Chrom – charakterystyka

Chrom jest pierwiastkiem chemicznym, należącym do metali bloku $d$. Posiada 6 elektronów walencyjnych i charakteryzuje się następującą konfiguracją elektronową, zapisaną z użyciem rdzenia gazu szlachetnego: $\left[\mathrm{Ar}\right]3d^{5}4s^1$. Jego liczba masowa i atomowa wynoszą odpowiednio 51,9961 i 24, dlatego też liczba jego protonów i elektronów równa jest 24. Charakteryzuje się temperaturami wrzenia i topnienia równymi odpowiednio 2572°C oraz 1857°C. Gęstość chromu w warunkach normalnych wynosi 7,14 $\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$. Charakterystyczne stopnie utlenienia chromu to +VI, +III, +II. Chrom posiada 25 izotopów znajdujących się w zakresie od ${}^{42}\mathrm{Cr}$ do ${}^{67}\mathrm{Cr}$, z których jego naturalne izotopy to ${}^{52}\mathrm{Cr}$, ${}^{53}\mathrm{Cr}$, ${}^{54}\mathrm{Cr}$, a najliczniej występującym izotopem tego pierwiastka jest ${}^{52}\mathrm{Cr}$ ( 83,789%).

R2SduOihDLMdj

Zdjęcie przedstawiające kilka kawałków metalicznego chromu. Część z nich ma nieregularną strukturę, srebrzystoszarą i połyskliwą. Obok leży również kawałek przetopiony w postaci kostki sześciennej. Jest srebrzystobiały, gładki i wyraźnie błyszczy.

Chrom występuje w przyrodzie wyłącznie w postaci związków chemicznych. Poniżej przedstawiono zdjęcia przykładowych minerałów, których składnikiem jest chrom.

RHYLMhiEwSTu8

Zdjęcie przedstawia chromit, minerał o ziarnistej strukturze jest-biało-czarno-szary.

R1YJKmuJrklBb

Zdjęcie przedstawia fragment krokoitu minerał o pomarańczowym zabarwieniu. Na jego powierzchni znajdują się lekko połyskujące kryształy o pokroju igiełkowym, zbudowane z czystego związku.

RmaLp5pjNlxwh

Zdjęcie przedstawiające ochrę chromową w postaci ciemnozielonych granulek.

Ciekawostka

Odkrywcy nazwali jedną z rud chromu krokoitem (${\mathrm{PbCrO}}_4$), z greckiego krokoeis (szafranowy), który wyglądem przypomina szafran.

RvMC9QoMnDUCv

Zdjęcie przedstawiające szafran, najdroższą przyprawę świata wytwarzaną ze znamion wysuszonych słupków szafranu uprawnego. Mają one postać nitkowatą w kolorze pomarańczowym do ciemnopomarańczowego.

Metoda ta polega na reakcji redukcji tlenku chromu(III) z wykorzystaniem sproszkowanego glinu. Poniższa reakcja, w ostatnim etapie, jest również wykorzystywana w metodzie przemysłowej.

Rk5O1qOfIRrHl

Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji chemicznej. Cząsteczka tlenku chromu(III) ${\text{Cr}}_2{\text{O}}_3$, w której atom chromu występuje na trzecim stopniu utlenienia, co zostało oznaczone rzymską cyfrą III. Dodać dwa atomy glinu Al na zerowym stopniu utlenienia. Strzałka w prawo, nad strzałką zapis "ogrzewanie". Za strzałką dwa atomy chromu na zerowym stopniu utlenienia dodać cząsteczka tlenku glinu ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$, w której atom glinu występuje na trzecim stopniu utlenienia (III). Ponadto poprowadzono strzałkę od atomu chromu w cząsteczce ${\text{Cr}}_2{\text{O}}_3$ do atomów chromu po stronie produktów, nad którą zapisano "redukcja". Strzałkę poprowadzono również od atomów glinu po stronie substratów do atomów glinu w cząsteczce ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$ po stronie produktów, nad strzałką zapisano "utlenianie".

R4plVh5p3ckMi

Zdjęcie przedstawiające żółty płomień wydobywający się z pojemnika, który stoi na podstawce. Nad płomieniem są kłęby jasnego dymu. Wokół ognia spora ilość iskier.

Metoda ta polega na przerobieniu rudy chromitowej w tlenek chromu(III), a następnie zredukowaniu go przy pomocy glinu. Poniżej zostały przedstawione równania reakcji, które zachodzą podczas stosowania tej metody.

