Chrom – wszystko co musisz wiedzieć

Dzisiaj dość krótkie omówienie chromu. Padło na ten pierwiastek, ponieważ zebrał on najwięcej polubień pod postem, w którym mogliście pisać swoje typy jaki pierwiastek chcielibyście zobaczyć w opracowaniu na I etap.

Drugi komentarz dotyczył żelaza, zatem to opracowanie również się pojawi. Będzie ono jednak w listopadzie, ponieważ to pierwiastek ,,folderowy” zatem największy sens jest go opracować sobie bliżej zawodów.

Zapraszam do nauki!

Podrozdział  2.17  Cr, chrom – pierwiastek do najłatwiejszych nie należy, ale jego istota w reakcjach redoks powoduje, że często pojawia się (fragmentami) w różnych zadaniach, także z I etapu. 

• ogólna charakterystyka – biały, błyszczący, twardy, ale kruchy. Uwaga – związki chromu (VI) są rakotwórcze!
• otrzymywanie – poprzez redukcję tlenku – reakcja [1] :  \(Cr_{2}O_{3} + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_{2}O_{3} \)
• charakterystyczne wykorzystanie 
  • barwnik – wiadomo, związki chromu są zazwyczaj bardzo barwne
  • dodatek do stali – ze względu na odporność na korozję
  • rola biologiczna – potrzebny dla naszego organizmu pierwiastek
• pasywacja – chrom pozostawiony na powietrzu pasywuje – czyli pokrywa się warstwą ochronnego tlenku. Ochronnego, dlatego, że ten tlenek już jest mało reaktywny. Warstwa ta jest bardzo cieniutka, ale również bardzo gęsta, przez co rodzaj pasywacji chromu jest odmienny, niż pasywacja innych metali np. żelaza, bo w takim żelazie ten tlen ciągle się przedostaje do głębszych warstw metalu i ,,go niszczy” powodując jego korozję.
  • Chrom dlatego nie rozpuszcza się w kwasie azotowym (rozcieńczonym czy stężonym, ani nawet w zimnej wodzie królewskiej). 
  • Chrom za to rozpuszcza się w mineralnych, nieutleniających kwasach, typowo kwasie solnym 
    • reakcja [2] :  \(Cr + 2HCl \rightarrow CrCl_{2} + H_{2} \)  => to jest tak naprawdę trudna reakcja, bo przecież stopień utlenienia +III jest częstszy dla chromu. Wynika to z wartości potencjałów standardowych dla par  \(E^{\circ}_{Cr^{3+} , Cr} = – 0,76 \ V \)  oraz  \(E^{\circ}_{Cr^{2+} , Cr} = – 0,91 \ V \)
• stopnie utlenienia – niestety, chrom wykazuje bardzo dużo możliwości w tym zakresie. A zakres ten jest od -II do +VI! Najczęstsze to +III (najtrwalszy) oraz +VI , a potem +II. 
• chemia chromu (III) : związki chromu (III) najczęściej (ale nie muszą) mają barwę zieloną.
  • tlenek chromu  \(Cr_{2}O_{3} \) jest amfoteryczny , a można go otrzymać w ważnej reakcji rozkładu   – reakcja [3] :  \((NH_{4})_{2}Cr_{2}O_{7} \xrightarrow{T} Cr_{2}O_{3} + N_{2} + 4H_{2}O  \) 
    • reakcja z zasadą – reakcja [4] :  \(Cr_{2}O_{3} + 2KOH \rightarrow 2KCrO_{2} + H_{2}O \)
    • reakcja z kwasem – reakcja [5] :  \(Cr_{2}O_{3} + 3H_{2}SO_{4} \xrightarrow{T} Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 3H_{2}O \)
  • również wodorotlenek chromu jest amfoteryczny! Ma on szarozielone zabarwienie i jest osadem, strąca się przy dodaniu amoniaku (niekoniecznie musi być wodorotlenek). Dla chromu (III) LK = 6. 
    • reakcja z zasadą – reakcja [6] :  \(Cr(OH)_{3} + 3NaOH \rightarrow Na_{3}[Cr(OH)_{6}] \)
    • reakcja z kwasem – reakcja [7] :  \(Cr(OH)_{3} + 3HCl \rightarrow CrCl_{3} + 3H_{2}O \)
