- מאפיינים ותכונות
- מבנה כימי של כרום
- מספר חמצון
- Cr (-2, -1 ו- 0)
- Cr (I) ו- Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) ו- Cr (V)
- Cr (VI): הזוג הכרומט-דיכרומט
- כרום משתמש
- כצבע צבע או כפיגמנטים
- בכרום או במתכות
- תזונתי
- איפה זה נמצא?
- הפניות
כרום (Cr) הוא אלמנט המתכת של 6 קבוצה (VIB) של הטבלה המחזורית. טונות של מתכת זו מיוצרים מדי שנה באמצעות שאיבתם מהמינרל הכרומיט מברזל או מגנזיום (FeCr 2 O 4 , MgCr 2 O 4 ), המופחתים בפחם כדי להשיג את המתכת. הוא מגיב מאוד, ורק בתנאים מצמצמים מאוד הוא בצורתו הטהורה.
שמו נובע מהמילה היוונית 'כרומה' שמשמעותה צבע. שם זה ניתן לשם בגלל הצבעים המרובים והאינטנסיביים שהציגו תרכובות כרום, בין אם אורגניים ובין אם אורגניים; ממוצקים שחורים או פתרונות לצהוב, כתום, ירוק, סגול, כחול ואדום.
תנין כרום. תנין כסף מתנין כרום מכסף. מקור: מקספיקסל
עם זאת, צבע הכרום המתכתי והקרבידים שלו בצבע אפרפר-כסוף. מאפיין זה מנוצל בטכניקת ציפוי הכרום בכדי להעניק למבנים רבים נצנוצי כסף (כמו אלה שנראו בתנין בתמונה למעלה). לפיכך, על ידי "רחצה בכרום" נותנים לחתיכות ברק ועמידות רבה בפני קורוזיה.
כרום בתמיסה מגיב במהירות עם חמצן באוויר ויוצר תחמוצות. בהתאם לחומציות החומציות ולתנאי החמצון של המדיום, הוא יכול לרכוש מספרים של חמצון שונים, כאשר (III) (Cr 3+ ) הוא היציב ביותר מכולם. כתוצאה מכך, תחמוצת הכרום הירוק (III) (Cr 2 O 3 ) היא היציבה ביותר מבין תחמוצותיו.
תחמוצות אלה יכולות לקיים אינטראקציה עם מתכות אחרות בסביבה, וגורמות, למשל, לפיגמנט הסיבירי האדום (PbCrO 4 ). הפיגמנט הזה הוא צהוב-כתום או אדום (בהתאם לאלליות שלו), וממנו בודד המדען הצרפתי לואי ניקולה ווקלין נחושת מתכתית, וזו הסיבה שהוא זוכה בתור תגליתו.
המינרלים והתחמוצות שלו, כמו גם חלק זעיר של נחושת מתכתית, הופכים את האלמנט הזה לדירוג 22 מבין השופעים בקרום כדור הארץ.
הכימיה של הכרום מגוונת מאוד מכיוון שהיא יכולה ליצור קשרים עם כמעט כל הטבלה המחזורית כולה. כל אחד מהתרכובות שלו מציג צבעים התלויים במספר החמצון, כמו גם במינים הקיימים איתו אינטראקציה. באופן דומה, הוא יוצר קשרים עם פחמן, ומתערב במספר רב של תרכובות אורגנו-מתכתיות.
מאפיינים ותכונות
כרום הוא מתכת כסופה בצורתה הטהורה, עם מספר אטומי של 24 ומשקל מולקולרי של כ 52 גרם / מול ( 52 Cr, האיזוטופ היציב ביותר שלו).
בהתחשב בקשרים המתכתיים החזקים שלו, יש לו נקודות התכה גבוהות (1907 מעלות צלזיוס) ונקודות רתיחה (2671 מעלות צלזיוס). כמו כן, המבנה הגבישי שלה הופך אותו למתכת צפופה מאוד (7.19 גרם / מ"ל).
זה לא מגיב עם מים ליצירת הידרוקסיד, אבל הוא כן מגיב עם חומצות. זה מתחמצן עם החמצן באוויר, בדרך כלל מייצר תחמוצת כרום, שהיא פיגמנט ירוק בשימוש נרחב.
שכבות תחמוצת אלה יוצרות מה שמכונה פסיבציה, ומגנות על המתכת מפני קורוזיה נוספת מכיוון שחמצן אינו יכול לחדור לסינוס המתכת.
