Chrome: propriedades, recursos e usos

O crómio (Cr) é um elemento metálico do Grupo 6 (VIB) da tabela periódica. Toneladas deste metal são produzidas anualmente extraindo o minério de ferro ou cromito de magnésio (FeCr 2 O 4 , MgCr 2 O 4 ), que são reduzidos com carbono para obter o metal. É muito reativo, e somente em condições muito redutoras é na sua forma pura.

Seu nome deriva da palavra grega ‘chroma’, que significa cor. Ele recebeu esse nome devido às cores múltiplas e intensas exibidas pelos compostos de cromo, inorgânicos ou orgânicos; de soluções sólidas ou pretas a amarelo, laranja, verde, violeta, azul e vermelho.

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Crocodilo cromado Crocodilo de prata Chrome Metal modelo Alligator. Fonte: Maxpixel

No entanto, a cor do cromo metálico e seus carbonetos são prateados acinzentados. Esse recurso é usado na técnica de cromagem para dar brilho a muitas estruturas em prata (como as vistas no crocodilo na imagem acima). Assim, “banhando com cromo” as peças recebem brilho e uma 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) (Cr 3+ ) o mais estável de todos. Consequentemente, o óxido verde de cromo (III) (Cr 2 O 3 ) é o mais estável de seus óxidos.

Esses óxidos podem interagir com outros metais no ambiente, causando, por exemplo, o pigmento de chumbo vermelho da Sibéria (PbCrO 4 ). Este pigmento é amarelo-laranja ou vermelho (de acordo com 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, além de uma pequena porção de cobre metálico, fazem com que esse elemento ocupe o número 22 dos mais abundantes na crosta terrestre.

A química do cromo é muito diversa porque pode formar ligações com quase toda a tabela periódica inteira. Cada um de seus compostos exibe cores que dependem do número de oxidação, bem como das espécies que interagem com ele. Também forma ligações com carbono, intervindo em um grande número de compostos organometálicos.

[Sumário]

Características e propriedades

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

Dadas suas fortes ligações metálicas, possui altos pontos de fusão (1907 ° C) e ebulição (2671 ° C). Além disso, sua estrutura cristalina o torna um metal muito denso (7,19 g / mL).

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

Sua configuração eletrônica é [Ar] 4s 1 3d 5 , com todos os elétrons ausentes e, portanto, exibe propriedades paramagnéticas. No entanto, o acasalamento dos spins eletrônicos pode ocorrer se o metal for submetido a baixas temperaturas, adquirindo outras propriedades, como o antiferromagnetismo.

Estrutura química do cromo

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Por PNGs originais de Daniel Mayer, DrBob, rastreados no Inkscape por Usuário: Stannered (Crystal stucture) [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 adota uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (cc ou cco). 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).

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Essa estrutura é responsável pelo cromo que possui altos pontos de fusão e ebulição, além de alta dureza. Os átomos de cobre se sobrepõem aos seus orbitais syd para formar bandas condutoras de acordo com a teoria das bandas.

Assim, ambas as bandas estão meio cheias. Porque Porque sua configuração eletrônica é [Ar] 4s 1 3d 5 e como o orbital 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 na teoria. No entanto, nem explica por que o cromo pode ter vários estados ou números de oxidação.

Isso exigiria uma compreensão profunda da estabilidade do átomo em relação aos spins eletrônicos.

Número de oxidação

Como a configuração eletrônica do cromo é [Ar] 4s 1 3d 5, ela pode ganhar até um ou dois elétrons (Cr 1– e Cr 2– ) ou perdê-los para adquirir números de oxidação diferentes.

Assim, se o cromo perder um elétron, ele permanecerá como [Ar] 4s 3d 5 ; se você perder três, [Ar] 4s 3d 3 ; e se ele perder todos eles, [Ar], ou o que é o mesmo, seria isoeletrônico para o argônio.

O cromo não perde ou ganha elétrons por capricho: deve haver uma espécie que os doa ou os aceita para passar de um número de oxidação para outro.

