Propriedades, características e usos do Chromium

O chrome (Cr) é um elemento metálico do grupo 6 (VIB) da tabela periódica. Anualmente, toneladas deste metal são produzidas pela extração do minério de ferro cromita ou minério de magnésio (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄), que são reduzidos com carvão para obter o metal. É muito reativo, e somente em condições muito redutoras é em sua forma pura.

Seu nome deriva da palavra grega "chroma", que significa cor. Foi dado este nome por causa das cores múltiplas e intensas exibidas pelos compostos de cromo, sejam inorgânicos ou orgânicos; de sólidos ou soluções negras, para amarelo, laranja, verde, violeta, azul e vermelho.

No entanto, a cor do cromo metálico e seus carbonetos são de prata acinzentada. Esse recurso é usado na técnica de cromagem para dar muitas estruturas de flashes de prata (como as vistas no crocodilo na imagem acima). Assim, "banho com cromo" para as peças é dado brilho e uma grande resistência à corrosão.

O cromo na solução reage rapidamente com o oxigênio no ar para formar óxidos. Dependendo do pH e das condições oxidativas do meio, diferentes números de oxidação podem ser adquiridos, sendo o (III) (Cr³⁺) o mais estável de todos. Como resultado, o óxido de cromo (III) (Cr₂O₃) cor verde é o mais estável dos seus óxidos.

Esses óxidos podem interagir com outros metais no ambiente, originando, por exemplo, o pigmento vermelho da Sibéria (PbCrO).₄). Este pigmento é um amarelo-laranja ou vermelho (de acordo com sua alcalinidade), e com isso o cientista francês Louis Nicolas Vauquelin isolados razão cobre metálico é atribuído como seu descobridor.

Seus minerais e óxidos, bem como uma pequena porção de cobre metálico, fazem com que esse elemento ocupe a 22ª mais abundante da crosta terrestre.

A química do cromo é muito diversa porque pode formar ligações com quase toda a tabela periódica. Cada um de seus compostos exibe cores que dependem do número de oxidação, bem como das espécies que interagem com ele. Também forma ligações com carbono, intervindo em um grande número de compostos organometálicos.

[TOC]

Características e propriedades

O cromo é um metal de prata em sua forma pura, com um número atômico de 24 e um peso molecular de aproximadamente 52 g / mol (⁵²Cr, seu isótopo mais estável).

Devido às suas fortes ligações metálicas, possui pontos de alta fusão (1907 ° C) e ebulição (2671 ° C). Além disso, sua estrutura cristalina torna um metal muito denso (7,19 g / mL).

Não reage com a água para formar hidróxidos, mas reage com ácidos. É oxidado com oxigênio do ar, geralmente produzindo óxido crômico, que é um pigmento verde amplamente utilizado.

Essas camadas de óxido criam o que é conhecido como passivação, protegendo o metal de mais corrosão, já que o oxigênio não pode penetrar no seio metálico.

Sua configuração eletrônica é [Ar] 4s¹3d⁵, com todos os elétrons desemparelhados e, portanto, exibe propriedades paramagnéticas. No entanto, o emparelhamento de spins eletrônicos pode ocorrer se o metal estiver sujeito a baixas temperaturas, adquirindo outras propriedades como o antiferromagnetismo.

Índice

• 1 Características e propriedades
• 2 Estrutura química do cromo
• 3 número de oxidação
  • 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): o par cromato-dicromato
• 4 Usos do cromo
  • 4.1 Como corante ou pigmentos
  • 4.2 Em cromo ou metalurgia
  • 4.3 Nutricional
• 5 Onde está?
• 6 referências

Estrutura química do cromo

Qual é a estrutura do metal cromo? Na sua forma pura, crómio adopta uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (cc ou Bcc, por sua sigla). Isso significa que o átomo de cromo está localizado no centro de um cubo, cujas bordas são ocupadas por outros cromos (como na imagem acima).

Essa estrutura é responsável pelo cromo que possui altos pontos de fusão e ebulição, além de alta dureza. Os átomos de cobre se sobrepõem aos seus orbitais se formam para formar bandas de condução de acordo com a teoria da banda.

Assim, ambas as bandas estão meio cheias. Por quê? Porque sua configuração eletrônica é [Ar] 4s¹3d⁵ e como os orbitais podem conter dois elétrons e os orbitais d dez. Então, apenas metade das bandas formadas por sua sobreposição são ocupados por elétrons.

Com estes estrutura de duas perspectivas-cristalina e ligação metálico-, que pode ser explicado teoricamente muitas das propriedades físicas deste metal. No entanto, nem explica por que o cromo pode ter vários estados de oxidação ou números.

