغ أصفر برتقالي أو أحمر (وفقًا لقلوياته) ، ومنه قام العالم الفرنسي لويس نيكولاس فوكيلين بمعزل النحاس المعدني ، وهذا هو السبب في أنه مُنَحَى كمكتشف له..

معادنها وأكاسيدها ، وكذلك جزء صغير من النحاس المعدني ، تجعل هذا العنصر يحتل المرتبة الثانية والعشرين الأكثر وفرة من قشرة الأرض.

كيمياء الكروم متنوعة للغاية لأنها يمكن أن تشكل روابط مع الجدول الدوري بأكمله تقريبًا. يعرض كل من مركباته الألوان التي تعتمد على عدد الأكسدة ، وكذلك الأنواع التي تتفاعل معها. كما أنها تشكل روابط مع الكربون ، وتتدخل في عدد كبير من المركبات العضوية المعدنية.

[TOC]

الخصائص والخصائص

الكروم معدن فلزي في شكله النقي ، برقم ذري 24 ويبلغ وزنه الجزيئي حوالي 52 جم / مول (⁵²الكروم ، نظيره الأكثر استقرارا).

بالنظر إلى روابطها المعدنية القوية ، فإن لديها ذوبان عالي (1907 درجة مئوية) وغليان (2671 درجة مئوية). أيضا ، هيكلها البلوري يجعلها معدن كثيف جدا (7.19 جم / مل).

لا تتفاعل مع الماء لتكوين هيدروكسيدات ، لكنها تتفاعل مع الأحماض. يتأكسد بالأكسجين من الهواء ، وعادة ما ينتج أكسيد الكروم ، وهو صبغة خضراء تستخدم على نطاق واسع..

تخلق طبقات الأكسيد هذه ما يعرف باسم كساء, حماية المعدن من مزيد من التآكل ، حيث أن الأكسجين لا يستطيع اختراق الجيوب الأنفية المعدنية.

التكوين الإلكتروني هو [Ar] 4s¹3D⁵, مع جميع الإلكترونات غير المربوطة ، وبالتالي ، يظهر خواص مغناطيسية. ومع ذلك ، يمكن أن يحدث الاقتران من الدورات الإلكترونية إذا تعرض المعدن لدرجات حرارة منخفضة ، والحصول على خصائص أخرى مثل المغناطيسية المغناطيسية..

مؤشر

• 1 الخصائص والخصائص
• 2 التركيب الكيميائي للكروم
• 3 عدد الأكسدة
  • 3.1 كر (-2 ، -1 و 0)
  • 3.2 Cr (I) و Cr (II)
  • 3.3 كر (3)
  • 3.4 Cr (IV) و Cr (V)
  • 3.5 Cr (VI): زوج كرومات ثنائي كرومات
• 4 استخدامات الكروم
  • 4.1 كصبغة أو أصباغ
  • 4.2 في الكروم أو المعادن
  • 4.3 الغذائية
• 5 اين انت?
• 6 المراجع

التركيب الكيميائي للكروم

ما هو هيكل معدن الكروم؟ في شكله النقي ، يعتمد الكروم على بنية بلورية مكعبة متمركزة على الجسم (سم مكعب أو مخفي ، اختصارا باللغة الإنجليزية). هذا يعني أن ذرة الكروم تقع في وسط المكعب الذي تشغله حواف كروموس أخرى (كما في الصورة أعلاه).

هذا الهيكل مسؤول عن وجود نقاط انصهار وغليان عالية للكروم ، بالإضافة إلى صلابة عالية. تتداخل ذرات النحاس مع المدارات s و d لتشكل عصابات توصيل وفقًا لنظرية الشريط.

وهكذا ، كلا العصابات نصف ممتلئة. لماذا؟ لأن التكوين الإلكتروني هو [Ar] 4s¹3D⁵ وكيف يمكن للمدارات أن تحمل إلكترونين ، والمدارات د عشرة. بعد ذلك ، يتم احتلال نصف العصابات فقط المكونة بواسطة التداخل بواسطة الإلكترونات.

مع هذين المنظورين - الهيكل البلوري والسندات المعدنية - يمكن شرح الكثير من الخصائص الفيزيائية لهذا المعدن من الناحية النظرية. ومع ذلك ، لا يفسر لماذا يمكن أن يكون للكروم عدة حالات أكسدة أو أرقام.

