Króm

Fő cikk: króm izotópjai
Izotóp	t.e.	felezési idő	B.m.	B.e. (MeV)	B.t.
⁵⁰Cr	mest.	> 1,3 E18 év	εε	-	⁵⁰Ti
⁵¹Cr	mest.	27,7025 nap	ε	-	⁵¹V
⁵¹Cr	mest.	27,7025 nap	γ	0,320	-
⁵²Cr	83,789%	Cr stabil 28 neutronnal
⁵³Cr	9,501%	Cr stabil 29 neutronnal
⁵⁴Cr	2,365%	Cr stabil 30 neutronnal

Hivatkozások

Króm

A króm egy kémiai elem a periódusos rendszerben, jele Cr , rendszáma 24, egy ezüstfehér, jól fényezhető, magas olvadáspontú, kemény fém. A neve az ógörög: chroma szóból ered, ami szín, színest jelent, mivel a króm vegyületei különböző színűek (narancssárga, zöld, kék, ibolya...).

[szerkesztés] Jellemzői

Átmenetifém, a jellemző elektroneloszlása 4s¹3d⁵. A krómnak van a legtöbb párosítatlan elektronja, ami befolyásolja a fémes rácsot összetartó erők nagyságát. Ezért magas az olvadáspontja, igen kemény, nehezen megmunkálható. Ezüstfehér, kissé kékes árnyalatú, szép fémfényű. Kémiai hatásokkal szemben rendkívül ellenálló, mivel felületén vékony de igen ellenálló oxidréteg keletkezik.

[szerkesztés] Története

Krokoit kristályok

Johann Gottlob Lehmann, 1761. július 26-án felfedezett az Ural hegységben egy vöröses narancssárga ásványt amit elnevezett szibériai vörös ólomnak. A tévesen meghatározott ásvány, mint ólom, vas és szelén vegyülete, tulajdonképpen vörösólomérc (krokoit vagy kallochrom) és ólomkromátot (PbCrO₄) tartalmaz.

Peter Simon Pallas 1770-ben ugyanazon tájakon járt mint Lehmann, és ő is rátalált az érdekes színű ásványra. Ezúttal az ólomkromát bevonult a festészetbe mint élénk sárga értékes pigment.

Nicolas Louis Vauquelin 1797-ben hozzájutott vörösólomérc mintákhoz. Sósav hatására sikerült előállítani a krómoxidot (CrO₃). Egy évvel később, az előállítót krómoxidból, szénkemencében hevítve sikerült kinyerni a krómot. Később sikerült kimutatni króm nyomokat egyes drágakövekben (rubin, smaragd) és a meteoritek túlnyomó részében. Az 1800-as évek folyamán a króm nagy részét a pigment gyártás és a bőripar használta. A fémipar fejlődésével, az előállított króm 85%-át itt hasznosítják és a többit a vegyiparban.

[szerkesztés] Előfordulása

Krómvaskő

A legfontosabb ásványa a krómvaskő vagy krómit (FeO.Cr ₂O₃). A világ krómit termelésének nagy része Dél-Afrikából származik, de fontos termelők még: Kazahsztán, India, Oroszország és Törökország. Más ásványa a vörös ólomérc (krokoit) (PbCrO₄) és elég ritkán előfordul elemi állapotban is.

[szerkesztés] Előállítása

A természetben előforduló ásványokból előbb az oxidját állítják elő, és ebből aluminotermiás eljárással állítják elő a krómot. Az oxid redukálható még szilíciummal vagy kalciummal.

$\mathrm{Cr_2O_3 + 2Al \Rightarrow 2Cr + Al_2O_3}\,\!$

Sóiból elektrolízissel leválasztható, de az eljárás csak védőréteg leválasztására (krómozás) használják. Ipari célokra nem célszerű a tiszta króm előállítása. A tiszta fém rideg és törékeny, sokkal fontosabbak ötvözetei és ezek előállítására a ferrokrómot használják. A ferrokróm 60% krómot tartalmaz és a krómvaskő szénnel történő redukciójával készül.

