- 특성 및 특성
- 크롬 화학 구조
- 산화 번호
- Cr (-2, -1 및 0)
- Cr (I) 및 Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) 및 Cr (V)
- Cr (VI) : 크로메이트-디 크로메이트 쌍
- 크롬 사용
- 착색제 또는 안료로
- 크롬 또는 야금
- 영양
- 어디에 있습니까?
- 참고 문헌
크롬 (CR)은 주기율표 제 6 족 (VIB)의 금속 원소이다. 이 금속의 톤은 철 또는 마그네슘의 크롬 철광 광물 (FeCr 2 O 4 , MgCr 2 O 4 ) 에서 추출하여 매년 생산되며 , 석탄으로 환원되어 금속을 얻습니다. 그것은 매우 반응 적이며 매우 환원 조건 하에서 만 순수한 형태입니다.
그 이름은 색상을 의미하는 그리스어 'chroma'에서 유래되었습니다. 이 이름은 무기 또는 유기 여부에 관계없이 크롬 화합물이 나타내는 여러 강렬한 색상 때문에 붙여졌습니다. 검은 색 고체 또는 용액에서 노란색, 주황색, 녹색, 보라색, 파란색 및 빨간색으로.
크롬 악어. 실버 크로커다일 크롬 메탈 모델 악어. 출처 : Maxpixel
그러나 금속 크롬과 탄화물의 색상은 은빛 회색입니다. 이 특성은 크롬 도금 기술에서 활용되어 많은 구조에 은빛 반짝임을 부여합니다 (위 이미지의 악어에서 본 것과 같은). 따라서 "크롬으로 목욕"하면 조각에 광택과 부식에 대한 저항력이 부여됩니다.
용액의 크롬은 공기 중의 산소와 빠르게 반응하여 산화물을 형성합니다. pH 및 배지의 산화 조건에 따라 다른 산화 수를 얻을 수 있으며, (III) (Cr 3+ )가 가장 안정합니다. 따라서 녹색 크롬 (III) 산화물 (Cr 2 O 3 )은 산화물 중에서 가장 안정적입니다.
이러한 산화물은 환경의 다른 금속과 상호 작용하여 예를 들어 안료 Siberian red lead (PbCrO 4 )를 유발할 수 있습니다. 이 안료는 황색 또는 적색 (알칼리도에 따라)이며, 프랑스 과학자 인 Louis Nicolas Vauquelin이 금속 구리를 분리하여 발견 자로 선정되었습니다.
광물과 산화물, 금속 구리의 작은 부분은이 원소를 지각에서 가장 풍부한 22 등급으로 만듭니다.
크롬의 화학은 거의 전체 주기율표와 결합을 형성 할 수 있기 때문에 매우 다양합니다. 각각의 화합물은 산화 수에 따라 달라지는 색상과 상호 작용하는 종을 나타냅니다. 마찬가지로 탄소와 결합을 형성하여 수많은 유기 금속 화합물에 개입합니다.
특성 및 특성
크롬은 순수한 형태의은 금속으로 원자 번호는 24이고 분자량은 약 52g / mol ( 52 Cr, 가장 안정한 동위 원소)입니다.
금속 결합이 강하기 때문에 녹는 점 (1907ºC)과 끓는점 (2671ºC)이 높습니다. 또한 결정 구조로 인해 매우 조밀 한 금속 (7.19g / mL)이됩니다.
물과 반응하여 수산화물을 형성하지 않지만 산과 반응합니다. 공기 중의 산소와 함께 산화하여 일반적으로 널리 사용되는 녹색 안료 인 크롬 산화물을 생성합니다.
이 산화물 층은 산소가 금속 부비동을 관통 할 수 없기 때문에 금속을 추가 부식으로부터 보호하는 패시베이션이라고 알려진 것을 생성합니다.
전자 구성은 4s 1 3d 5 이고 모든 전자는 짝을 이루지 않으므로 상자성 특성을 나타냅니다. 그러나 금속이 저온에 노출되면 전자 스핀의 결합이 일어나 반 강자성 (antiferromagnetism)과 같은 다른 특성을 얻을 수 있습니다.