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

Cr (-2, -1 e 0)

É muito improvável que o cromo ganhe elétrons, porque é um metal e, portanto, sua natureza é doá-los. No entanto, pode ser coordenado com ligantes, isto é, moléculas que interagem com o centro do metal através de uma ligação dativa.

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

Esse composto possui a fórmula molecular Cr (CO) 6 e, como os ligantes são neutros e não fornecem carga, o Cr possui um número de oxidação igual a 0.

Isso também pode ser observado em outros compostos organometálicos, como o bis (benzeno) cromo. Neste último, o cromo é cercado por dois anéis de benzeno em uma estrutura molecular do tipo sanduíche:

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Por Ben Mills [Domínio público], do Wikimedia Commons

Desses dois compostos organometálicos, muitos outros de Cr (0) podem surgir.

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

Cr (I) e Cr (II)

Cr (I) ou Cr1 + é produzido pela oxidação dos compostos organometálicos descritos acima. Isto é conseguido por ligandos de oxidação tal como CN ou NO, formando, por exemplo, o composto K 3 [Cr (CN) 5 NO].

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Aqui, o fato de ter três cátions K + implica que o complexo de cromo tem três cargas negativas; também o ligante CN fornece cinco cargas negativas, de modo que entre Cr e NO duas cargas positivas devem ser adicionadas (-5 + 2 = -3).

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

Além disso, os compostos de Cr (II), são mais abundantes, sendo entre eles o seguinte: crómio (II), cloreto de (CrCl 2 ), acetato de crómio (Cr 2 (O 2 CCH 3 ) 4 ), óxido de crómio ( II) (CrO), sulfeto de cromo (II) (CrS) e outros.

Cr (III)

De todos, é o que apresenta maior estabilidade, pois é de fato o produto de muitas reações oxidativas dos íons cromatos. Talvez sua estabilidade se deva à sua configuração eletrônica d 3 , na qual três elétrons ocupam três orbitais d de menor energia em comparação com os outros dois mais energéticos (orbitais d).

O composto mais representativo desse número de oxidação é o óxido de cromo (III) (Cr 2 O 3 ). Dependendo dos ligantes que coordenam com ele, o complexo exibirá uma cor ou outra. Exemplos destes compostos são: [CrCl 2 (H 2 O) 4 ] Cl, Cr (OH) 3 , o CRF 3 , [Cr (H 2 O) 6 ] 3+ , etc.

Embora a fórmula química não a mostre à primeira vista, o cromo geralmente possui uma esfera de coordenação octaédrica em seus complexos; isto é, está localizado no centro de um octaedro onde seus vértices posicionam os ligantes (seis no total).

Cr (IV) e Cr (V)

Os compostos nos quais o Cr5 + participa são muito poucos, devido à instabilidade eletrônica do referido átomo, além de oxidar facilmente o Cr6+ , muito mais estável, pois é isoeletrônico em relação ao gás nobre do argônio.

No entanto, os compostos Cr (V) podem ser sintetizados sob certas condições, como alta pressão. Da mesma forma, eles tendem a se decompor a temperaturas moderadas, o que impossibilita suas possíveis aplicações porque não possuem resistência térmica. Alguns deles são: CrF 5 e K 3 [Cr (O 2 ) 4 ] (O 2 2- é o ânion peróxido).

Por outro lado, o Cr 4+ é relativamente mais estável, sendo capaz de sintetizar seus compostos halogenados: CrF 4 , CrCl 4 e CrBr 4 . No entanto, eles também são suscetíveis à decomposição por reações redox para produzir átomos de cromo com melhores números de oxidação (como +3 ou +6).

Cr (VI): o par cromato-dicromato

2 [CrO 4 ] 2- + 2H + (Amarelo) => [Cr 2 O 7 ] 2- + H 2 O (Laranja)

A equação acima corresponde à dimerização ácida de dois íons cromato para produzir dicromato. A variação do pH causa uma mudança nas interações em torno do centro metálico do Cr 6+ , também sendo evidente na cor da solução (de amarelo para laranja ou vice-versa). O dicromato consiste em uma ponte O 3 Cr-O-CrO 3 .