[szerkesztés] Tulajdonságai

Vegyületeiben a króm oxidációs száma 0 és +6 között változhat, de azok a vegyületek gyakoriak melyben +2, +3, illetve +6 az oxidációs száma (+3 a legstabilabb). A +6 oxidációs számú vegyületei erős oxidáló szerek. A híg sósavban és kénsavban oldódik (bizonyos körülmények között elég energikusan). A salétromsav és a királyvíz hidegen nem támadja a krómot, de melegen nagyon lassan oldják. A salétromsav a króm felületét passziválja és a passzivált krómot még a meleg sósav sem támadja meg. Magas hőmérsékleten reagál egyes nemfémekkel (halogének, kén, oxigén, nitrogén, szén, szilícium és bór). Nagy mennyiségű hidrogént tud elnyelni és interszticiális hidridet képez.

[szerkesztés] Vegyületei

[szerkesztés] Oxidációs szám +2

Króm (II)-oxid. A króm-amalgám levegőn végbemenő oxidációjával keletkezik. Fekete színű, hevítésre az oxidáció tovább megy és króm (III)-oxid keletkezik.
Króm (II)-klorid. Ha a króm (III)-kloridot izzásig hevítjük hidrogén áramban, vagy a krómot HCl áramban, króm (II)-klorid keletkezik. A vízmentes króm (II)-klorid kristályai színtelenek, az oldata azonban kék színű. Gáz állapotban egész 1500 °C-ig a képlete Cr₂Cl₄.
Króm (II)-szulfát. Könnyen előállítható a króm (III)-szulfát redukciójával savas közegben cinkkel. Előállítható a króm oldásával kénsavban, semleges gáz jelenlétében (H₂,vagy CO₂), mivel az oxigén jelenlétében a króm (II) oxidálódik króm (III)-ig. Hasonlóan előállítható más króm (II) só. Ezek vizes oldatban, vagy a hidratált kristályos alakban kék színűek, de a vízmentes alak más színű. A króm (II) vegyületei sok szempontból hasonlítanak a vas (II) vegyületeihez (ugyanazokkal a vegyszerekkel képez csapadékot, ammóniumsók jelenlétében nem lehet ammóniával kicsapatni), de erősebb redukálószerek mint a vas (II) sói. Vizes oldatban instabilok és légmentes körülmények között is lassan oxidálódnak:

$\mathrm{Cr^{2+} + H_3O^+ \Rightarrow Cr^{3+} + 1/2H_2 + H_2O}\,\!$

[szerkesztés] Oxidációs szám +3

Króm (III)-oxid, dikróm-trioxid, Cr₂O₃. A króm legállandóbb oxidja, előállítható a króm-trioxid hevítésével:

$\mathrm{4CrO_3 \Rightarrow Cr_2O_3 + 3O_2}\,\!$

vagy a dinátrium-dikromát szénnel vagy kénnel történő redukciójával:

$\mathrm{Na_2Cr_2O_7 + S \Rightarrow Cr_2O_3 + Na_2SO_4}\,\!$

Az így előállított króm-oxid zöld színű, vízben oldhatatlan por. Felhasználják mint pigment (olajfestékek, üveg, porcelán színezésére), fémkróm előállítására, valamint csiszolóanyagként. A kristályos alakot a króm-oxid hidrátjának a hevítésével állítják elő, és a kristályai fémes csillogású fekete színűek, de porítva ugyancsak zöld színű por keletkezik. A króm-oxid hidrát Cr₂O₃*nH₂O kicsapódik a króm (III) sók oldatából, hidroxid ionok jelenlétében (például ammónia hozzáadásával). Váltakozó mennyiségű vizet tartalmaz, kékeszöld színű nagy térfogatú csapadék. Friss állapotban oldható savakba és lúgokba, de lassan vizet veszít és oldhatósága csökken.

