Propriedades, características e usos do cromo

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Basil Manning
Propriedades, características e usos do cromo

O cromada (Cr) é um elemento metálico do grupo 6 (VIB) da tabela periódica. Toneladas desse metal são produzidas anualmente por meio de sua extração do mineral cromita ferro ou magnésio (FeCrdoisOU4, MgCrdoisOU4), que são reduzidos com carbono para obter o metal. É muito reativo e apenas em condições muito redutoras é encontrado em sua forma pura.

Seu nome deriva da palavra grega 'croma', que significa cor. Recebeu esse nome devido às cores múltiplas e intensas exibidas pelos compostos de cromo, sejam eles inorgânicos ou orgânicos; de sólidos ou soluções pretas a amarelo, laranja, verde, roxo, azul e vermelho.

Crocodilo cromo. Crocodilo Prata Crocodilo Modelo de Jacaré. Fonte: Maxpixel

No entanto, a cor do cromo metálico e seus carbonetos são acinzentados prateados. Esta característica é explorada na técnica de cromagem para dar brilho de prata a muitas estruturas (como aquelas vistas no crocodilo na imagem acima). Assim, ao "banhar-se com cromo" as peças ganham brilho e grande resistência à corrosão..

O cromo em solução reage rapidamente com o oxigênio do ar para formar óxidos. Dependendo do pH e das condições oxidativas do meio, ele pode adquirir diferentes números de oxidação, sendo (III) (Cr3+) o mais estável de todos. Consequentemente, óxido de cromo (III) (CrdoisOU3) de cor verde é o mais estável de seus óxidos.

Esses óxidos podem interagir com outros metais do meio ambiente, causando, por exemplo, o pigmento vermelho siberiano de chumbo (PbCrO4) Esse pigmento é amarelo-laranja ou vermelho (conforme sua alcalinidade), e dele o cientista francês Louis Nicolas Vauquelin isolou o cobre metálico, razão pela qual é premiado como seu descobridor.

Seus minerais e óxidos, assim como uma minúscula porção de cobre metálico, fazem com que este elemento ocupe o número 22 dos mais abundantes na crosta terrestre..

A química do cromo é muito diversa porque ele 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. Da mesma forma, forma ligações com o carbono, intervindo em um grande número de compostos organometálicos..

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Características e propriedades

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

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

Não reage com a água para formar hidróxidos, mas reage com ácidos. Oxida com o 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 da corrosão subsequente, uma vez que o oxigênio não pode penetrar no seio do metal.

Sua configuração eletrônica é [Ar] 4s13d5, com todos os elétrons desemparelhados e, portanto, exibe propriedades paramagnéticas. Porém, o emparelhamento dos spins eletrônicos pode ocorrer caso o metal seja submetido a baixas temperaturas, adquirindo outras propriedades como o antiferromagnetismo..

Índice do artigo

  • 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 cromagem ou metalurgia
    • 4.3 Nutricional
  • 5 onde está?
  • 6 referências

Estrutura química do cromo

Por PNGs originais de Daniel Mayer, DrBob, rastreados no Inkscape pelo usuário: Stannered (estrutura do cristal) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC-BY-SA-3.0 (http: //creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons

Qual é a estrutura do metal cromado? Em sua forma pura, o cromo assume uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (cc ou bcc). 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 apresentar altos pontos de fusão e ebulição, além de grande dureza. Os átomos de cobre se sobrepõem aos seus orbitais s e d para formar bandas de condução de acordo com a teoria de bandas.

Assim, ambas as bandas estão meio cheias. Por quê? Porque sua configuração eletrônica é [Ar] 4s13d5 e como o orbital s pode abrigar dois elétrons e os orbitais d dez. Então, apenas metade das bandas formadas por suas sobreposições são ocupadas por elétrons..

Com essas duas perspectivas - a estrutura cristalina e a ligação metálica - muitas das propriedades físicas desse metal podem ser explicadas em teoria. No entanto, nenhum dos dois explica por que o cromo pode ter vários estados ou números de oxidação..

Isso exigiria um conhecimento profundo da estabilidade do átomo com relação aos spins eletrônicos..

Número de oxidação

Porque a configuração eletrônica do cromo é [Ar] 4s13dpode ganhar até um ou dois elétrons (Cr1- e CRdois-), ou perdê-los para adquirir diferentes números de oxidação.

Assim, se o cromo perder um elétron, ele permaneceria como [Ar] 4s03d5; se ele perder três, [Ar] 4s03d3; e se perder todos eles, [Ar], ou o que for igual, seria isoeletrônico ao argônio.

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

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

Cr (-2, -1 e 0)

É altamente improvável que o cromo ganhe elétrons, já que é um metal e, portanto, sua natureza é doá-los. No entanto, ele pode se coordenar com ligantes, ou seja, moléculas que interagem com o centro do metal por meio de uma ligação dativa..

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

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

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

Por Ben Mills [domínio público], do Wikimedia Commons

A partir desses dois compostos organometálicos, muitos outros podem surgir de Cr (0).

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

Cr (I) e Cr (II)

Cr (I) ou Cr1+ É produzido pela oxidação dos compostos organometálicos que acabamos de descrever. Isso é conseguido oxidando ligantes, como CN ou NO, formando assim, por exemplo, o composto K3[Cr (CN)5NÃO].

Aqui o fato de ter três cátions K+ Isso implica que o complexo de cromo tem três cargas negativas; também o ligante CN- contribui com cinco cargas negativas, de modo que entre Cr e NO deve-se adicionar duas cargas positivas (-5 + 2 = -3).

