- Características e propriedades
- Estrutura química do cromo
- Número de oxidação
- Cr (-2, -1 e 0)
- Cr (I) e Cr (II)
- Cr (III)
- Cr (IV) e Cr (V)
- Cr (VI): o par cromato-dicromato
- Chromium usa
- Como corante ou pigmentos
- Em cromo ou metalurgia
- Nutricional
- Onde está?
- Referências
O cromo (Cr) é um elemento metálico do Grupo 6 (VIB) da tabela periódica. Toneladas desse metal são produzidas anualmente por meio de sua extração do mineral cromita de ferro ou magnésio (FeCr 2 O 4, MgCr 2 O 4), que são reduzidas com carvão para a obtenção do metal. É muito reativo, e somente em condições muito redutoras é em sua forma pura.
Seu nome deriva da palavra grega 'croma', que significa cor. Recebeu esse nome devido às cores múltiplas e intensas exibidas pelos compostos de cromo, sejam eles inorgânicos ou orgânicos; de sólidos ou soluções pretas a amarelo, laranja, verde, violeta, azul e vermelho.
Crocodilo cromo. Crocodilo Prata Crocodilo Metal Modelo Jacaré. Fonte: Maxpixel
No entanto, a cor do cromo metálico e seus carbonetos são acinzentados prateados. Esta característica é explorada na técnica de cromagem para dar brilhos de prata a muitas estruturas (como as vistas no crocodilo na imagem acima). Assim, ao “banhar-se com cromo” as peças ganham brilho e 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. Conseqüentemente, o óxido de cromo (III) verde (Cr 2 O 3) é o mais estável de seus óxidos.
Esses óxidos podem interagir com outros metais do meio ambiente, originando, por exemplo, o pigmento vermelho siberiano de chumbo (PbCrO 4). Esse pigmento é amarelo-laranja ou vermelho (conforme 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, assim como uma minúscula porção de cobre metálico, fazem com que este elemento seja o 22º mais abundante da crosta terrestre.
A química do cromo é muito diversa porque ele pode formar ligações com quase toda a tabela periódica. Cada um de seus compostos exibe cores que dependem do número de oxidação, bem como das espécies que interagem com ele. Da mesma forma, forma ligações com o carbono, intervindo em um grande número de compostos organometálicos.
Características e propriedades
O cromo é um metal prateado em sua forma pura, com número atômico 24 e peso molecular de cerca de 52 g / mol (52 Cr, seu isótopo mais estável).
Devido às suas fortes ligações metálicas, apresenta elevados pontos de fusão (1907 ºC) e de ebulição (2671 ºC). Além disso, sua estrutura cristalina o torna um metal muito denso (7,19 g / mL).
Não reage com a água para formar hidróxidos, mas reage com ácidos. Ele oxida com o oxigênio do 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 de mais corrosão, uma vez que o oxigênio não consegue penetrar no seio do metal.
Sua configuração eletrônica é 4s 1 3d 5, com todos os elétrons desemparelhados e, portanto, apresenta propriedades paramagnéticas. Porém, 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
Por PNGs originais de Daniel Mayer, DrBob, rastreado no Inkscape pelo usuário: Stannered (estrutura de cristal), via Wikimedia Commons
Qual é a estrutura do metal cromado? Em sua forma pura, o cromo assume uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (cc ou bcc). 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).
Essa estrutura é responsável pelo cromo apresentar altos pontos de fusão e ebulição, além de alta dureza. Os átomos de cobre se sobrepõem a seus orbitais s e d para formar bandas de condução de acordo com a teoria de bandas.
Assim, ambas as bandas estão meio cheias. Por quê? Como sua configuração eletrônica é 4s 1 3d 5 e, como orbital s, 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 em teoria. No entanto, nenhum dos dois explica por que o cromo pode ter vários estados ou números de oxidação.
Isso exigiria um conhecimento profundo da estabilidade do átomo com relação aos spins eletrônicos.
Número de oxidação
Como a configuração eletrônica do cromo é 4s 1 3d 5, ele pode ganhar até um ou dois elétrons (Cr 1– e Cr 2–), ou perdê-los para adquirir diferentes números de oxidação.
Assim, se o cromo perder um elétron, seria 4s 0 3d 5; se ele perder três, 4s 0 3d 3; e se perder todos eles, ou o que é igual, seria isoeletrônico ao argônio.