התצורה האלקטרונית שלה היא 4s 1 3d 5 , כאשר כל האלקטרונים אינם מותאמים, ולכן היא מציגה תכונות פרמגנטיות. עם זאת, הזדווגות של ספינים אלקטרוניים יכולה להתרחש אם המתכת נתונה לטמפרטורות נמוכות, ותשיג תכונות אחרות כמו אנטי-פרומגנטיות.
מבנה כימי של כרום
מאת PNGs מקוריים מאת דניאל מאייר, DrBob, שאותה עקבה באינסקייפ על ידי משתמש: Stannered (מבנה קריסטל), באמצעות ויקימדיה Commons
מה מבנה המתכת הכרום? בצורתו הטהורה, כרום מניח מבנה גביש מעוקב במרכז הגוף (סמ"ק או סמ"ק). משמעות הדבר היא כי אטום הכרום נמצא במרכז הקוביה, ששוליה תפוסים על ידי כרומים אחרים (כמו בתמונה למעלה).
מבנה זה אחראי לכך שיש בכרום נקודות התכה ורתיחה גבוהות, כמו גם לקשיות גבוהה. אטומי נחושת חופפים את מסלולי ה- s ו- d שלהם ויוצרים להקות הולכה על פי תורת הלהקות.
כך, שתי הלהקות מלאות למחצה. למה? מכיוון שהקונפיגורציה האלקטרונית שלה היא 4s 1 3d 5 וככמו מסלול זה הוא יכול להכיל שני אלקטרונים, והסביבולים d עשר. ואז רק מחצית מהלהקות שנוצרו בגלל החפיפה שלהם תפוסות על ידי אלקטרונים.
בשתי נקודות מבט אלה - המבנה הגבישי והקשר המתכתי - ניתן להסביר תיאוריה רבות מהמאפיינים הפיזיים של מתכת זו. עם זאת, אף אחד מהם לא מסביר מדוע כרום יכול להיות במצבי חמצון שונים או במספרים שונים.
זה ידרוש הבנה מעמיקה של יציבות האטום ביחס לספינים אלקטרוניים.
מספר חמצון
מכיוון שתצורת האלקטרונים של כרום היא 4s 1 3d 5, היא יכולה להשיג עד אלקטרונים אחד או שניים (Cr 1– ו- Cr 2– ), או לאבד אותם כדי להשיג מספר חמצון שונה.
לפיכך, אם כרום מאבד אלקטרון, זה יהיה 4s 0 3d 5 ; אם הוא מפסיד שלוש, 4s 0 3d 3 ; ואם זה מאבד את כולם, או מה זהה, זה יהיה איזואלקטרוני לארגון.
כרום לא מאבד או משיג אלקטרונים בגחמה גרידא: צריך להיות מין התורם או מקבל אותם כדי לעבור ממספר חמצון אחד למשנהו.
לכרום יש את מספר החמצון הבא: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6. מבין אלה, +3, Cr 3+ , הוא היציב ביותר ולכן שולט בכולם; ואחריו +6, Cr 6+ .
Cr (-2, -1 ו- 0)
כרום מאוד לא סביר כי כרום ישיג אלקטרונים, מכיוון שמדובר במתכת, ולכן טיבו לתרום אותם. עם זאת, הוא יכול לתאם עם ליגנדים, כלומר מולקולות הקיימות אינטראקציה עם מרכז המתכת דרך קשר דתי.
אחד הידועים שבהם הוא פחמן חד חמצני (CO) המהווה את תרכובת ההקסקרבוניל של כרום.
לתרכובת זו הנוסחה המולקולרית Cr (CO) 6 , ומאחר והליגנדים ניטרליים ואינם מספקים מטען כלשהו, אז ל- Cr יש מספר חמצון של 0.
ניתן לראות זאת גם בתרכובות אורגנו-מתכתיות אחרות כגון כרום ביס (בנזן). באחרון, הכרום מוקף על ידי שתי טבעות בנזן במבנה מולקולרי דמוי כריך:
מאת בן מילס, מ- Wikimedia Commons
הרבה תרכובות Cr (0) אחרות יכולות לנבוע משני תרכובות אורגנו-מתכתיות אלה.
מלחים נמצאו במקום שהם מקיימים אינטראקציה עם קטיוני נתרן, מה שמשמע כי ל- Cr צריך להיות מספר חמצון שלילי כדי למשוך מטענים חיוביים: Cr (-2), Na 2 ו- Cr (-1), Na 2 .