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

Por outro lado, os compostos de Cr (II) são mais abundantes, incluindo os seguintes: cloreto de cromo (II) (CrCldois), acetato crômico (Crdois(OUdoisCCH3)4), óxido de cromo (II) (CrO), sulfeto de cromo (II) (CrS) e muito mais.

Cr (III)

De todos, é o que apresenta maior estabilidade, já que, na verdade, é o produto de muitas reações oxidativas dos íons cromato. Talvez sua estabilidade se deva à sua configuração eletrônica d3, em que três elétrons ocupam três orbitais d de energia mais baixa em comparação com os outros dois mais energéticos (divisão de orbitais d).

O composto mais representativo deste número de oxidação é o óxido de cromo (III) (CrdoisOU3) Dependendo dos ligantes que se coordenam a ele, o complexo exibirá uma cor ou outra. Exemplos desses compostos são: [CrCldois(HdoisOU)4] Cl, Cr (OH)3, CrF3, [Cr (HdoisOU)6]3+, etc.

Embora a fórmula química não o mostre à primeira vista, o cromo geralmente tem uma esfera de coordenação octaédrica em seus complexos; ou seja, ele está localizado no centro de um octaedro, onde seus vértices são posicionados pelos ligantes (seis no total).

Cr (IV) e Cr (V)

Os compostos dos quais o Cr participa5+ são muito poucos, devido à instabilidade eletrônica do referido átomo, além de serem facilmente oxidados a Cr6+, muito mais estável, pois é isoeletrônico em comparação com o gás nobre de argônio.

No entanto, os compostos Cr (V) podem ser sintetizados sob certas condições, como alta pressão. Da mesma forma, tendem a se decompor em temperaturas moderadas, o que impossibilita suas possíveis aplicações por não apresentarem resistência térmica. Alguns deles são: CrF5 e que3[Cr (Odois)4] (o Odoisdois- é o ânion peróxido).

Por outro lado, o Cr4+ é relativamente mais estável, podendo sintetizar seus compostos halogenados: CrF4, CrCl4 e CrBr4. No entanto, eles também são suscetíveis a serem decompostos 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]dois- + 2h+  (Amarelo) => [CrdoisOU7]dois- + HdoisO (laranja)

A equação acima corresponde à dimerização ácida de dois íons cromato para produzir dicromato. A variação do pH provoca uma mudança nas interações em torno do centro metálico do Cr6+, também evidente na cor da solução (de amarelo a 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 cancerígenos para o corpo humano e animais.

Como? Estudos afirmam que íons CrO4dois- atravessam as membranas celulares pela ação de proteínas transportadoras de sulfato (ambos os íons são, de fato, semelhantes em tamanho).

Agentes redutores dentro das células reduzem Cr (VI) a Cr (III), que se acumula por coordenação irreversível em locais específicos nas macromoléculas (como o DNA).

Contaminou a célula por um excesso de cromo, não pode sair devido à falta de mecanismo que a transporta de volta através das membranas.

Chromium usa

Como corante ou pigmentos

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

Fluoreto crômico (CrF3), por exemplo, é usado como um corante para tecidos de lã; sulfato crômico (Crdois(SW4)3), é usado para colorir esmaltes, cerâmicas, tintas, tintas, vernizes e também para metais de cromo; e óxido crômico (CrdoisOU3) também encontra uso onde sua atraente cor verde é necessária.

Portanto, qualquer mineral de cromo com cores intensas pode estar destinado a manchar uma estrutura, mas depois surge o fato de esses compostos serem perigosos ou não para o meio ambiente ou para a saúde das pessoas..

Na verdade, suas propriedades venenosas são usadas para preservar a madeira e outras superfícies do ataque de insetos..

Em cromo ou metalurgia

Pequenas quantidades de cromo também são adicionadas ao aço para fortalecê-lo contra a oxidação e melhorar seu brilho. Isso porque ele é capaz de formar carbonetos acinzentados (Cr3Cdois) muito resistente a reagir com o oxigênio do ar.

Como o cromo pode ser polido em superfícies brilhantes, o cromo apresenta designs e cores prateados como uma alternativa mais barata para esses fins..

Nutricional

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

Da mesma forma, existem suplementos proteicos que regulam a atividade da insulina e promovem o crescimento muscular, como é o caso do polinicotinato de cromo..

Onde está?

Fonte: Pixabay

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 (MCrdoisOU4), onde M pode ser qualquer outro metal ao qual o óxido de cromo está associado. Essas minas são abundantes na África do Sul, 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, ou seja, fazer com que o centro do metal cromo ganhe elétrons pela ação de um agente redutor. Isso é feito com carbono ou alumínio:

FeCrdoisOU4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Além disso, cromita (PbCrO4).

Geralmente, em qualquer mineral onde o íon3+ pode substituir Al3+, ambos com raios iônicos ligeiramente semelhantes, constituem uma impureza que resulta em outra fonte natural deste incrível, mas prejudicial, metal.

Referências

  1. Tenenbaum E. Cromo. Retirado de: chemical.pomona.edu
  2. Wikipedia. (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. (novecentos e noventa e cinco). Química do cromo. [PDF]. Retirado de: citeseerx.ist.psu.edu
  5. Chemistry LibreTexts. Química do cromo. Retirado de: chem.libretexts.org
  6. Saul 1. Shupack. (1991). The Chemistry of Chromium and Some Resulting Analytical Problems. Revisado por: ncbi.nlm.nih.gov
  7. Advameg, Inc. (2018). Cromo. Retirado de: chemicalexplained.com

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