Króm (III)-klorid. Előállítható klór áramoltatásával, izzásba hozott krómon keresztül, vagy izzó króm-oxid és faszén keverékén keresztül:

$\mathrm{Cr_2O_3 + 3C + 3CL_2 \Rightarrow 2CrCl_3 + 3CO}\,\!$

Az így előállított króm-triklorid vízmentes állapotban vöröseslila kristályos só. Hideg vízben nem oldódik, és forró vízben is csak nagyon lassan. Kevés króm (II)-klorid hozzáadásával az oldás hamar végbemegy, és egy sötétzöld oldat keletkezik, erős hő felszabadulás közben. A víz elpárologtatásával a króm-triklorid kristályosodik, a kristályai zöld színűek. Az oldatban is és a kristályok is króm-trikloridot akvakomplex formában tartalmazzák. A krómnak a koordinációs száma 6 és ennek megfelelően 6 vízmolekula kapcsolódik erősen a központi fémionhoz. A klórral a króm erősebb kötést tud kialakítani, a koordinálódott vízmolekulák fokozatosan kicserélődnek klórral és így vegyes ligandumú komplexek keletkeznek.

$\mathrm{\left[ Cr\left( OH_2 \right)_4Cl_2 \right]Cl\cdot2H_2O}\,\!$ zöld

$\mathrm{\left[ Cr\left( OH_2 \right)_5Cl \right]Cl_2\cdot H_2O}\,\!$ világoszöld

$\mathrm{\left[ Cr\left( OH_2 \right)_6 \right]Cl_3}\,\!$ ibolya

Króm (III)-szulfát. A vízmentes $\mathrm{Cr_2\left(SO\right)_4 }\,\!$ rózsaszínű és mint a króm-triklorid, vízben csak redukálószerek jelenlétében oldódik. Így keletkezik a $\mathrm{Cr_2\left(SO\right)_4\cdot12H_2O }\,\!$ higroszkópos, sötét ibolyaszínű, vízben jól oldódó kristályos anyag. Mint a króm-triklorid esetében, vizes oldatában különböző összetételű akvakomplexek keletkeznek, amelyekben a szulfát-ionok egy része bevonul a komplexbe és erősen kötődik a központi fém-ionhoz, ezeknek színe zöld. Alkáli-szulfátokkal króm-timsót képez. Például az ibolyaszínű króm (III)-szulfátot és kálium-szulfátot tartalmazó oldatból sötét ibolyaszínű oktaéderes króm-timsó kristályok válnak ki $\mathrm{KCr\left(SO_4\right)_2\cdot12H_2O}\,\!$ . Króm-timsót tartalmazó oldatot ha melegítünk, lassan a fent leírt változások mennek végbe és vegyes ligandumú zöld színű komplexek keletkeznek, melyek csak nehezen kristályosodnak. Bázikus anyag hozzáadásával (például nátrium-karbonát), bázikus króm-szulfát keletkezik, amelyet a bőrcserzésben használnak.

$\mathrm{Cr_2\left(SO_4\right)_3 + Na_2CO_3 +H_2O\Rightarrow 2Cr\left(SO_4\right)\left(OH \right) + Na_2SO_4 + CO_2 }\,\!$

[szerkesztés] oxidációs szám +6

Króm (VI)-oxid, vagy króm-trioxid, $\mathrm{CrO_3 }\,\!$ mint csapadék válik ki a telített dikromát oldatból, tömény kénsav túladagolásával. Sötétvörös színű, tűs kristályok, melyek vízben jól oldódnak. A narancssárga vizes oldat krómsavat, dikrómsavat és trikrómsavat tartalmaz:

$\mathrm{CrO_3 + H_2O \Rightarrow H_2CrO_4}\,\!$

$\mathrm{2CrO_3 + H_2O \Rightarrow H_2Cr_2O_7}\,\!$

$\mathrm{3CrO_3 + H_2O \Rightarrow H_2Cr_3O_{10}}\,\!$

Ezek csak oldatban léteznek, nem lehet elkülöníteni őket a víz elpárologtatásával. Erélyes oxidáló hatású. Ha alkoholt csepegtetünk króm-trioxid kristályokra, az oxidáció olyan erőteljes hogy az alkohol lángra lobban és a króm-trioxid dikróm-trioxidra redukálódik. Szerves anyagok oxidálására ecetsavas oldatát használják, melyben oldódik de nem oxidálja még forrásponton sem.

