Propriétés, caractéristiques et utilisations du chrome

Le chrome (Cr) est un élément métallique du groupe 6 (VIB) du tableau périodique. Chaque année, des tonnes de ce métal sont produites en extrayant le minerai de fer de chromite ou le minerai de magnésium (FeCr₂O₄, MgCr₂O₄), qui sont réduits au charbon pour obtenir le métal. Il est très réactif et ce n'est que dans des conditions très réductrices qu'il est dans sa forme pure.

Son nom dérive du mot grec «chroma», qui signifie couleur. On lui a donné ce nom en raison des couleurs multiples et intenses que présentent les composés du chrome, qu'ils soient inorganiques ou organiques; des solutions solides ou noires, au jaune, à l'orange, au vert, au violet, au bleu et au rouge.

Cependant, la couleur du chrome métallique et de ses carbures sont de l'argent grisâtre. Cette fonction est utilisée dans l'art de chrome pour donner l'argent de nombreuses structures clignote (comme on le voit dans le crocodile ci-dessus). Ainsi, les "bains de chrome" apportent aux pièces un éclat et une grande résistance à la corrosion.

Le chrome en solution réagit rapidement avec l'oxygène de l'air pour former des oxydes. Selon le pH et les conditions d’oxydation du milieu, différents nombres d’oxydation peuvent être obtenus, à savoir le (III) (Cr³⁺) le plus stable de tous. En conséquence, l'oxyde de chrome (III) (Cr₂O₃) la couleur verte est la plus stable de ses oxydes.

Ces oxydes peuvent interagir avec d’autres métaux présents dans l’environnement, provenant par exemple du pigment au plomb rouge de Sibérie (PbCrO).₄). Ce pigment est un jaune-orange ou rouge (selon son alcalinité), et de là le scientifique français Louis Nicolas Vauquelin isolé raison de cuivre métallique est affecté en tant que son inventeur.

Des minéraux et des oxydes, et une partie minuscule de cuivre métallique font de cet élément occupe le numéro 22 de le plus abondant de la croûte.

La chimie du chrome est très diverse car elle peut former des liaisons avec presque tout le tableau périodique. Chacun de ses composés présente des couleurs qui dépendent du nombre d'oxydation, ainsi que des espèces qui interagissent avec lui. Il forme également des liaisons avec le carbone, intervenant dans un grand nombre de composés organométalliques.

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Caractéristiques et propriétés

Le chrome est un métal d’argent sous sa forme pure, avec un nombre atomique de 24 et un poids moléculaire d’environ 52 g / mol (⁵²Cr, son isotope le plus stable).

Compte tenu de ses solides liaisons métalliques, il présente des points de fusion élevés (1907 ° C) et d'ébullition (2671 ° C). De plus, sa structure cristalline en fait un métal très dense (7,19 g / mL).

Il ne réagit pas avec l'eau pour former des hydroxydes, mais il réagit avec les acides. Il est oxydé avec l'oxygène de l'air, produisant généralement de l'oxyde chromique, qui est un pigment vert largement utilisé.

Ces couches d'oxyde créent ce qu'on appelle la passivation, protégeant le métal de la corrosion ultérieure, l'oxygène ne pouvant pas pénétrer dans la poitrine métallique.

Sa configuration électronique est [Ar] 4s¹3d⁵, avec tous les électrons non appariés, et par conséquent, présente des propriétés paramagnétiques. Cependant, l'appariement des spins électroniques peut se produire si le métal est soumis à de basses températures, acquérant d'autres propriétés telles que l'antiferromagnétisme.

Index

• 1 Caractéristiques et propriétés
• 2 Structure chimique du chrome
• 3 Numéro d'oxydation
  • 3.1 Cr (-2, -1 et 0)
  • 3.2 Cr (I) et Cr (II)
  • 3,3 Cr (III)
  • 3.4 Cr (IV) et Cr (V)
  • 3,5 Cr (VI): la paire chromate-dichromate
• 4 utilisations du chrome
  • 4.1 Comme colorant ou pigments
  • 4.2 En chrome ou en métallurgie
  • 4.3 Nutritionnel
• 5 Où est-ce?
• 6 références

Structure chimique du chrome

Quelle est la structure du métal chromé? Dans sa forme pure, le chrome adopte une structure cristalline cubique centrée dans le corps (cc ou Cci, par son acronyme). Cela signifie que l'atome de chrome est situé dans le centre d'un cube, dont les bords sont occupés par d'autres cartes commerciales (comme dans l'image ci-dessus).

Cette structure est responsable du chrome ayant des points de fusion et d'ébullition élevés, ainsi qu'une dureté élevée. Les atomes de cuivre chevauchent leurs orbitales s et d pour former des bandes de conduction selon la théorie de la bande.

Ainsi, les deux bandes sont à moitié pleines. Parce que? Parce que sa configuration électronique est [Ar] 4s¹3d⁵ et comment les orbitales peuvent contenir deux électrons, et les orbitales dix. Alors, seulement la moitié des bandes formées par leurs chevauchements sont occupées par des électrons.