Isso exigiria um profundo entendimento da estabilidade do átomo em relação aos spins eletrônicos.

Número de oxidação

Porque a configuração eletrônica do cromo é [Ar] 4s¹3d⁵ pode ganhar até um ou dois elétrons (Cr^1- e Cr^2-), ou vai perdê-los para adquirir diferentes números de oxidação.

Então, se o cromo perde um elétron, seria como [Ar] 4s⁰3d⁵; se ele perder três, [Ar] 4s⁰3d³; e se ele perder todos eles, [Ar], ou o que é o mesmo, seria isoeletrônico para argônio.

O cromo não perde nem ganha elétrons por mero capricho: deve haver uma espécie que os doe ou aceite para ir de um número de oxidação para outro.

O cromo tem os seguintes números de oxidação: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 e +6. Deles o +3, Cr³⁺, é o mais estável e, portanto, predominante de todos; seguido por +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 e 0)

É muito improvável que o cromo ganhe elétrons, porque é um metal e, portanto, sua natureza é doá-los. No entanto, ele pode ser coordenado com ligantes, isto é, moléculas que interagem com o centro metálico por meio de uma ligação dativa.

Um dos mais conhecidos é o monóxido de carbono (CO), que forma o composto hexacarbonil de cromo.

Este composto tem uma fórmula molecular Cr (CO)₆e como os ligantes são neutros e não fornecem nenhuma carga, então o Cr tem um número de oxidação de 0.

Isso também pode ser observado em outros compostos organometálicos, como o bis (benzeno) cromo. No último cromo é rodeado por dois anéis de benzeno em uma estrutura molecular do tipo sanduíche:

Destes dois compostos organometálicos muitos outros de Cr (0) podem surgir.

Sais foram encontrados onde eles interagem com cátions de sódio, o que implica que o Cr deve ter um número de oxidação negativo para atrair cargas positivas: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] e Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) e Cr (II)

O Cr (I) ou Cr¹⁺ é produzido pela oxidação dos compostos organometálicos que acabamos de descrever. Isto é conseguido através da oxidação de ligandos, tais como CN ou NO, formando assim, por exemplo, o composto K₃[Cr (CN)₅NÃO

Aqui o fato de ter três cátions K⁺ implica que o complexo de crómio tem três cargas negativas; Da mesma forma, o ligando CN^- fornece cinco cargas negativas, de modo que entre o Cr e o NO devem adicionar duas cargas positivas (-5 + 2 = -3).

Se o NO é neutro, então é Cr (II), mas tem uma carga positiva (NO⁺), é nesse caso Cr (I).

Por outro lado, os compostos de Cr (II) são mais abundantes, sendo os seguintes: cloreto de cromo (II) (CrCl₂), acetato crômico (Cr₂(O₂CCH₃)₄), óxido de cromo (II) (CrO), sulfeto de cromo (II) (CrS) e outros.

Cr (III)

De todos é a de maior estabilidade, porque é de fato o produto de muitas reações oxidantes dos íons cromato. Talvez sua estabilidade seja devido a sua configuração eletrônica³, em que três elétrons ocupam três orbitais d de menor energia em comparação com os outros dois mais energéticos (orbitais d separação).

O composto mais representativo deste número de oxidação é o óxido de cromo (III) (Cr₂O₃). Dependendo dos ligantes que são coordenados, o complexo exibirá uma cor ou outra. Exemplos desses compostos são: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃CrF₃[Cr (H₂O)₆]³⁺etc.

Embora a fórmula química não apresente à primeira vista, o cromo geralmente tem uma esfera de coordenação octaédrica em seus complexos; isto é, está localizado no centro de um octaedro onde seus vértices estão posicionados ligantes (seis no total).

Cr (IV) e Cr (V)

Os compostos onde Cr participa⁵⁺ são muito poucos, devido à instabilidade eletrônica do dito átomo, além de ser facilmente oxidado ao Cr⁶⁺, muito mais estável para ser isoeletrônica em relação ao gás nobre de argônio.

No entanto, os compostos Cr (V) podem ser sintetizados sob certas condições, tais como alta pressão. Além disso, eles tendem a se decompor a temperaturas moderadas, o que impossibilita suas possíveis aplicações, porque elas não têm resistência térmica. Alguns deles são: CrF₅ e que₃[Cr (O₂)₄] (oO₂^2- é o ânion peróxido).

Por outro lado, o Cr⁴⁺ É relativamente mais estável, podendo sintetizar seus compostos halogenados: CrF₄CrCl₄ e CrBr₄. No entanto, eles também são suscetíveis à decomposição por reações redox para produzir átomos de cromo com melhores números de oxidação (como +3 ou +6).