Cr (I) ו- Cr (II)
Cr (I) או Cr 1+ מיוצר על ידי חמצון של התרכובות האורגנו-מתכתיות שתוארו זה עתה. זה מושג על ידי חמצון של ליגנדים, כמו CN או NO, וכך נוצר למשל תרכובת K 3 .
כאן העובדה שיש שלושה קטיוני K + מרמזת שלמתחם הכרום שלושה מטענים שליליים; כמו כן הליגנד CN - תורם חמישה מטענים שליליים, כך שבין Cr ל- NO עליהם להוסיף שני מטענים חיוביים (-5 + 2 = -3).
אם NO הוא ניטרלי, אז הוא Cr (II), אבל אם יש לו מטען חיובי (NO + ), אז הוא Cr (I).
מצד שני, את Cr (II) תרכובות הם עשירים יותר, ביניהם הבאה: כרום (II) כלוריד (CrCl 2 ), אצטט chromous (Cr 2 (O 2 CCH 3 ) 4 ), תחמוצת כרום ( II) (CrO), כרום (II) סולפיד (CrS), ועוד.
Cr (III)
מכל זה הוא זה עם היציבות הגדולה ביותר, מכיוון שהוא למעשה תוצר של תגובות חמצוניות רבות של יוני כרומט. אולי היציבות שלה נובעת מהתצורה האלקטרונית ה- d 3 שלה , בה שלושה אלקטרונים תופסים שלושה אורביטלים d-אנרגיים נמוכים יותר לעומת שני האחרים האנרגטיים האחרים (הכפלה של d-orbitital).
התרכובת המייצגת ביותר של מספר החמצון הזה היא תחמוצת כרום (III) (Cr 2 O 3 ). בהתאם לליגנדים שמתאמים אליו, המתחם יציג צבע זה או אחר. דוגמאות לתרכובות אלה הן: Cl, Cr (OH) 3 , CrF 3 , 3+ וכו '.
למרות שהפורמולה הכימית אינה מציגה אותה במבט ראשון, כרום בדרך כלל יש תחום קואורדינציה אוקטאהדרלית במתחמיו; כלומר הוא ממוקם במרכז אוקטדרה, שם קודקודיו ממוקמים על ידי הליגנדים (שישה בסך הכל).
Cr (IV) ו- Cr (V)
התרכובות בהן משתתף Cr 5+ הן מעטות מאוד, בשל חוסר היציבות האלקטרונית של האטום האמור, בנוסף לעובדה שהוא מתחמצן בקלות ל- Cr 6+ , יציב בהרבה מכיוון שהוא איזואלקטרוני ביחס לגז אצילי ארגון.
עם זאת, ניתן לסנתז תרכובות Cr (V) בתנאים מסוימים, כגון לחץ גבוה. כמו כן, הם נוטים להתפרק בטמפרטורות מתונות, מה שהופך את יישומם האפשרי לבלתי אפשרי מכיוון שאין להם עמידות תרמית. חלקם הם: CrF 5 ו- K 3 (O 2 2- הוא אניון החמצן).
מצד שני, Cr 4+ יחסית יציב יותר, ומסוגל לסנתז את התרכובות ההלוגניות שלו: CrF 4 , CrCl 4 ו- CrBr 4 . עם זאת, הם חשופים גם לפירוק מתגובות redox לייצור אטומי כרום עם מספר חמצון טוב יותר (כמו +3 או +6).
Cr (VI): הזוג הכרומט-דיכרומט
2 2- + 2H + (צהוב) => 2- + H 2 O (כתום)
המשוואה לעיל תואמת את דימריזציה חומצית של שני יוני כרומט לייצור דיכרומט. השונות ב- pH גורמת לשינוי באינטראקציות סביב המרכז המתכתי של Cr 6+ , ניכר גם בצבע התמיסה (מצהוב לכתום או להפך). דיכרומט מורכב מגשר O 3 Cr-O-CrO 3 .
לתרכובות Cr (VI) יש את המאפיינים של להיות מזיקים ואף מסרטנים לגוף האדם ובעלי החיים.
אֵיך? מחקרים טוענים כי CrO 4 2- יוני חוצים את קרומי התא על ידי פעולת חלבונים המובילים סולפט (שני היונים למעשה דומים בגודלם).
צמצום חומרים בתוך התאים מצמצם את ה- Cr (VI) ל- Cr (III), המצטבר על ידי תיאום בלתי הפיך לאתרים ספציפיים במקרומולקולות (כמו DNA).