Avec ces deux perspectives - la structure cristalline et la liaison métallique - de nombreuses propriétés physiques de ce métal peuvent être expliquées en théorie. Toutefois, ni l'un ni l'autre n'explique pourquoi le chrome peut avoir plusieurs états ou nombres d'oxydation.

Cela nécessiterait une compréhension profonde de la stabilité de l'atome vis-à-vis des spins électroniques.

Nombre d'oxydation

Parce que la configuration électronique du chrome est [Ar] 4s¹3d⁵ peut gagner jusqu'à un ou deux électrons (Cr^1- et Cr^2-), ou les perdre pour acquérir différents nombres d’oxydation.

Donc, si le chrome perd un électron, ce serait comme [Ar] 4s⁰3d⁵; s'il perd trois, [Ar] 4s⁰3d³; et s'il les perd tous, [Ar], ou ce qui est pareil, serait isoélectronique à argon.

Le chrome ne perd pas ou ne gagne pas d'électrons par un simple caprice: il doit y avoir une espèce qui les donne ou les accepte pour passer d'un nombre d'oxydation à un autre.

Le chrome a les nombres d'oxydation suivants: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 et +6. Parmi eux le +3, Cr³⁺, est le plus stable et donc prédominant de tous; suivi de +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 et 0)

Il est très peu probable que le chrome gagne des électrons, car il s’agit d’un métal, et sa nature est donc de les donner. Cependant, il peut être coordonné avec des ligands, c'est-à-dire des molécules qui interagissent avec le centre métallique à travers un lien datif.

L'un des plus connus est le monoxyde de carbone (CO), qui forme le composé hexacarbonyle du chrome.

Ce composé a une formule moléculaire Cr (CO)₆et comme les ligands sont neutres et ne fournissent pas de charge, alors le Cr a un nombre d'oxydation de 0.

Ceci peut également être observé dans d'autres composés organométalliques tels que le bis (benzène) chrome. Dans ce dernier, le chrome est entouré de deux noyaux benzéniques dans une structure moléculaire de type sandwich:

Parmi ces deux composés organométalliques, de nombreux autres composés de Cr (0) peuvent apparaître.

Des sels ont été trouvés où ils interagissent avec les cations sodium, ce qui implique que le Cr doit avoir un nombre d'oxydation négatif pour attirer des charges positives: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] et Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) et Cr (II)

Le Cr (I) ou Cr¹⁺ il est produit par l'oxydation des composés organométalliques décrits ci-dessus. Ceci est réalisé en oxydant des ligands, tels que CN ou NO, formant ainsi, par exemple, le composé K₃[Cr (CN)₅NON]

Ici le fait d'avoir trois cations K⁺ implique que le complexe de chrome a trois charges négatives; de même le ligand CN^- fournit cinq charges négatives, de sorte qu'entre le Cr et le NO doivent ajouter deux charges positives (-5 + 2 = -3).

Si le NO est neutre, alors c'est Cr (II), mais il a une charge positive (NO⁺), est dans ce cas Cr (I).

En revanche, les composés de Cr (II) sont plus abondants, parmi lesquels: le chlorure de chrome (II) (CrCl₂), acétate chromique (Cr₂(O₂CCH₃)₄), oxyde de chrome (II) (CrO), sulfure de chrome (II) (CrS) et autres.

Cr (III)

Il s'agit de la plus grande stabilité, car il est en fait le produit de nombreuses réactions oxydantes des ions chromates. Peut-être que sa stabilité est due à sa configuration électronique³, dans lequel trois électrons occupent trois orbitales d de plus faible énergie que les deux autres plus énergétiques (orbitales de division d).

Le composé le plus représentatif de ce nombre d’oxydation est l’oxyde de chrome (III) (Cr₂O₃). Selon les ligands qui lui sont coordonnés, le complexe présentera une couleur ou une autre. Des exemples de ces composés sont: [CrCl₂(H₂O)₄] Cl, Cr (OH)₃, Crf₃, [Cr (H₂O)₆]³⁺, etc.

Bien que la formule chimique ne le montre pas à première vue, le chrome a généralement une sphère de coordination octaédrique dans ses complexes; c'est-à-dire qu'il est situé au centre d'un octaèdre où ses sommets sont positionnés comme des ligands (six au total).

Cr (IV) et Cr (V)

Les composés auxquels participe Cr⁵⁺ ils sont très peu nombreux, en raison de l'instabilité électronique dudit atome, en plus d'être facilement oxydés en Cr⁶⁺, beaucoup plus stable pour être isoélectronique vis-à-vis de l'argon gazeux.

Cependant, les composés Cr (V) peuvent être synthétisés dans certaines conditions, telles que la haute pression. En outre, ils ont tendance à se décomposer à des températures modérées, ce qui rend leurs applications possibles impossibles car ils ne présentent pas de résistance thermique. Certains d'entre eux sont: CrF₅ et K₃[Cr (O₂)₄] (le O₂^2- est l'anion peroxyde).