وهذا يتطلب فهمًا عميقًا لاستقرار الذرة فيما يتعلق بالدوران الإلكتروني.

رقم الأكسدة

لأن التكوين الإلكتروني للكروم هو [Ar] 4s¹3D⁵ يمكن أن تكسب ما يصل إلى واحد أو اثنين من الإلكترونات (الكروم^1- و Cr^2-) ، أو الذهاب إلى فقدانهم للحصول على أرقام أكسدة مختلفة.

وبالتالي ، إذا فقد الكروم إلكترونًا ، فسيكون مثل [Ar] 4s⁰3D⁵. إذا فقدت ثلاثة ، [ع] 4s⁰3D³. وإذا خسرتهم جميعًا ، [Ar] ، أو ما هو نفسه ، فسيكون من غير المنطقي أن نجادل.

لا يفقد Chromium أو يكتسب إلكترونات بمجرد caprice: يجب أن يكون هناك نوع يتبرع بها أو يقبلها للانتقال من رقم مؤكسد إلى آخر.

يحتوي Chromium على أرقام الأكسدة التالية: -2 و -1 و 0 و +1 و +2 و +3 و +4 و +5 و +6. منهم +3 ، كر³⁺, إنه الأكثر استقرارًا وبالتالي هو الغالب على الجميع ؛ تليها +6 ، كر⁶⁺.

Cr (-2 ، -1 و 0)

من غير المرجح أن يكتسب الكروم الإلكترونات ، لأنه معدن ، وبالتالي فإن طبيعته هي التبرع بها. ومع ذلك ، يمكن التنسيق مع ligands ، أي الجزيئات التي تتفاعل مع مركز المعادن من خلال رابط dative.

واحدة من أشهرها أول أكسيد الكربون (CO) ، الذي يشكل مركب سداسي كربونيل من الكروم.

يحتوي هذا المركب على الصيغة الجزيئية Cr (CO)₆, ونظرًا لأن الأربطة محايدة ولا تقدم أي شحنة ، فإن رقم Cr لديه رقم أكسدة يساوي 0.

ويمكن ملاحظة ذلك أيضًا في المركبات المعدنية العضوية الأخرى مثل الكروم (البنزين) مكرر. في الأخير ، يحيط بالكروم حلقتان بنزينان في بنية جزيئية على شكل شطيرة:

من هذين المركبين المعدني العضوي قد ينشأ العديد من المركبات الأخرى من الكروم (0).

تم العثور على الأملاح حيث تتفاعل مع كاتيونات الصوديوم ، مما يعني أن Cr يجب أن يكون له رقم أكسدة سالب لجذب شحنات موجبة: Cr (-2)، Na₂[Cr (CO)₅] وكروم (-1) ، نا₂[كر₂(CO)₁₀].

Cr (I) و Cr (II)

Cr (I) أو Cr¹⁺ يتم إنتاجه بواسطة أكسدة المركبات العضوية المعدنية الموصوفة للتو. يتم تحقيق ذلك عن طريق بروابط مؤكسدة ، مثل CN أو NO ، وبالتالي تشكيل ، على سبيل المثال ، مركب K₃(الكروم (CN)₅NO].

هنا حقيقة وجود ثلاثة كاتيونات ك⁺ يعني أن مجمع الكروم يحتوي على ثلاث شحنة سالبة ؛ وبالمثل يجند CN^- يوفر خمس شحنات سالبة ، بحيث يجب إضافة شحنتين موجبتين بين Cr و NO (-5 + 2 = -3).

إذا كانت قيمة NO هي محايدة ، فهي Cr (II) ، لكن لها شحنة موجبة (NO⁺) ، في هذه الحالة Cr (I).

من ناحية أخرى ، تكون مركبات Cr (II) أكثر وفرة ، فيما يلي: كلوريد chromium (II) (CrCl)₂) ، خلات الكروم (الكروم₂(O₂CCH₃)₄) ، أكسيد الكروم (II) (CrO) ، الكروم (II) كبريتيد (CrS) ، وغيرها.