크롬 화학 구조
Daniel Mayer, DrBob의 원본 PNG, Inkscape에서 사용자 : Stannered (크리스탈 구조), Wikimedia Commons를 통해 추적 됨
크롬 금속의 구조는 무엇입니까? 순수한 형태의 크롬은 신체 중심의 입방 결정 구조 (cc 또는 bcc)를 가정합니다. 이것은 크롬 원자가 입방체의 중심에 있으며, 그 가장자리는 다른 크롬으로 채워져 있음을 의미합니다 (위 이미지 참조).
이 구조는 높은 경도뿐만 아니라 높은 융점 및 비등점을 갖는 크롬을 담당합니다. 구리 원자는 밴드 이론에 따라 전도대를 형성하기 위해 s 및 d 궤도를 겹칩니다.
따라서 두 밴드 모두 절반이 찼습니다. 왜? 그것의 전자 구성은 4s 1 3d 5 이고 s 오비탈로서 2 개의 전자를 수용 할 수 있고 d 오비탈은 10입니다. 그러면 겹침에 의해 형성된 밴드의 절반 만 전자가 차지합니다.
결정 구조와 금속 결합이라는 두 가지 관점으로이 금속의 많은 물리적 특성을 이론적으로 설명 할 수 있습니다. 그러나 크롬이 다양한 산화 상태 또는 숫자를 가질 수있는 이유를 설명하지도 않습니다.
이를 위해서는 전자 스핀에 대한 원자의 안정성에 대한 깊은 이해가 필요합니다.
산화 번호
크롬의 전자 구성이 4s 1 3d 5 이기 때문에 전자는 최대 하나 또는 두 개의 전자 (Cr 1– 및 Cr 2– )를 얻거나 다른 산화수를 얻기 위해 전자를 잃을 수 있습니다.
따라서 크롬이 전자를 잃으면 4s 0 3d 5 ; 그가 3을 잃으면 4s 0 3d 3 ; 그리고 그것이 그들 모두를 잃거나 똑같은 것을 잃으면 아르곤과 등 전자가 될 것입니다.
크롬은 단순한 변덕에 의해 전자를 잃거나 얻지 않습니다. 하나의 산화 번호에서 다른 번호로 이동하려면 전자를 기증하거나 받아들이는 종이 있어야합니다.
크롬의 산화수는 -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6입니다. 그들 중 +3, Cr 3+ 는 가장 안정적이므로 모든 것 중에서 우세합니다. +6, Cr 6+ .
Cr (-2, -1 및 0)
크롬은 금속이기 때문에 전자를 얻을 가능성이 매우 낮으므로 그 성질은 기증하는 것입니다. 그러나 그것은 리간드, 즉 dative bond를 통해 금속 중심과 상호 작용하는 분자와 조화를 이룰 수 있습니다.
가장 잘 알려진 것 중 하나는 크롬의 헥사 카르 보닐 화합물을 형성하는 일산화탄소 (CO)입니다.
이 화합물은 분자식 Cr (CO) 6 을 가지며 리간드가 중성이고 전하를 제공하지 않기 때문에 Cr의 산화수는 0입니다.
이것은 비스 (벤젠) 크롬과 같은 다른 유기 금속 화합물에서도 관찰 될 수 있습니다. 후자의 경우, 크롬은 샌드위치와 같은 분자 구조의 두 개의 벤젠 고리로 둘러싸여 있습니다.
Wikimedia Commons의 Ben Mills 작성
다른 많은 Cr (0) 화합물은이 두 가지 유기 금속 화합물에서 발생할 수 있습니다.
나트륨 양이온과 상호 작용하는 곳에서 염이 발견되었는데, 이는 Cr이 양전하를 끌어 당기려면 음의 산화수를 가져야 함을 의미합니다 : Cr (-2), Na 2 및 Cr (-1), Na 2 .
Cr (I) 및 Cr (II)
Cr (I) 또는 Cr 1+ 는 방금 설명한 유기 금속 화합물의 산화에 의해 생성됩니다. 이것은 CN 또는 NO와 같은 리간드를 산화시켜 예를 들어 화합물 K 3 을 형성함으로써 달성됩니다 .