Cr (VI): o par cromato-dicromato

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺ (Amarelo) => [Cr₂O₇]^2- + H₂O (laranja)

A equação acima corresponde à dimerização ácida de dois iões de cromato para produzir dicromato. A variação do pH provoca uma mudança nas interações ao redor do centro metálico do Cr⁶⁺, evidenciando também na cor da solução (de amarelo para laranja ou vice-versa). O dicromato consiste em uma ponte O₃Cr-O-CrO₃.

Os compostos de Cr (VI) têm as características de serem prejudiciais e até carcinogênicos ao corpo humano e aos animais.

Como? Estudos argumentam que os íons CrO₄^2- eles atravessam as membranas celulares pela ação das proteínas que transportam os sulfatos (ambos os íons têm tamanhos semelhantes).

Os agentes redutores dentro das células reduzem o Cr (VI) ao Cr (III), que se acumula quando são irreversivelmente coordenados a sítios específicos de macromoléculas (como o DNA).

Contaminado a célula por um excesso de cromo, isso não pode sair devido à falta de mecanismo que o transporte de volta através das membranas.

Usos do Chrome

Como um corante ou pigmentos

O cromo tem uma ampla gama de aplicações, desde corantes para diferentes tipos de tecidos, até protetores que embelezam peças de metal no que é conhecido como cromo, que pode ser feito com metal puro, ou com compostos de Cr (III) ou Cr (VI).

Fluoreto Crômico (CrF)₃), por exemplo, é usado como corante para panos de lã; Sulfato Crômico (Cr₂(SO₄)₃), é usado para colorir esmaltes, cerâmicas, tintas, tintas, vernizes e também serve para cromato metais; e óxido crômico (Cr₂O₃) também encontra uso onde sua cor verde atraente é necessária.

Por conseguinte, qualquer mineral de crómio com cores intensas pode ser destinado a tingir uma estrutura, mas depois disso surge o facto de os referidos compostos serem perigosos ou não para o ambiente ou para a saúde dos indivíduos.

De fato, suas propriedades venenosas são usadas para conservar madeira e outras superfícies contra ataques de insetos.

Em cromados ou metalurgia

Além disso, pequenas quantidades de cromo são adicionadas ao aço para fortalecê-lo contra a oxidação e melhorar seu brilho. Isso porque é capaz de formar carbonetos acinzentados (Cr₃C₂) muito resistente ao reagir com oxigênio no ar.

Porque o cromo pode ser polido para obter superfícies brilhantes, cromado, em seguida, tem desenhos de prata e cores como uma alternativa mais barata para esses fins.

Nutricional

Alguns debatem se o cromo pode ser considerado um elemento essencial, isto é, indispensável na dieta diária. Está presente em alguns alimentos em concentrações muito pequenas, como folhas verdes e tomates.

Além disso, existem suplementos de proteína que regulam a atividade da insulina e promovem o crescimento muscular, como é o caso do polinicotinato de cromo.

Onde está?

O cromo é encontrado em uma grande variedade de minerais e pedras preciosas, como rubis e esmeraldas. O principal mineral do qual o cromo é extraído é a cromita (MCr₂O₄), onde M pode ser qualquer outro metal com o qual o óxido de cromo está associado. Estas minas são abundantes na África do Sul, na Índia, Turquia, Finlândia, Brasil e outros países.

Cada fonte possui uma ou mais variantes de cromita. Desta forma, para cada M (Fe, Mg, Mn, Zn, etc.) surge um mineral de cromo diferente.

Para extrair o metal, é necessário reduzir o mineral, isto é, fazer com que o centro metálico do cromo ganhe elétrons pela ação de um agente redutor. Isso é feito com carbono ou alumínio:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Além disso, o cromita é encontrado (PbCrO₄).

Geralmente, em qualquer mineral onde o íon Cr³⁺ pode substituir o Al³⁺, ambos com raios iônicos ligeiramente similares, constituem uma impureza que resulta em outra fonte natural desse incrível, porém nocivo, metal.

Referências

1. Tenenbaum E. Cromo. Retirado de: chemistry.pomona.edu
2. Wikipédia. (2018) Cromo Retirado de: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 de abril de 2018) Qual é a diferença entre o Chrome e o Chromium? Retirado de: thoughtco.com
4. N.V. Mandich (1995). Química do Cromo. [PDF] Retirado de: citeseerx.ist.psu.edu
5. Química LibreTexts. Química do Cromo. Retirado de: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). A Química do Cromo e Alguns Problemas Analíticos Resultantes. Analisado por: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Cromo Retirado de: chemistryexplained.com