Cr (III)

من بين كل ذلك ، هناك استقرار أكبر ، لأنه في الواقع نتاج تفاعلات مؤكسدة كثيرة لأيونات الكرومات. ربما استقراره يرجع إلى التكوين الإلكتروني³, حيث تشغل ثلاثة إلكترونات ثلاثة مدارات من الطاقة المنخفضة مقارنةً بالاثنين الأخريين النشيطين (مدارات د)..

المركب الأكثر تمثيلا لهذا الرقم الأكسدة هو أكسيد الكروم (ثالثا) (الكروم₂O₃). اعتمادًا على الروابط التي يتم تنسيقها معها ، سيعرض المجمع لونًا أو آخر. أمثلة على هذه المركبات هي: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl ، Cr (OH)₃, CRF₃, [كر (ح₂O)₆]³⁺, الخ.

على الرغم من أن الصيغة الكيميائية لا تظهرها للوهلة الأولى ، إلا أن الكروم يحتوي عادةً على مجال تنسيق ثماني السطوح في مجمعاته ؛ أي أنه يقع في وسط المجسم الثماني حيث توجد رؤوسه بروابط (ستة في المجموع).

Cr (IV) و Cr (V)

المركبات التي يشارك فيها Cr⁵⁺ فهي قليلة للغاية ، بسبب عدم الاستقرار الإلكتروني للذرة المذكورة ، إلى جانب أنها تتأكسد بسهولة إلى Cr⁶⁺, أكثر استقرارا بكثير من خلال كونها الكترونيا فيما يتعلق بحجة غاز النبيل.

ومع ذلك ، يمكن تصنيع مركبات Cr (V) تحت ظروف معينة ، مثل الضغط العالي. أيضا ، فإنها تميل إلى التحلل في درجات حرارة معتدلة ، مما يجعل تطبيقاتها المحتملة مستحيلة لأنها لا تملك مقاومة حرارية. البعض منهم:₅ و K₃[كر)₂)₄] (يا₂^2- هو أنيون البيروكسيد).

من ناحية أخرى كر⁴⁺ إنه أكثر استقرارًا نسبيًا ، وهو قادر على تصنيع مركباته المهلجنة: CrF₄, CrCl₄ و CrBr₄. ومع ذلك ، فهي أيضًا عرضة للتحلل بواسطة تفاعلات الأكسدة والاختزال لإنتاج ذرات الكروم ذات أرقام أكسدة أفضل (مثل +3 أو +6).

Cr (VI): زوج كرومات ثنائي كرومات

2 [كرو₄]^2- + 2H⁺  (أصفر) => [كر₂O₇]^2- + H₂يا (برتقالي)

تتطابق المعادلة أعلاه مع تمييع الحمض لأيوني كرومات لإنتاج ثنائي كرومات. تغيير درجة الحموضة يؤدي إلى تغيير في التفاعلات حول المركز المعدني للكروم⁶⁺, يتضح أيضًا في لون المحلول (من الأصفر إلى البرتقالي أو العكس). يتكون ديكرومات من الجسر O₃كرو كرو₃.

تتميز مركبات Cr (VI) بخصائص كونها ضارة وحتى مسببة للسرطان لجسم الإنسان والحيوانات.

كيف؟ تقول الدراسات أن أيونات كرو₄^2- فهم يعبرون أغشية الخلايا عن طريق عمل البروتينات التي تنقل الكبريتات (كلتا الأيونات لها في الواقع أحجام متماثلة).

عوامل الاختزال داخل الخلايا تقلل Cr (VI) إلى Cr (III) ، والتي تتراكم عن طريق التنسيق بشكل لا رجعة فيه مع مواقع محددة من الجزيئات الكبيرة (مثل DNA).

ملوثة الخلية الزائدة من الكروم ، وهذا واحد لا يمكن أن يغادر بسبب عدم وجود آلية التي تنقلها مرة أخرى من خلال الأغشية.

يستخدم كروم

كما صبغة أو أصباغ

يحتوي Chromium على مجموعة واسعة من التطبيقات ، بدءًا من الصبغ لأنواع مختلفة من الأقمشة ، إلى مواد واقية تزين الأجزاء المعدنية فيما يعرف بالكروم ، والذي يمكن القيام به بالمعادن النقية أو بمركبات Cr (III) أو الكروم (السادس).