O cromo não perde ou ganha elétrons por mero capricho: tem que haver uma espécie que doe ou aceite para passar de um número de oxidação a outro.
O cromo tem os seguintes números de oxidação: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 e +6. Destes, +3, Cr 3+, é o mais estável e, portanto, predominante de todos; seguido por +6, Cr 6+.
Cr (-2, -1 e 0)
É altamente improvável que o cromo ganhe elétrons, já que é um metal e, portanto, sua natureza é doá-los. No entanto, ele pode se coordenar com ligantes, ou seja, moléculas que interagem com o centro do metal por meio de uma ligação dativa.
Um dos mais conhecidos é o monóxido de carbono (CO), que forma o composto hexacarbonil do cromo.
Este composto tem a fórmula molecular Cr (CO) 6, e como os ligantes são neutros e não fornecem nenhuma carga, então o Cr tem um número de oxidação 0.
Isso também pode ser observado em outros compostos organometálicos, como bis (benzeno) cromo. No último, o cromo é rodeado por dois anéis de benzeno em uma estrutura molecular tipo sanduíche:
Por Ben Mills, do Wikimedia Commons
Muitos outros compostos Cr (0) podem surgir desses dois compostos organometálicos.
Sais foram encontrados onde interagem com cátions de sódio, o que implica que Cr deve ter um número de oxidação negativo para atrair cargas positivas: Cr (-2), Na 2 e Cr (-1), Na 2.
Cr (I) e Cr (II)
O Cr (I) ou Cr 1+ é produzido pela oxidação dos compostos organometálicos descritos. Isto é conseguido por ligandos de oxidantes, tais como CN ou NO, formando assim, por exemplo, o composto K 3.
Aqui, o fato de haver três cátions K + implica que o complexo de cromo tem três cargas negativas; da mesma forma, o ligante CN - contribui com cinco cargas negativas, de modo que entre Cr e NO devem somar duas cargas positivas (-5 + 2 = -3).
Se NO for neutro, então é Cr (II), mas se tiver uma carga positiva (NO +), então é Cr (I).
Por outro lado, os compostos de Cr (II) são mais abundantes, entre eles os seguintes: cloreto de cromo (II) (CrCl 2), acetato crômico (Cr 2 (O 2 CCH 3) 4), óxido de cromo (II) (CrO), sulfeto de cromo (II) (CrS) e mais.
Cr (III)
De todos, é o que apresenta maior estabilidade, pois é, na verdade, produto de muitas reações oxidativas dos íons cromato. Talvez sua estabilidade se deva à sua configuração eletrônica d 3, em que três elétrons ocupam três orbitais d de menor energia em comparação com os outros dois mais energéticos (duplicação de orbitais d).
O composto mais representativo desse número de oxidação é o óxido de cromo (III) (Cr 2 O 3). Dependendo dos ligantes que se coordenam a ele, o complexo exibirá uma cor ou outra. Exemplos desses compostos são: Cl, Cr (OH) 3, CrF 3, 3+, etc.
Embora a fórmula química não o mostre à primeira vista, o cromo geralmente tem uma esfera de coordenação octaédrica em seus complexos; ou seja, ele está localizado no centro de um octaedro, onde seus vértices são posicionados pelos ligantes (seis no total).
Cr (IV) e Cr (V)
Os compostos dos quais o Cr 5+ participa são muito poucos, devido à instabilidade eletrônica do referido átomo, além de ser facilmente oxidado a Cr 6+, muito mais estável por ser isoeletrônico em relação ao gás nobre argônio.
No entanto, os compostos Cr (V) podem ser sintetizados sob certas condições, como alta pressão. Da mesma forma, tendem a se decompor em temperaturas moderadas, o que impossibilita suas possíveis aplicações por não apresentarem resistência térmica. Alguns deles são: CrF 5 e K 3 (O 2 2- é o ânion peróxido).
Por outro lado, o Cr 4+ é relativamente mais estável, podendo sintetizar seus compostos halogenados: CrF 4, CrCl 4 e CrBr 4. No entanto, eles também são suscetíveis a serem decompostos por reações redox para produzir átomos de cromo com melhores números de oxidação (como +3 ou +6).