RkYsc7Wj1fKPH

Ilustracja przedstawia trzy równania. 1. Chromit, czyli cztery cząsteczki ${\text{FeCr}}_2{\text{O}}_4$, dodać osiem cząsteczek ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$, dodać siedem cząsteczek tlenu ${\text{O}}_2$. Strzałka w prawo, za strzałką osiem cząsteczek ${\text{Na}}_2{\text{CrO}}_4$, dodać dwie cząsteczki ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$, dodać osiem cząsteczek ${\text{CO}}_2$. 2. Dwie cząsteczki ${\text{Na}}_2{\text{CrO}}_4$, w których chroma znajduje się na szóstym stopniu utlenienia, dodać cząsteczka kwasu siarkowego(VI) ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka ${\text{Na}}_2{\text{Cr}}_2{\text{O}}_7$, w której chrom znajduje się na szóstym stopniu utlenienia, dodać cząsteczka ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$, dodać cząsteczka ${\text{H}}_2\text{O}$. 3. Cząsteczka ${\text{Na}}_2{\text{Cr}}_2{\text{O}}_7$, w której chrom znajduje się na szóstym stopniu utlenienia, dodać dwa atomy węgla C na zerowym stopniu utlenienia. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka ${\text{Cr}}_2{\text{O}}_3$, w której chrom znajduje się na trzecim stopniu utlenienia (III), dodać cząsteczka ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$, w której węgiel znajduje się na czwarty stopniu utlenienia, dodać cząsteczka $\text{CO}$, w której węgiel znajduje się na drugim stopniu utlenienia. Od chromu w ${\text{Na}}_2{\text{Cr}}_2{\text{O}}_7$ poprowadzona strzałka do chromu w cząsteczce ${\text{Cr}}_2{\text{O}}_3$, nad strzałką zapis "redukcja". Ponadto od węgla po stronie produktów poprowadzone dwie strzałki do węgla w ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$ oraz węgla w $\text{CO}$. Nad strzałkami zapis "utlenianie".

Powyższa reakcja jest reakcją utlenianiareakcja utlenianiautleniania - redukcjireakcja redukcjiredukcji. Atom chromu w dichromianie(VI) sodu ulega redukcji, ponieważ zmniejsza swój stopień utlenianiastopień utlenieniastopień utleniania z VI na III. Atom węgla ulega utlenieniu, ponieważ zwiększa swój stopień utlenienia z 0 na II i IV.

R1Ph8hsMpQYxx

Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji chemicznej. Cząsteczka tlenku chromu(III) ${\text{Cr}}_2{\text{O}}_3$, w której atom chromu występuje na trzecim stopniu utlenienia, co zostało oznaczone rzymską cyfrą III. Dodać dwa atomy glinu Al na zerowym stopniu utlenienia. Strzałka w prawo, nad strzałką zapis "ogrzewanie". Za strzałką dwa atomy chromu na zerowym stopniu utlenienia dodać cząsteczka tlenku glinu ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$, w której atom glinu występuje na trzecim stopniu utlenienia (III). Ponadto poprowadzono strzałkę od atomu chromu w cząsteczce ${\text{Cr}}_2{\text{O}}_3$ do atomów chromu po stronie produktów, nad którą zapisano "redukcja". Strzałkę poprowadzono również od atomów glinu po stronie substratów do atomów glinu w cząsteczce ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$ po stronie produktów, nad strzałką zapisano "utlenianie".

Powyższa reakcja jest reakcją utleniania – redukcji. Atom chromu w tlenku chromu(III) ulega redukcji, ponieważ zmniejsza swój stopień utleniania z III na 0. Atom glinu ulega utlenieniu, ponieważ zwiększa swój stopień utlenienia z 0 na III. Jest to przykład procesu aluminotermicznego.

Czysty chrom można otrzymać w wyniku elektrolizy wodnych roztworów soli chromu(III) w obecności kwasu siarkowego(VI). Ta metoda jest wykorzystywana w galwanotechnicegalwanotechnika (od nazwiska włoskiego fizyka i fizjologa – Luigi Galvani)galwanotechnice.

Na katodzie dochodzi do redukcji jonów ${\mathrm{Cr}}^{3+}$ obecnych w roztworze:

Powstający, metaliczny cgrom osadza się na przedmiocie galwanizowanym. Z kolei na anodzie dochodzi do reakcji przeciwnej:

Dzięki temu ubywające z roztworu, na skutek redukcji na katodzie jony ${\mathrm{Cr}}^{3+}$, są w roztworze uzupełniane.

Często wytwarza się stopstop metalistop żelaza z chromem (żelazochrom; ferrochrom), który jest wykorzystywany do produkcji m.in. stali nierdzewnej. Stal nierdzewna to stop żelaza, w którego składzie znajduje się ≥ 10,5% chromu i ≤ 1,2% węgla, który, ze względu na swoje wyjątkowe właściwości, takie jak m.in.: odporność na korozję, wygląd estetyczny, żaroodporność i inne, znalazł szerokie zastosowanie.

RwCx67AsqsJOy

Zdjęcie przedstawiające żelazochrom (ferrochrom). Kawałek stopu żelaza z chromem ma ciemnoszary kolor i chropowatą powierzchnię.

W celu uzyskania żelazochromu, chromit ulega reakcji redukcji z wykorzystaniem węgla, co zostało przedstawione w poniższym równaniu reakcji.