  • tworzenie halogenków – reakcja [8] :  \(2Cr + 3Cl_{2} \xrightarrow{T} 2CrCl_{3} \)  => zobaczcie, że łatwo to zapamiętać (oraz reakcję [2] ), ponieważ jest identycznie jak z żelazem.
• chemia chromu (VI) : ważne są barwy, chromianu i dichromianu
  • \(CrO^{2-}_{4} \)  = barwa żółta!
  • \(Cr_{2}O^{2-}_{7}  \)  = barwa pomarańczowa!
  • reakcja (równowaga) wzajemnego przekształcania się powyższych form – reakcja [9] :   \(CrO^{2-}_{4} + 2H^{+} \rightleftharpoons Cr_{2}O^{2-}_{7} + H_{2}O \)   => nie jest to reakcja redoks! Z tej reakcji wynika ważna zależność : jony chromianowe będą dominować w środowisku zasadowym, natomiast dichromianowe w środowisku kwaśnym! 
    • Dodatkowy komentarz – to jest ogólnie fajna reakcja, która może się pojawić w ramach Zadania 3, czyli chemii fizycznej. Można to też przyjemnie połączyć z pH. Na pewno warto tą reakcję kojarzyć.
  • są to dobre utleniacze, ale dichromian jest mocniejszym utleniaczem! I to właśnie on na Olimpiadzie będzie grał pierwsze skrzypce w reakcjach utleniania. Redukują się one do chromu (III) :  \(Cr^{3+} \)
  • pokaz utleniania (reakcje redoks najwygodniej przedstawiać za pomocą postaci jonowej skróconej) przez dichromian – reakcja [10] :  \(Cr_{2}O^{2-}_{7} + 6Fe^{2+} + 14H^{+} \rightarrow 2Cr^{3+} + 6Fe^{3+} + 7H_{2}O \)
  • lub przykład reakcji ,,pełnej” – reakcja [11] :  \(3SnCl_{2} + K_{2}Cr_{2}O_{7} + 14HCl \rightarrow 3SnCl_{4} + 2CrCl_{3} + 2KCl + 7H_{2}O  \)
  • także tlenek jest ważnym utleniaczem, często wykorzystywanym w chemii organicznej, np. w myśl reakcji [12] :  \(2CrO_{3} + 3RCH_{2}OH \rightarrow Cr_{2}O_{3} + 3RCHO + 3H_{2}O  \)
  • warto pamiętać o istnieniu kwasu chromowego (VI) –  \(H_{2}CrO_{4} \)
  • chromiany bardzo często tworzą osady (najczęściej o żółtej barwie)
• chemia chromu (II) – tutaj również najczęstsza LK = 6. Jon \(Cr^{2+} \)  jest dobrym reduktorem, z chęcią będzie utleniał się do  \(Cr^{3+} \) . Wodorotlenek ani tlenek nie są amfoteryczne, mają tylko właściwości zasadowe i reagują z kwasami. 
  • sole chromu (II)  mają najczęściej barwę niebieską!
• chrom przede wszystkim trzeba kojarzyć z reakcjami redoks, pasywacją i feerią barw, a zwłaszcza z utlenianiem, są to bowiem na olimpiadzie, obok manganu oczywiście, najczęstsze związki użyte do utleniania czegokolwiek!

A gdzie ten chrom na Olimpiadzie? Jak wspominałem na początku – na I etapie nie gra on raczej pierwszej roli (Bo jest po prostu trudny. A jako ciekawostka powiem Wam, że dopiero taki wanad to jest chrom na sterydach – czyli feeria barw + multum stopni utlenienia), ale pełni raczej funkcję uzupełniającą (nabija punkty do 20).

• 58 edycja, I etap , Zadanie 2 – podpunkt d)
• 56 edycja, I etap , Zadanie 2 – podpunkt  e)

W tym tygodniu lub następnym postaram się (o ile czas pozwoli) jeszcze dorobić zadanie z chromu.

Pamiętajcie, że sam chrom nie jest pierwiastkiem ,,mainstreamowym” jeśli chodzi o I etap, ale ze względu na to, że w folderze wstępnym pojawił się pierwiastek z bloku d, to wypadałoby sam chrom przerobić nawet trochę mocniej niż zostało to tutaj opisane (chociaż i tak moim zdaniem informacje tu zawarte są zdecydowanie wystarczające – o ile oczywiście jesteś dobrze obyty w obliczeniach z chemii nieorganicznej).