Kromátok. A krómsav sói a kromátok. A nátrium-kromátot iparilag nagy menyiségben gyártják a krómit és alkáli-karbonát összeolvasztásával levegő jelenlétében, 1000-1300 ºC-on:

$\mathrm{2\left(FeO \cdot Cr_2O_3\right) + 4Na_2CO_3 + 7/2O_2\Rightarrow 4Na_2CrO_4 + Fe_2O_3 + 4CO_2 }\,\!$

Az olvadék lehűlése után, a kromátot vízzel kioldják. Az oldat sárga színű és a kromát az oldatból kikristályosítható a hőmérséklet függvényében 10, 6 vagy 4 molekula vízzel. A kromátok csak lúgos közegben léteznek, sav hozzáadásával a sárga színű nátrium-kromát oldat átalakul narancssárga dikromáttá, mely két molekula vízzel kristályosodik $\mathrm{Na_2Cr_2O_7\cdot2H_2O }\,\!$ . Az átalakulás két lépésben történik: az első lépésben savas-kromát keletkezik de ez nagyon instabil és víz vesztéssel két savas-kromát ion kondenzálódik dikromát ionná, mely Cr-O-Cr kötéseket tartalmaz.

$\mathrm{Na_2CrO_4 + H_2SO_4 \Rightarrow NaHCrO_4 + NaHSO_4 }\,\!$

$\mathrm{2NaHCrO_4 \Rightarrow Na_2Cr_2O_7 + H_2O}\,\!$

Ha a dikromát oldatot meglúgosítjuk újból kromát ionok keletkeznek és az oldat színe sárga lesz.

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-} + 2OH^-\Rightarrow 2CrO_4^{2-} + H_2O}\,\!$

A Króm (III)-vegyületeket tartalmazó oldatokban, a króm oxidálható kromáttá lúgos közegben a megfelelő oxidálószerrel (hipoklorit, oxigénesvíz, ólomdioxid). A kálium-kromátot ugyanúgy lehet előállítani mint a nátrium sót, víz nélkül kristályosodik és kristályai citromsárgák. A kálium-dikromát kristályai narancssárgák és nem tartalmaznak kristályvizet. Mivel a kálium-dikromát oldhatósága vízben kisebb mint a nátrium-dikromáté, koncentrált nátrium-dikromát oldatból, kálium-kloriddal kicsapatjuk a kálium-dikromátot. A dikrómátok savas közegben erős oxidálószerek, ezen alapszik alkalmazásuk az analitikai kémiában:

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-} + 14H^- + 6e^-\Rightarrow 2Cr^{3+} + 7 H_2O}\,\!$

Az elektronikus alkoholteszterek megjelenése előtt, a fenti reakció alapján működtek a „fiolák” amelyek szépen megzöldültek ha egy ittas gépkocsivezető belefújt (a narancssárga fiola savas dikromátot tartalmazott, mely az alkohol hatására redukálódót és a keletkezett Cr(III) vegyület zöld színű). Az alkáli-kromátok jól oldódnak vízben, az alkáli-földfémeké kevésbé és az oldhatóság csökken az alkáli-földfém atomsúlyának a növekedésével. A bárium-kromát teljesen oldhatatlan és az ólom-kromát is.

Króm (VI)-halogénidek A Króm(VI)-tal csak a fluor képez bináris halogenidet (CrF₆), a többiek tartalmaznak oxigént. A kromil-klorid előállítható sósav áramoltatásával króm-trioxid kristályokon keresztül, vagy K₂Cr₂O₇, NaCl, H₂SO₄ keverékének a hevítésével és a keletkező kromil-klorid ledesztillál.

$\mathrm{CrO_3 + 2HCl\Rightarrow CrO_ 2Cl_2+ H_2O}\,\!$

A kromil-klorid egy sötétvörös folyadék, fajsúlya 1,93 g/cm³, forráspontja 117 ºC. A vízzel reagál és krómsav és sósav keletkezik. Erős oxidálószer. A króm(VI)-vegyületek mérgezők.