여기서 세 개의 K + 양이온이 있다는 사실 은 크롬 복합체에 세 개의 음전하가 있음을 의미합니다. 마찬가지로 리간드 CN - 5 개의 음전하를 제공하므로 Cr과 NO 사이에 2 개의 양전하를 추가해야합니다 (-5 + 2 = -3).
NO가 중성이면 Cr (II)이지만 양전하 (NO + )이면 Cr (I)입니다.
크롬 (II) 클로라이드 (크레아티닌 청소율 : 한편, CR (II) 화합물, 그 중에서도 다음 더 풍부 2 ) chromous 아세테이트 (CR 2 (O 2 CCH 3 ) 4 (), 산화 크롬 II) (CrO), 크롬 (II) 황화물 (CrS) 등.
Cr (III)
무엇보다도, 그것은 실제로 크롬산 이온의 많은 산화 반응의 산물이기 때문에 가장 큰 안정성을 가진 것입니다. 아마도 그 안정성은 d 3 전자 구성 때문일 것 입니다. 여기서 3 개의 전자가 다른 두 개의 에너지가 더 많은 d 궤도에 비해 3 개의 낮은 에너지 d 궤도를 차지합니다 (d 궤도 배가).
이 산화수의 가장 대표적인 화합물은 산화 크롬 (III) (Cr 2 O 3 )입니다. 그것에 조정되는 리간드에 따라 복합체는 하나 또는 다른 색상을 나타냅니다. 이러한 화합물의 예는 Cl, Cr (OH) 3 , CrF 3 , 3+ 등입니다.
화학 공식이 처음에는 그것을 보여주지는 않지만, 크롬은 보통 그것의 복합체에 팔면체 배위 구체를 가지고 있습니다. 즉, 정점이 리간드에 의해 위치하는 팔면체의 중심에 위치합니다 (총 6 개).
Cr (IV) 및 Cr (V)
Cr 5+가 참여하는 화합물 은 원자의 전자적 불안정성으로 인해 매우 적고, Cr 6+로 쉽게 산화된다는 사실 외에도 아르곤 희가스에 대해 등 전자이기 때문에 훨씬 더 안정적입니다.
그러나 Cr (V) 화합물은 고압과 같은 특정 조건에서 합성 할 수 있습니다. 마찬가지로, 그들은 적당한 온도에서 분해되는 경향이있어서 열 저항이 없기 때문에 가능한 적용이 불가능합니다. 그중 일부는 CrF 5 및 K 3입니다 (O 2 2- 는 과산화물 음이온 임).
반면에 Cr 4+ 는 상대적으로 더 안정적이며 할로겐화 화합물 인 CrF 4 , CrCl 4 및 CrBr 4 를 합성 할 수 있습니다. 그러나 산화 환원 반응에 의해 분해되어 더 나은 산화 수 (예 : +3 또는 +6)를 가진 크롬 원자를 생성하기 쉽습니다.
Cr (VI) : 크로메이트-디 크로메이트 쌍
2 2- + 2H + (노란색) => 2- + H 2 O (주황색)
위의 방정식은 중크롬산 염을 생성하기위한 두 개의 크로메이트 이온의 산 이량 체화에 해당합니다. pH의 변화는 Cr 6+ 의 금속 중심 주변의 상호 작용에 변화를 일으키며 용액의 색상에서도 분명합니다 (노란색에서 주황색으로 또는 그 반대로). 중크롬산 염은 O 3 Cr-O-CrO 3 브리지로 구성 됩니다.
Cr (VI) 화합물은 인체와 동물에 해롭고 발암 성이있는 특성을 가지고 있습니다.
어떻게? 연구에 따르면 CrO 4 2- 이온 은 황산염 수송 단백질의 작용에 의해 세포막을 가로지 릅니다 (두 이온은 실제로 크기가 비슷합니다).
세포 내 환원제는 Cr (VI)을 Cr (III)로 감소 시키며, 이는 거대 분자 (예 : DNA)의 특정 부위에 비가 역적으로 조정되어 축적됩니다.
