Chrom i jego związki

Blog 20 maja 2023

Czas czytania: 6 minuty, 12 sekund

Chrom po raz pierwszy otrzymał Louis Nicolas Vauquelin w 1797 roku. Chrom to stalowoszary, twardy metal. Jest metalem przejściowym z bloku d. W związkach chemicznych
występuje na 3 stopniach utlenienia: +2,+3 oraz +6 (związki z chromem na +6 stopniu utlenienia są uznawane za rakotwórcze). Nie ulega roztwarzaniu w kwasach utleniających (stężony HNO₃, gorący stężony H₂SO₄), natomiast ulega pasywacji, czyli pokrywa się tlenkiem chromu(III). W szeregu napięciowym zajmuje miejsce pomiędzy żelazem i manganem. Chrom jest to jeden z bardziej interesujących pierwiastków, między innymi dzięki barwnym postaciom jego związków w różnych środowiskach. To właśnie temu zawdzięcza swoją nazwę, gdyż po grecku χρῶμα (czyt. chrōma) znaczy kolor. Chrom wykorzystywany jest w fotochemii, technikach kalorymetrycznych lub jako barwnik/ pigment w farbach.

Dzisiaj przyjrzymy się paru związkom chromu, aby takie zadanie na maturze nie było straszne 😉

Spis treści

Charakterystyka pierwiastka

Liczba atomowa: 24
Blok energetyczny: d
Grupa: 6
Okres: 4
Konfiguracja powłokowa: K²L⁸M¹³N¹
Konfiguracja elektronowa: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵
Konfiguracja skrócona: [₁₈Ar] 4s¹3d⁵

• Ulega pasywacji pod wpływem stężonych kwasów:
2𝐶𝑟 + 2𝐻𝑁𝑂₃ → 𝐶𝑟₂𝑂₃ + 2𝑁𝑂↑ +𝐻₂𝑂

• Jony Cr²⁺ możemy uzyskać w atmosferze beztlenowej, działając rozcieńczonym kwasem solnym lub azotowym na chrom:
Cr+ 2HCl→CrCl₂ +H₂↑

•Jony Cr³⁺ uzyskujemy działając na chrom rozcieńczonym kwasem solnym w warunkach tlenowych:
2Cr + 6HCl + O₂ → 2CrCl₃ + H₂↑ + 2H₂O

Filip Stanek przeprowadza eksperyment chemiczny, przelewając ciecz do kolby, z której wydobywa się para

Polecane

Zobacz jak możemy Ci pomóc

Maturalny obóz wakacyjny Zajęcia indywidualne (MAT/CHEM/BIOL) Roczne Kursy Maturalne (MAT/CHEM/BIOL) Platforma Naukowców

Związki chromu

Tlenek chromu(II)

Tlenek chromu(II), CrO – jest to nietrwały, czarny tlenek o charakterze zasadowym. Po ogrzaniu tworzy z tlenem związki chromu na +3 stopniu utlenienia:
4𝐶𝑟𝑂 +𝑂₂ → 2𝐶𝑟₂𝑂₃

Zobacz obraz źródłowy — http://www.biologianaukaozyciu.pl/2017/11/chemia-tlenki.html

Tlenek chromu(III)

Tlenek chromu(III), Cr₂O₃ – jest to zielony tlenek o charakterze amfoterycznym, ulega reakcjom z kwasami i zasadami:
𝐶𝑟₂𝑂₃ + 6𝐻𝐶𝑙 → 2𝐶𝑟𝐶𝑙₃ + 3𝐻₂𝑂
𝐶𝑟₂𝑂₃ + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 + 3𝐻₂𝑂 → 2𝑁𝑎[𝐶𝑟(𝑂𝐻)₄]

Zielony proszek tlenku chromu(III) na białym tle. — https://pl.wikipedia.org/wiki/Tlenek_chromu%28III%29#/media/Plik:Chromium(III)-oxide-sample.jpg

Tlenek chromu(VI)

Tlenek chromu(VI), CrO₃ – czerwony tlenek kwasowy, chrom występuje na +6 stopniu utlenienia. Ulega reakcji z wodą tworząc żółty kwas chromowy(VI):
CrO₃+H₂O→H₂CrO₄

https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Chromium_trioxide#/media/File:Chrom(VI)-oxid.jpg/2

Jak można zauważyć charakter tlenków zmienia się wraz ze stopniem utlenienia.

Wodorotlenek chromu(II)

Wodorotlenek chromu(II), Cr(OH)₂– ciemnobrunatny osad, otrzymujemy go w reakcji soli chromu(II) z zasadami, po odwodnieniu przechodzi w CrO.