Par contre le Cr⁴⁺ Il est relativement plus stable, pouvant synthétiser ses composés halogénés: CrF₄, CrCl₄ et CrBr₄. Cependant, ils sont également susceptibles de se décomposer par des réactions d'oxydoréduction pour produire des atomes de chrome avec un meilleur indice d'oxydation (tel que +3 ou +6).

Cr (VI): la paire chromate-dichromate

2 [CrO₄]^2- + 2h⁺ (Jaune) => [cr₂O₇]^2- + H₂O (orange)

L'équation ci-dessus correspond à la dimérisation acide de deux ions chromates pour produire du dichromate. La variation du pH entraîne une modification des interactions autour du centre métallique de Cr⁶⁺, mettant également en évidence la couleur de la solution (du jaune à l'orange ou vice versa). Le bichromate est constitué d'un pont O₃Cr-O-CrO₃.

Les composés de Cr (VI) ont les caractéristiques d'être nocifs et même cancérigènes pour le corps humain et les animaux.

Comment? Des études soutiennent que les ions CrO₄^2- ils traversent les membranes cellulaires par l'action des protéines qui transportent les sulfates (les deux ions ont en fait des tailles similaires).

Les agents réducteurs au sein des cellules réduisent le Cr (VI) en Cr (III), qui s'accumule lorsqu'ils sont coordonnés de manière irréversible à des sites spécifiques de macromolécules (tels que l'ADN).

Contaminé la cellule par un excès de chrome, ceci ne peut pas sortir en raison du manque de mécanisme qui le transporte à travers les membranes.

Chrome utilise

Comme colorant ou pigments

Le chrome a une large gamme d'applications, du colorant pour différents types de tissus, à la protection qui embellit les pièces métalliques dans ce que l'on appelle le chrome, qui peut être fabriqué avec du métal pur, ou avec des composés de Cr (III) ou Cr (VI).

Fluorure chromé (CrF)₃), par exemple, est utilisé comme colorant pour les tissus de laine; Sulfate de chrome (Cr₂(SO₄)₃), sert à colorer les émaux, les céramiques, les peintures, les encres, les vernis et sert également à chromer les métaux; et oxyde chromique (Cr₂O₃) trouve également une utilisation là où sa couleur verte attrayante est requise.

Par conséquent, tout minéral de chrome avec des couleurs intenses peut être destiné à teindre une structure, mais le fait est que ces composés sont dangereux ou non pour l'environnement ou pour la santé des individus.

En fait, ses propriétés toxiques sont utilisées pour conserver le bois et les autres surfaces contre les attaques d'insectes.

En chromé ou métallurgie

De plus, de petites quantités de chrome sont ajoutées à l'acier pour le renforcer contre l'oxydation et améliorer sa brillance. C’est parce qu’il est capable de former des carbures grisâtres (Cr₃C₂) très résistant lors de la réaction avec l'oxygène dans l'air.

Parce que le chrome peut être poli pour obtenir des surfaces brillantes, le chrome plaqué présente alors des motifs et des couleurs argentés comme alternative moins coûteuse à ces fins.

Nutritionnel

Certains se demandent si le chrome peut être considéré comme un élément essentiel, c'est-à-dire indispensable dans l'alimentation quotidienne. Il est présent dans certains aliments à de très faibles concentrations, telles que les feuilles vertes et les tomates.

En outre, il existe des suppléments de protéines qui régulent l'activité de l'insuline et favorisent la croissance musculaire, comme c'est le cas avec le polynicotinate de chrome.

Où est-ce?

Le chrome se trouve dans une grande variété de minéraux et de gemmes tels que les rubis et les émeraudes. Le principal minéral à partir duquel le chrome est extrait est la chromite (MCr₂O₄), où M peut être tout autre métal auquel l'oxyde de chrome est associé. Ces mines abondent en Afrique du Sud, en Inde, en Turquie, en Finlande, au Brésil et dans d’autres pays.

Chaque source a une ou plusieurs variantes de chromite. De cette manière, pour chaque M (Fe, Mg, Mn, Zn, etc.), un minerai de chrome différent apparaît.

Pour extraire le métal, il est nécessaire de réduire le minéral, c'est-à-dire de faire en sorte que le centre métallique du chrome gagne des électrons sous l'action d'un agent réducteur. Ceci est fait avec du carbone ou de l'aluminium:

FeCr₂O₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

En outre, la chromite est trouvée (PbCrO₄).

Habituellement, dans tout minéral où le Crion³⁺ peut remplacer le Al³⁺, tous deux avec des rayons ioniques légèrement similaires, constituent une impureté qui se traduit par une autre source naturelle de ce métal étonnant mais nocif.

Références

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2. Wikipedia. (2018). Chrome Tiré de: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 avril 2018). Quelle est la différence entre Chrome et Chrome? Tiré de: thoughtco.com
4. N.V. Mandich (1995). Chimie du chrome. [PDF] Tiré de: citeseerx.ist.psu.edu
5. Chimie LibreTexts. Chimie du chrome. Tiré de: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). La chimie du chrome et quelques problèmes analytiques en résultant. Révisé par: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Chrome Tiré de: chemistryexplained.com