Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Chrom: - podstawowe dane - występowanie i otrzymywanie - konfiguracja elektronowa atomu - właściwości fizyczne - właściwości chemiczne Związki chromu (II) Związki chromu (III) Właściwości związków chromu na VI stopniu utlenienia Podsumowanie

Podstawowe dane Symbol Cr Nazwa łacińska chromium Nazwa angielska Liczba atomowa 24 Masa atomowa 51,996 u Elektroujemność (Pauling) 1,6 Stopnie utlenienia +2,+3,+6 (+1 ,+4,+5) Podstawowe dane Grupa 6 (VIB) Okres 4 Blok energetyczny d

Występowanie i otrzymywanie Izotopy Występujący w przyrodzie chrom stanowi mieszaninę czterech różnych izotopów; żaden z nich nie jest promieniotwórczy (52Cr – 84%,50Cr – 4,3%,53Cr – 9,5%, 54Cr -2,3%. Wszystkie sztucznie otrzymane izotopy są promieniotwórcze i nie mają większego znaczenia praktycznego. Występowanie i otrzymywanie Chrom zajmuje pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej 18 miejsce. Zajmuje także 4 miejsce pod względem rozpowszechnienia wśród pierwiastków uważanych za ważne ze względu na ich rolę biologiczną i toksyczność. Występuje jako naturalny składnik skał, minerałów, gleby i wody oraz gazów i pyłów wulkanicznych a także emisji wywołanej erozją skał i gleby. Duża jego ilość jest też emitowana do atmosfery przy wydobyciu rud i ich przeróbce przez przemysł metalurgiczny i chemiczny.

W przyrodzie występuje w minerałach: chromicie FeCr2O4, krokoicie PbCrO4, uwarowicie Ca3Cr2(SiO4)3, ochrze chromowej Cr2O3 i chromitycie Fe2O3×2Cr2O3. Otrzymywanie: Chrom otrzymuje się z rudy chromitowej przez jej prażenie w obecności węglanu sodu, wymywanie wodą powstałego chromianu sodu, przeprowadzenie go w dwuchromian (przez zakwaszenie środowiska) i redukcji tak powstałego związku do tlenku chromu (III) Cr2O3. Dalszą redukcję do wolnego chromu przeprowadza się w procesie aluminotermii: Cr2O3 + 2Al --> Al2O3 + 2Cr + 109 kal. Chrom o wysokim stopniu czystości uzyskuje się dzięki elektrolizie. Aluminotermia - proces metalurgiczny polegający na redukcji tlenków metali sproszkowanym aluminium; podczas procesu, w wyniku utleniania aluminium, wydzielają się znaczne ilości ciepła, co powoduje wzrost temperatury (do 3000°C)

Konfiguracja elektronowa atomu chromu Chrom należy do pierwiastków przejściowych bloku d ( zewnątrzprzejściowych) Dla chromu należałoby oczekiwać konfiguracji 3d44s2, jednak konfiguracja z pięcioma niesparowanymi elektronami o orbitalach 3d okazuje się energetycznie bardziej korzystna i jeden z elektronów 4s przechodzi do 3d ( promocja elektronowa). Promocja elektronów to zjawisko, które zachodzi w atomach i polega na międzypoziomowym przeniesieniu elektronu na wolny orbital w celu uzyskania trwałej konfiguracji.Zjawisko to pojawia się wtedy, gdy różnica energii między wypełnianymi poziomami jest niewielka, a zyski energetyczne wynikające na przykład z większej symetrii orbitali są duże (np. Cu, Ag, Nb,Ru).

Właściwości fizyczne chromu Znane są dwie odmiany alotropowe chromu. Najpospolitsza - trwała w temperaturze pokojowej - ma strukturę regularną, przestrzennie centrowaną. Druga odmiana, trwała w wysokiej temperaturze ma zwartą strukturę heksagonalną. Stan skupienia stały Budowa krystaliczna Barwa srebrzysta z niebieskawym odcieniem Gęstość 7,17 g/cm3( metal ciężki) Twardość wyjątkowo twardy Kruchość kruchy Ciepło właściwe 450 J/(kg×K) Temperatura topnienia 1856,85 °C Temperatura wrzenia 2571,85 °C Przewodność elektryczna przewodnik (7,74*106 S/m) Właściwości magnetyczne paramagnetyk