Schemat reakcji chromu w roztworze kwasu solnego w warunkach tlenowych

Wodorotlenek chromu(III)

Wodorotlenek chromu(III), Cr(OH)₃ – jest to zielonoszary wodorotlenek amfoteryczny, w mocnych kwasach roztwarza się i tworzy sole, natomiast w zasadach tworzy jon kompleksowy [Cr(OH)₆]^3-
𝐶𝑟(𝑂𝐻)₃ + 3𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑟𝐶𝑙₃ + 3𝐻₂𝑂
𝐶𝑟(𝑂𝐻)₃ + 3𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎₃[𝐶𝑟(𝑂𝐻)₆]

https://soapmakers-store.com/shop/soap-making-ingredients/dyes-and-pigments/chromium-hydroxide-green-powder/

Sole chromu na +VI stopniu utlenienia

Chromian(VI) sodu (Na₂CrO₄)- w roztworze przybiera żółtą barwę, chrom występuje na +6 stopniu utlenienia. Jest trwały w zasadach i pod wpływem kwasu przechodzi w dichromian(VI) sodu o barwie pomarańczowej:
2𝐶𝑟𝑂₄²⁻ + 2𝐻⁺ → 𝐶𝑟₂𝑂₇²⁻ + 𝐻₂O

Dichromian(VI) sodu (Na₂Cr₂O₇)- tworzy pomarańczowe roztwory i jest trwały w środowisku kwaśnym. Pod wpływem zasad przechodzi w chromian(VI) sodu:
𝐶𝑟₂𝑂₇²⁻ + 2𝑂𝐻⁻ → 2𝐶𝑟𝑂₄²⁻ + 𝐻₂𝑂
Bardzo łatwo można zapamiętać te przemiany za pomocą schematu:

Żółty roztwór jonów CrO4^2- przekształcający się w pomarańczowy roztwór jonów Cr2O7^2- pod wpływem pH

Podsumowanie reakcji chromu

Możliwe przemiany związków chromu zostały umieszczone na schemacie:

Wykrywanie chromu

Warto też wspomnieć w jaki sposób możemy wykryć związki chromu. Oczywiście możemy do tego zaliczyć zachowanie roztworu pod wpływem zasady lub kwasu, jednak istnieją również inne reakcje.
Przykładowo jony dichromianowe(VI) w obecności eteru, nadtlenku wodoru, w środowisku kwaśnym stworzą związek CrO₅ zwany nadtlenkiem chromu, który w warstwie eterowej daje piękne niebieskie zabarwienie:
𝐶𝑟₂𝑂₇²⁻ + 4𝐻₂𝑂₂ + 2H⁺→ 2𝐶𝑟𝑂₅ + 5𝐻₂𝑂
Przy czym przypuszczalny wzór nadtlenku chromu wygląda tak:

Szarozielony osad wodorotlenku chromu oraz fiolkowy kompleks aminowy chromu

Następnym sposobem wykrycia jonów Cr³⁺ jest dodanie do badanego roztworu amoniaku. Wytrąci się wtedy szarozielony Cr(OH)₃, który w nadmiarze odczynnika ulega rozkładowi i powstaje roztwór o pięknej fiołkowej barwie:
Cr³⁺ + 3NH₃ · H₂O → Cr(OH)₃↓ + 3NH₄⁺
Cr(OH)₃ + 3NH₃ · H₂O + 3NH₄⁺ → [Cr(NH₃)₆]³⁺ + 6H₂O

Innym sposobem jest dodanie roztworu (NH₄)₂S lub Na₂S. Zaobserwujemy wtedy szarozielone zabarwienie świadczące o powstaniu wodorotlenku chromu(III):
𝐶𝑟³⁺ + 2𝑆²⁻ + 6𝐻₂𝑂 → 2𝐶𝑟(𝑂𝐻)₃ + 3𝐻₂𝑆

Bibliografia:

● T. Lipiec, Z. S. Szmal, Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Warszawa 1980
● J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2012
● R. Kocjan, Chemia analityczna, Warszawa 2014
● A. Bielański, Chemia nieorganiczna, Warszawa 2011

Matura Maj 2023 – Informator maturalny

Jakość gleb zależy m.in. od zawartości tzw. próchnicy, stanowiącej mieszaninę związków chemicznych pochodzących z rozkładu szczątków organicznych. Sposób określenia w przybliżeniu zawartości próchnicy w glebie polega na ilościowym utlenieniu związków organicznych, których głównym składnikiem jest węgiel. Utlenianie węgla zawartego w związkach organicznych można przeprowadzić za pomocą dichromianu(VI) potasu, w środowisku kwasu siarkowego(VI) z dodatkiem siarczanu(VI) rtęci(II) jako katalizatora (reakcja 1.), co w uproszczeniu można zilustrować równaniem:

3C + 2K₂Cr₂O₇+ 8H₂SO₄ → 3CO₂+ 2K₂SO₄+ 2Cr₂(SO₄)₃+ 8H₂O

W tej metodzie stosuje się nadmiar dichromianu(VI), a następnie – w obecności wskaźnika – utleniacz dodany w nadmiarze poddaje się reakcji z jonami żelaza Fe2+ jako reduktorem (reakcja 2.).