فلوريد الكروم (CrF)₃) ، على سبيل المثال ، يستخدم كملون للأقمشة الصوفية ؛ كبريتات الكروم (الكروم₂(SO₄)₃) ، مخصص لتلوين المينا ، والسيراميك ، والدهانات ، والأحبار ، والورنيش ، ويعمل أيضًا على كروم المعادن ؛ وأكسيد الكروم (الكروم₂O₃) يجد أيضا استخدام حيث مطلوب اللون الأخضر جذابة.

لذلك ، يمكن توجيه أي معدن كرومي بألوان كثيفة لصبغ هيكل ، ولكن بعد ذلك ينشأ حقيقة إذا كانت المركبات المذكورة تشكل خطرا أو غير ضارة بالبيئة أو على صحة الأفراد.

في الواقع ، يتم استخدام خصائصه السامة لحفظ الخشب والأسطح الأخرى من هجوم الحشرات.

في مطلي بالكروم أو المعادن

وبالمثل ، تتم إضافة كميات صغيرة من الكروم إلى الفولاذ لتقويتها ضد الأكسدة ولتحسين سطوعها. هذا لأنه قادر على تشكيل كربيدات رمادية (كر₃C₂) مقاوم جدا للتفاعل مع الأكسجين في الهواء.

لأنه يمكن تلميع الكروم للحصول على أسطح لامعة ، يكون مطلي بالكروم ثم تصميمات وألوان فضية كبديل أرخص لهذه الأغراض.

التغذية

يناقش البعض ما إذا كان يمكن اعتبار الكروم عنصرًا أساسيًا ، وهذا أمر لا غنى عنه في النظام الغذائي اليومي. يوجد في بعض الأطعمة بتركيزات صغيرة جدًا ، مثل الأوراق الخضراء والطماطم.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك مكملات البروتين التي تنظم نشاط الأنسولين وتعزز نمو العضلات ، كما هو الحال مع كروميني بولينيكوتين..

اين هو?

يوجد الكروم في مجموعة كبيرة ومتنوعة من المعادن والأحجار الكريمة مثل الياقوت والزمرد. والمعدن الرئيسي الذي يستخرج منه الكروم هو الكروميت (MCr)₂O₄) ، حيث يمكن أن يكون M أي معدن آخر يرتبط بأكسيد الكروم. وتكثر هذه الألغام في جنوب إفريقيا وفي الهند وتركيا وفنلندا والبرازيل ودول أخرى.

يحتوي كل مصدر على متغير واحد أو أكثر من الكروميت. بهذه الطريقة ، لكل معدن (Fe ، Mg ، Mn ، Zn ، إلخ) ، ينشأ معدن كروم مختلف.

لاستخراج المعدن ، من الضروري تقليل المعدن ، أي جعل المركز المعدني لإلكترونات الكسب الكروم عن طريق عمل عامل اختزال. يتم ذلك باستخدام الكربون أو الألومنيوم:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

أيضا ، تم العثور على الكروميت (PbCrO)₄).

عادة ، في أي معدن حيث الكروم أيون³⁺ يمكن أن يحل محل³⁺, على حد سواء مع أنصاف الأيونات مماثلة قليلا ، ويشكل النجاسة التي تؤدي إلى مصدر طبيعي آخر لهذا المعدن مذهلة ، ولكن ضارة.

مراجع

1. Tenenbaum E. الكروم. مأخوذة من: chemistry.pomona.edu
2. ويكيبيديا. (2018). الكروم. مأخوذة من: en.wikipedia.org
3. آن ماري هيلمنستين ، دكتوراه (6 أبريل 2018). ما هو الفرق بين الكروم والكروم؟ مأخوذة من: thinkco.com
4. N.V. Mandich. (1995). كيمياء الكروم. [PDF]. مأخوذة من: citeseerx.ist.psu.edu
5. كيمياء LibreTexts. كيمياء الكروم. مأخوذة من: chem.libretexts.org
6. شاول 1. شوباك. (1991). كيمياء الكروم وبعض المشكلات التحليلية الناتجة. تم التعليق بواسطة: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg، Inc. (2018). الكروم. مأخوذة من: chemistryexplained.com