Właściwości chemiczne chromu Chrom podobnie jak mangan wykazuje dużą różnorodność połączeń występując jako pierwiastek stechiometrycznie dwuwartościowy, trójwartościowy i sześciowartościowy. Związki chromu na stopniach utlenienia +1, +4 i +5 są trwałe tylko w stanie stałym, w roztworach wodnych chrom(IV) i (V) ulega dysproporcjonowaniu na chrom (III) i (VI). Charakter chemiczny chromu wraz ze wzrostem stopnia utlenienia zmienia się podobnie jak w przypadku manganu. Na +II stopniu utlenienia – właściwości metaliczne (Cr2+) Na +III stopniu utlenienia – właściwości amfoteryczne Na +VI stopniu – właściwości niemetaliczne stopień utlenienia II III VI przykład związku CrO Cr2O3 CrO3 Cr(OH)2 Cr(OH)3 CrO42-,Cr2O72- charakter chemiczny zasadowy amfoteryczny kwaśny własności miemetaliczne rosną własności utleniające

W temperaturze pokojowej jest odporny na działanie wody, fluorowców, siarki, azotu, węgla, Chrom ma ujemny potencjał standardowy, ale łatwo ulega pasywacji w stężonych kwasach utleniających. Reaguje z kwasem solnym lub tlenowymi rozcieńczonymi: - bez dostępu tlenu – daje sole w których jest dwuwartościowy - z dostępem powietrza daje sole w których jest trójwartościowy Chrom nie utlenia się na powietrzu, dopiero silnie ogrzany ulega utlenieniu.

Związki chromu na II stopniu utlenienia Tlenek chromu (II) Czarny tlenek chromu (II) CrO powstaje w wyniku utleniania amalgamatu chromu tlenem atmosferycznym. Ogrzewany w obecności powietrza wiąże tlen i rozżerzając się przechodzi w tlenek chromu (III) Cr2O3 4CrO +O2 → 2Cr2O3 Ma charakter zasadowy CrO + 2HCl → CrCl2 + H2O; CrO + KOH – reakcja nie zachodzi Sole chromu (II) Są bardzo silnymi reduktorami. Jon Cr2+ na zimno (w obecności jonów obcych metali jako katalizatorów), a także w czystym roztworze na gorąco, rozkłada wodę z wydzieleniem wodoru: Cr2+ + H+ = Cr3+ + 1/2 H2 Roztwory soli mają najczęściej barwę niebieską. Wodorotlenek chromu(II) Strąca się w postaci ciemno-brunatnego osadu z roztworu Cr2+ po dodaniu do niego mocnej zasady. W czasie odwadniania odszczepia wodór i przechodzi w Cr2O3. Amalgamaty to ogólna nazwa stopów metali, w których jednym z podstawowych składników jest rtęć. Amalgamaty tworzy się poprzez rozpuszczenie innych metali w rtęci w warunkach otoczenia, stąd stopy te można również uważać za roztwory, przy czym mogą to być roztwory o ciekłym lub stałym stanie skupienia.

Związki chromu na III stopniu utlenienia A. Tlenek chromu(III) (zielony) Tlenek chromu(III) wykazuje charakter amfoteryczny Reaguje z kwasami: 2. Reaguje z zasadami: B. Wodorotlenek chromu(III) 1. Reakcja z kwasami: HCl Osad Cr(OH)3 CrCl3 S: Osad Cr(OH)3 rozpuścił się dając zielony roztwór. W: Wodorotlenek chromu(III) wszedł w reakcję z HCl

Wodorotlenek chromu (III) 2.Reakcja z zasadami: Do osadu Cr(OH)3 dodano roztwór wodorotlenku sodu. S. Osad znika, a ciecz przyjmuje zielone zabarwienie. W. Wodorotlenek chromu(III) wszedł w reakcję z zasadą. Na3CrO3 Osad Cr(OH)3 NaOH Wodorotlenek chromu (III) ma charakter amfoteryczny

C. Właściwości redukujące chromu(III) W środowisku zasadowym sól chromu (III) przechodzi w chromian (VI) (zmiana barwy z zielonej na żółtą)

Właściwości związków chromu na VI stopniu utlenienia Związki chromu(VI) są bardzo silnymi utleniaczami. Tlenek chromu (VI) (tritlenek chromu ) Otrzymywanie: Czerwone kryształy wydzielają się po dodaniu do roztworu dwuchromianu potasu stężonego kwasu siarkowego. Właściwości: Tlenek o charakterze kwasowym. Dobrze rozpuszcza się w wodzie z wytworzeniem istniejącego tylko w roztworze żółtego kwasu chromowego H2CrO4. W reakcji z zasadami tworzy sole: Jest silnym utleniaczem np:

Chromiany i dichromiany(VI) /dwuchromiany (VI)/ Chromiany(VI) - sole kwasu chromowego(VI) H2CrO4. Jon CrO42- ma żółtą barwę i dlatego wszystkie chromiany są zabarwione na żółto. Rozpuszczalność chromianów jest zbliżona do rozpuszczalności analogicznych siarczanów (sole metali alkalicznych oraz magnezu, wapnia i strontu są łatwo rozpuszczalne w wodzie). Dichromiany(VI) - sole kwasu dichromowego(VI) H2Cr2O7. Po dodaniu do roztworu chromianu jakiegokolwiek kwasu, nawet bardzo słabego, tworzy się dichromian. Charakteryzują się one barwą pomarańczową.

2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + H2O + K2SO4 2CrO42- + 2H+= Cr2O72- + H2O Przejście jonów dichromianowych w chromianowe i odwrotnie Po dodaniu do roztworu chromianu potasu jakiegokolwiek kwasu, nawet bardzo słabego, następuje zmiana barwy z żółtej na pomarańczową wskutek tworzenia się dwuchromianów: 2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + H2O + K2SO4 2CrO42- + 2H+= Cr2O72- + H2O Po dodaniu do roztworu dichromianu potasu jonów wodorotlenowych następuje zmiana barwy z pomarańczowej na żółtą. K2Cr2O7 + 2 KOH = 2 K2CrO4 + H2O Cr2O72- +2OH- = 2CrO42- + H2O

Wniosek: Jony chromianowe (VI) powstają w środowisku lekko zasadowym, zaś jony dichromianowe w środowisku kwaśnym. Jony dichromianowe(VI) mogą przechodzić w jony chromianowe(VI) i odwrotnie.

Chromiany mają silne właściwości utleniające, szczególnie w roztworach zakwaszonych. Chrom ze stopnia utlenienia VI redukuje się do chromu III. Przykłady: Utleniają one siarkowodór do wolnej siarki, węgiel do dwutlenku węgla, itp., Kwas solny ulega utlenieniu do chloru: Dwuchromiany sodu lub potasu topią się podczas ogrzewania, a w temperaturze białego żaru ulegają rozkładowi w myśl równania: Jeżeli roztwór jest zakwaszony kwasem siarkowym, redukcja nastąpi tylko w obecności środków pochłaniających tlen, a więc redukujących, np:

Podsumowanie Chrom jest pierwiastkiem należącym do pierwiastków przejściowych bloku d. Ze względu na swoja konfigurację elektronową może występować na stopniach utlenienia od I do VI. Na stopniach utlenienia I, IV, V tworzy związki trwałe tylko w stanie stałym. Związki chromu (II) są silnymi reduktorami, są nietrwałe i ulegają utlenieniu do związków chromu (III). CrO wykazuje charakter zasadowy, a jony Cr2+ barwią roztwory na niebiesko. Chrom na III stopniu utlenienia tworzy najtrwalsze związki. Cr2O3 i Cr(OH)3 wykazują charakter amfoteryczny. Związki na tym stopniu utlenienia charakteryzują się barwą zieloną. Tlenek chromu(VI) ma charakter kwasowy. Rozpuszcza się w wodzie tworząc kwas chromowy(VI) – żółty lub pomarańczowy kwas dichromowy(VI). Oba nie istnieją w stanie wolnym. Ich sole to chromiany (śr. OH-) i dichromiany (śr. H3O+) Związki chromu(VI) są utleniaczami.

utleniacz reduktor

Dla dociekliwych Działając nadtlenkiem wodoru (30%) na oziębiony lodem roztwór dichromianu otrzymuje się peroksochromian (nadtlenochromian), granatowo – fiołkowe nietrwałe kryształy o wzorze KCrO6 ×H2O - w obecności znacznego nadmiaru KOH strącają się w temperaturze pokojowej czerwone, dość trwałe kryształy o wzorze K3CrO8.

Bibliografia Antoni Basiński - Chemia Nieorganiczna i Ogólna „Chemia 3”– podręcznik ( zakres rozszerzony) S. Hejwowska, R. Marcinkowski,J. Staluszka „ Chemia ogólna i nieorganiczna” A. Bielański http://pl.wikipedia.org/