6Fe²⁺+ Cr₂O₇^2-+ 14H⁺→ 6Fe₃⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Jest to tzw. miareczkowanie reduktometryczne, podczas którego roztwór soli żelaza(II) o znanym stężeniu znajduje się w biurecie. Ten roztwór dodaje się stopniowo do kolby z utleniaczem i na końcu dokładnie odczytuje, jaka jego objętość została zużyta w reakcji.

Przed rozpoczęciem miareczkowania wprowadza się do kolby kilka kropel wodnego roztworu wskaźnika, którym jest o-fenantrolina (1,10-fenantrolina) przedstawiona wzorem 1. Sam ten wskaźnik jest bezbarwny, ale tworzy z jonami żelaza Fe²⁺ kompleks (wzór 2.) o intensywnej czerwonej barwie.

Przyporządkuj kolby z roztworami (I–III) do kolejnych etapów miareczkowania jonów dichromianowych(VI) jonami żelaza(II) w obecności o-fenantroliny. Odpowiedź uzasadnij.

Przed rozpoczęciem miareczkowania – kolba ………………..

Uzasadnienie: ……………………………………………………………………….

Podczas dodawania roztworu soli żelaza(II) – kolba ………………..

Uzasadnienie: ………………………………………………………………………

W punkcie końcowym miareczkowania – kolba ………………..

Uzasadnienie: …………………………………………………………………….

Zobacz odpowiedź

Przed rozpoczęciem miareczkowania – kolba III
Uzasadnienie: Początkowe zabarwienie świadczy o obecności samego jonu dichromianowego(VI),
które początkowo znajdowały się w próbce.

Podczas dodawania roztworu soli żelaza(II) – kolba I
Uzasadnienie: Podczas dodawania roztworu jonów żelaza(II) następuje redukcja jonów
dichromianowych(VI) do jonów chromu(III) o czym świadczy zabarwienie roztworu.

W punkcie końcowym miareczkowania – kolba II
Uzasadnienie: Czerwone zabarwienie świadczy o tym, iż wszystkie jony chromianowe(VI)
przereagowały z jonami żelaza(II). Jony żelaza(II) stworzyły czerwony kompleks z o-fenantroliną.

Matura 2015, Poziom Rozszerzony (Informatory CKE), – Zadanie 87.

Przeprowadzono dwa doświadczenia A i B, których celem było porównanie charakteru chemicznego tlenków chromu na II i III stopniu utlenienia: CrO i Cr₂O₃. W probówce oznaczonej numerem I w doświadczeniu A i doświadczeniu B znajdował się ten sam tlenek chromu, podobnie w probówce oznaczonej numerem II w obu doświadczeniach umieszczono drugi (taki sam w doświadczeniu A i B) tlenek chromu. W doświadczeniu A stwierdzono objawy reakcji tylko w probówce II, w doświadczeniu B – w obu probówkach zaobserwowano objawy reakcji.

Uzupełnij rysunek, wpisując odpowiednie wzory tlenków chromu znajdujących się w probówce I i w probówce II w obu doświadczeniach.

Schemat dwóch doświadczeń z wodorotlenkiem sodu (NaOH) i kwasem solnym (HCl).

b) Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl właściwe określenie lub określenia w każdym nawiasie tak, aby zdania były prawdziwe

1. Tlenek chromu(II) wykazuje właściwości (kwasowe/zasadowe/amfoteryczne), reaguje z (kwasami/zasadami).

2. Tlenek chromu (III) wykazuje właściwości (kwasowe/zasadowe/amfoteryczne), reaguje z (kwasami/zasadami).

c) Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji zachodzących w probówkach oznaczonych numerem II w doświadczeniu A oraz doświadczeniu B, wiedząc, że produktem jednej z nich jest związek kompleksowy o liczbie koordynacyjnej równej 4.

Doświadczenie A: …………………………………………………………………………………………………………………………………

Doświadczenie B: …………………………………………………………………………………………………………………………………

Zobacz odpowiedź

a)
Doświadczenie A: I) CrO II)Cr₂O₃
Doświadczenie B: I) CrO II) Cr₂O₃

b)
1. Tlenek chromu(II) wykazuje właściwości (kwasowe/zasadowe/amfoteryczne), reaguje z (kwasami/zasadami).
2. Tlenek chromu (III) wykazuje właściwości (kwasowe/zasadowe/amfoteryczne), reaguje z (kwasami/zasadami).

c)
Doświadczenie A: Cr₂O₃ + 2OH⁻ + 3H₂O → 2[Cr(OH)₄]⁻
Doświadczenie B: Cr₂O₃+ 6H⁺ → 2Cr³⁺ + 3H₂O