세포가 과도한 크롬에 의해 오염되면 세포를 막을 통해 다시 운반하는 메커니즘이 없기 때문에 세포를 떠날 수 없습니다.
크롬 사용
착색제 또는 안료로
크롬은 다양한 종류의 직물에 사용되는 착색제부터 순금속 또는 Cr (III) 화합물 또는 Cr (VI).
예를 들어, 크롬 플루오 라이드 (CrF 3 )는 모직물 용 착색제로 사용됩니다. 황산 크롬 (Cr 2 (SO 4 ) 3 )은 에나멜, 세라믹, 페인트, 잉크, 바니시의 착색에 사용되며 금속 크롬에도 사용됩니다. 크롬 산화물 (Cr 2 O 3 )은 매력적인 녹색이 필요한 곳에도 사용됩니다.
따라서 강렬한 색상의 크롬 미네랄은 구조를 얼룩지게 할 수 있지만 그 후에 이러한 화합물이 환경이나 개인의 건강에 위험한지 여부에 관계없이 사실이 발생합니다.
사실, 그것의 독성은 곤충 공격으로부터 나무와 다른 표면을 보호하는 데 사용됩니다.
크롬 또는 야금
소량의 크롬도 강철에 첨가되어 산화에 대해 강화하고 광택을 개선합니다. 이것은 공기 중의 산소와 반응 할 때 매우 저항력 이있는 회색 탄화물 (Cr 3 C 2 )을 형성 할 수 있다는 사실 때문입니다 .
크롬은 광택 표면으로 연마 할 수 있기 때문에 크롬은 이러한 목적을위한 저렴한 대안으로 은색 디자인과 색상을 사용합니다.
영양
크롬이 필수 요소, 즉 매일의 식단에 없어서는 안될 요소로 간주 될 수 있는지에 대한 논쟁이 있습니다. 녹색 잎과 토마토와 같은 매우 적은 농도로 일부 식품에 존재합니다.
마찬가지로, 크롬 폴리니 코티 네이트의 경우처럼 인슐린 활동을 조절하고 근육 성장을 촉진하는 단백질 보충제가 있습니다.
어디에 있습니까?
출처 : Pixabay
크롬은 루비와 에메랄드와 같은 다양한 광물과 보석에서 발견됩니다. 크롬이 추출되는 주요 광물은 크롬 철광 (MCr 2 O 4 )이며, 여기서 M은 크롬 산화물이 결합 된 다른 금속 일 수 있습니다. 이 광산은 남아프리카, 인도, 터키, 핀란드, 브라질 및 기타 국가에 풍부합니다.
각 소스에는 하나 이상의 크로 마이트 변형이 있습니다. 이러한 방식으로 각 M (Fe, Mg, Mn, Zn 등)에 대해 다른 크롬 광물이 생성됩니다.
금속을 추출하기 위해서는 광물을 감소시켜야합니다. 즉, 환원제의 작용에 의해 크롬 금속 중심이 전자를 얻도록 만들어야합니다. 이것은 탄소 또는 알루미늄으로 수행됩니다.
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO
또한 크롬 철광 (PbCrO 4 )이 발견됩니다.
일반적으로 Cr 3+ 이온 이 Al 3+를 대체 할 수 있는 광물 ( 둘 다 약간 유사한 이온 반경을 가진 광물)에서 이것은 놀랍지 만 유해한 금속의 또 다른 천연 공급원을 생성하는 불순물을 구성합니다.
참고 문헌
- Tenenbaum E. Chromium. 출처 : chemistry.pomona.edu
- Wikipedia. (2018). 크롬. 출처 : en.wikipedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2018 년 4 월 6 일). Chrome과 Chromium의 차이점은 무엇입니까? 출처 : thoughtco.com
- NV Mandich. (1995 년). 크롬의 화학. . 출처 : citeseerx.ist.psu.edu
- 화학 LibreTexts. 크롬의 화학. 출처 : chem.libretexts.org
- 사울 1. 슈팩. (1991). 크롬의 화학과 그에 따른 일부 분석 문제. 검토 자 : ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). 크롬. 출처 : chemistryexplained.com