Cr (VI): o par cromato-dicromato
2 2- + 2H + (amarelo) => 2- + H 2 O (laranja)
A equação acima corresponde à dimerização ácida de dois íons cromato para produzir dicromato. A variação do pH provoca uma alteração nas interações em torno do centro metálico do Cr 6+, também 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) possuem as características de serem nocivos e até cancerígenos para o corpo humano e animais.
Quão? Estudos afirmam que os íons CrO 4 2- atravessam as membranas celulares pela ação de proteínas transportadoras de sulfato (na verdade, os dois íons são semelhantes em tamanho).
Agentes redutores dentro das células reduzem Cr (VI) a Cr (III), que se acumula por coordenação irreversível em locais específicos nas macromoléculas (como o DNA).
Uma vez que a célula está contaminada por um excesso de cromo, ela não pode sair por falta de mecanismo que a transporta de volta pelas membranas.
Chromium usa
Como corante ou pigmentos
O cromo tem uma ampla gama de aplicações, desde corantes para diferentes tipos de tecidos, até protetores que embelezam peças metálicas no que se conhece como cromagem, que podem ser feitas com metal puro, ou com compostos de Cr (III) ou Cr (VI).
O fluoreto crômico (CrF 3), por exemplo, é usado como corante para tecidos de lã; o sulfato crômico (Cr 2 (SO 4) 3), é usado para colorir esmaltes, cerâmicas, tintas, tintas, vernizes, e também serve para metais de cromo; e o óxido crômico (Cr 2 O 3) também pode ser usado onde sua atraente cor verde é necessária.
Portanto, qualquer mineral de cromo com cores intensas pode estar destinado a manchar uma estrutura, mas depois surge o fato de esses compostos serem perigosos ou não para o meio ambiente ou para a saúde das pessoas.
Na verdade, suas propriedades venenosas são usadas para preservar a madeira e outras superfícies do ataque de insetos.
Em cromo ou metalurgia
Pequenas quantidades de cromo também são adicionadas ao aço para fortalecê-lo contra a oxidação e melhorar seu brilho. Isso se deve ao fato de ser capaz de formar carbonetos acinzentados (Cr 3 C 2) que são muito resistentes à reação com o oxigênio do ar.
Como o cromo pode ser polido em superfícies brilhantes, o cromo apresenta designs e cores prateados como uma alternativa mais barata para esses fins.
Nutricional
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.
Da mesma forma, existem suplementos proteicos que regulam a atividade da insulina e promovem o crescimento muscular, como é o caso do polinicotinato de cromo.
Onde está?
Fonte: Pixabay
O cromo é encontrado em uma ampla variedade de minerais e pedras preciosas, como rubis e esmeraldas. O principal mineral do qual o cromo é extraído é a cromita (MCr 2 O 4), onde M pode ser qualquer outro metal com o qual o óxido de cromo está associado. Essas minas são abundantes na África do Sul, Índia, Turquia, Finlândia, Brasil e outros países.
Cada fonte possui uma ou mais variantes de cromita. Desta forma, para cada M (Fe, Mg, Mn, Zn, etc.) surge um mineral de cromo diferente.
Para extrair o metal é necessário reduzir o mineral, ou seja, fazer com que o centro metálico do cromo ganhe elétrons pela ação de um agente redutor. Isso é feito com carbono ou alumínio:
FeCr 2 O 4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO
Além disso, a cromita (PbCrO 4) é encontrada.
Geralmente, em qualquer mineral onde o íon Cr 3+ pode substituir o Al 3+, ambos com raios iônicos ligeiramente semelhantes, ele constitui uma impureza que resulta em outra fonte natural deste metal incrível, mas prejudicial.
Referências
- Tenenbaum E. Chromium. Retirado de: chemical.pomona.edu
- Wikipedia. (2018). Cromo. Retirado de: en.wikipedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 de abril de 2018). Qual é a diferença entre o Chrome e o Chromium? Retirado de: Thoughtco.com
- NV Mandich. (novecentos e noventa e cinco). Química do cromo.. Retirado de: citeseerx.ist.psu.edu
- Chemistry LibreTexts. Química do cromo. Retirado de: chem.libretexts.org
- Saul 1. Shupack. (1991). The Chemistry of Chromium and Some Resulting Analytical Problems. Revisado por: ncbi.nlm.nih.gov
- Advameg, Inc. (2018). Cromo. Retirado de: chemicalexplained.com