Chrom i jego związki
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 😉
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
Zobacz jak możemy Ci pomóc
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
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]
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
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.
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]
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:
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:
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
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+ + Cr2O72- + 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.
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.
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