Os compostos Cr (VI) têm as características de serem prejudiciais e até carcinogênicos para o corpo humano e os animais.

Como Estudos sustentam que os íons CrO 4 2 cruzam as membranas celulares pela ação das proteínas de transporte de sulfato (ambos os íons têm tamanhos similares).

Os agentes redutores nas células reduzem o Cr (VI) a Cr (III), que se acumula por coordenar irreversivelmente em locais específicos de macromoléculas (como a do DNA ).

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

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Usos do cromo

Como corante ou pigmentos

O Chrome tem uma ampla variedade de aplicações, desde corantes para diferentes tipos de tecidos, até protetores que embelezam peças de metal no que é conhecido como cromagem, que pode ser feito com metal puro ou com compostos Cr (III) ou Cr (VI).

O fluoreto crômico (CrF 3 ), por exemplo, é usado como corante para panos de lã; sulfato crômico (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), destina-se à coloração de esmaltes, cerâmicas, tintas, tintas, vernizes e também serve para cromatar metais; e o óxido crômico (Cr 2 O 3 ) também encontra uso onde é necessária sua atraente cor verde.

Portanto, qualquer mineral de cromo com cores intensas pode ser destinado a tingir uma estrutura, mas depois disso surge o fato de esses compostos serem perigosos ou não para o meio ambiente ou para a saúde dos indivíduos.

De fato, suas propriedades venenosas são usadas para conservar madeira e outras superfícies de ataque de insetos.

Em cromagem ou metalurgia

Além disso, pequenas quantidades de cromo são adicionadas ao aço para fortalecê-lo contra a oxidação e melhorar seu brilho. Isso ocorre porque é capaz de formar carbonetos acinzentados (Cr 3 C 2 ) muito resistentes quando se trata de reagir com o oxigênio no ar.

Como o cromo pode ser polido até obter superfícies brilhantes, os cromados têm desenhos e cores prateados como uma alternativa mais barata para esses fins.

Nutritivo

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.

Existem também suplementos de proteína que regulam a atividade da insulina e promovem o crescimento muscular, como é o caso do polinicotinato de cromo.

Onde está?

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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 o cromito (MCr 2 O 4 ), onde M pode ser qualquer outro metal ao qual o óxido de cromo esteja associado. Essas minas abundam na África do Sul, Índia, Turquia, Finlândia, Brasil e outros países.

Cada fonte possui uma ou mais variantes de cromita. Desse modo, para cada M (Fe, Mg, Mn, Zn, etc.), um mineral de cromo diferente surge.

Para extrair o metal, é necessário reduzir o mineral, ou seja, para fazer o centro do metal cromo ganhar elétrons pela ação de um agente redutor. Isso é feito com carbono ou alumínio:

FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Além disso, é encontrada cromita (PbCrO 4 ).

Geralmente, em qualquer mineral em que o íon Cr 3+ possa substituir o Al 3+ , ambos com raios iônicos ligeiramente semelhantes, constitui uma impureza que resulta em outra fonte natural desse metal incrível, mas prejudicial.

Referências

  1. Tenenbaum E. Chromium . Retirado de: chemistry.pomona.edu
  2. Wikipedia (2018). Crómio Retirado de: en.wikipedia.org
  3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 de abril de 2018). Qual é a diferença entre Chrome e Chromium? Retirado de: thoughtco.com
  4. NV Mandich. (1995). Química do cromo. [PDF]. Retirado de: citeseerx.ist.psu.edu
  5. Química LibreTexts. Química do cromo. Retirado de: chem.libretexts.org
  6. Saul 1. Shupack. (1991). A química do cromo e alguns problemas analíticos resultantes. Revisado em: ncbi.nlm.nih.gov
  7. Advameg, Inc. (2018). Crómio Retirado de: chemistryexplained.com

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