ברגע שהתא מזוהם מעודף כרום, הוא אינו יכול לצאת בגלל היעדר מנגנון המעביר אותו בחזרה דרך הממברנות.
כרום משתמש
כצבע צבע או כפיגמנטים
לכרום מגוון רחב של יישומים, החל מצבע עבור סוגים שונים של בדים, וכלה במגן שמייפה חלקי מתכת במה שמכונה ציפוי כרום, שיכול להתבצע במתכת טהורה, או בתרכובות Cr (III) או Cr (VI).
פלואוריד כרומי (CrF 3 ), למשל, משמש כצבע לבדי צמר; כרומט גופרתי (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), משמש לצביעת אמייל, קרמיקה, צבעים, צבעי דיו, לכות ומשמש גם למתכות כרום; ותחמוצת כרום (Cr 2 O 3 ) מוצאת שימוש גם במקום בו נדרש צבעו הירוק האטרקטיבי.
לפיכך, כל מינרל כרום עם צבעים עזים יכול להיות מיועד להכתים מבנה, אך לאחר מכן מתעוררת העובדה האם תרכובות אלה מסוכנות או לא לסביבה או לבריאותם של אנשים.
למעשה, תכונותיו הרעילות משמשות לשימור עץ ומשטחים אחרים מהתקף חרקים.
בכרום או במתכות
פלדה מתווספת כמויות קטנות של כרום כדי לחזק אותה מפני חמצון וכדי לשפר את הברק שלה. זה נובע מהעובדה שהוא מסוגל ליצור קרבידים אפרוריים (Cr 3 C 2 ) העמידים מאוד כאשר מגיבים עם חמצן באוויר.
מכיוון שניתן ליטוש כרום למשטחים מבריקים, כרום כולל עיצובים וצבעים כסופים כחלופה זולה יותר למטרות אלה.
תזונתי
יש המתלבטים בשאלה האם כרום יכול להיחשב כמרכיב חיוני, כלומר הכרחי בתזונה היומית. זה קיים בחלק מהמאכלים בריכוזים קטנים מאוד, כמו עלים ירוקים ועגבניות.
כמו כן, ישנם תוספי חלבון המווסתים את פעילות האינסולין ומקדמים את צמיחת השרירים, כפי שקורה בכרום פולינוקוטינט.
איפה זה נמצא?
מקור: Pixabay
כרום נמצא במגוון רחב של מינרלים ואבני חן כמו אודם וברקת. המינרל העיקרי ממנו מופק כרום הוא כרומית (MCr 2 O 4 ), שם M יכולה להיות כל מתכת אחרת שאליה מתחבר תחמוצת הכרום. מוקשים אלה שופעים בדרום אפריקה, הודו, טורקיה, פינלנד, ברזיל ומדינות אחרות.
לכל מקור יש גרסאות כרומיט אחת או יותר. באופן זה, עבור כל M (Fe, Mg, Mn, Zn וכו ') נוצר מינרל כרום שונה.
כדי לחלץ את המתכת יש צורך להפחית את המינרל, כלומר לגרום למרכז המתכת הכרום להשיג אלקטרונים על ידי פעולה של גורם מקטין. הדבר נעשה באמצעות פחמן או אלומיניום:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO
כמו כן נמצא כרומיט (PbCrO 4 ).
באופן כללי, בכל מינרל בו היון Cr 3+ יכול להחליף את Al 3+ , שניהם עם רדיוסים יוניים דומים מעט, הוא מהווה טומאה המביאה למקור טבעי אחר למתכת מדהימה אך מזיקה זו.
הפניות
- טננבוים כרום. לקוח מ: chemistry.pomona.edu
- ויקיפדיה. (2018). כְּרוֹם. נלקח מ: en.wikipedia.org
- אן מארי הלמנסטין, דוקטורט. (6 באפריל 2018). מה ההבדל בין כרום וכרום? נלקח מ: thoughtco.com
- NV Mandich. (אלף תשע מאות תשעים וחמש). כימיה של כרום. . לקוח מ: citeseerx.ist.psu.edu
- כימיה LibreTexts. כימיה של כרום. נלקח מ: chem.libretexts.org
- שאול 1. שופאק. (1991). הכימיה של הכרום וכמה בעיות אנליטיות שהתקבלו. נבדק מ: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). כְּרוֹם. לקוח מ: chemistryexplained.com