Как перевести хром 6 валентный в хром 3 валентный

Обновлено: 04.07.2024

Порядок заполнения оболочек атома хрома (Cr) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

Хром имеет 24 электрона, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

1 электрон на 4s-подуровне

5 электронов на 3d-подуровне

Степень окисления хрома

Атомы хрома в соединениях имеют степени окисления 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4.

Степень окисления - это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Ионы хрома

Валентность Cr

Атомы хрома в соединениях проявляют валентность VI, V, IV, III, II, I.

Валентность хрома характеризует способность атома Cr к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами

Валентность не имеет знака.

Квантовые числа Cr

Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Cr эти числа имеют значение N = 3, L = 2, M_l = 2, M_s = ½

Видео заполнения электронной конфигурации (gif):

Результат:

Энергия ионизации

Чем ближе электрон к центру атома - тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать. Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается E_o. Если не указано иное, то энергия ионизации - это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии ионизации для каждого последующего электрона.

Поверхностная оксидная пленка является причиной инертности хрома при обычной температуре, благодаря чему этот металл не подвергается атмосферной коррозии (в отличие от железа).

При нагревании хром проявляет свойства довольно активного металла, что соответствует его положению в электрохимическом ряду напряжений.

Тонкоизмельченный хром интенсивно горит в токе кислорода. На воздухе реакция с O₂ происходит лишь на поверхности металла.

При осторожном окислении амальгамированного хрома образуется низший оксид CrO.

(Сr не взаимодействует с Н₂, но поглощает его в больших количествах)

CrCl₃ и CrS - ионные соединения.

CrN и r_xC_y - ковалентные тугоплавкие инертные вещества, по твердости сравнимы с алмазом.

Эти кислоты не растворяют хром при обычной температуре, они переводят его в «пассивное» состояние.

Пассивацию можно частично снять сильным нагреванием, после чего хром начинает очень медленно растворяться в кипящих конц. HNO₃, H₂SO₄, «царской водке».

- смесь концентрированных HNO₃3 и НСl (1:3), растворяет золото и платиновые металлы (Pd,Os,Ru).

Соединения Cr (II)

СrO - оксид хрома (II).

Твердое черное вещество, н. р. в Н₂O.

1) медленное окисление хрома, растворенного в ртути

2) обезвоживание Сr(ОН)₂ в восстановительной атмосфере:

СrO - неустойчивое вещество, легко окисляется при небольшом нагревании до Сr₂O₃; при более высоких Т диспропорционирует:

СrO - типичный основный оксид, проявляет характерные для этого класса свойства. Реакции необходимо проводить в восстановительной среде.

Сr(OН)₂ - гидроксид хрома (II)

твердое желтое вещество, н. р. в Н₂O.

обменными реакциями из солей Сr 2+ :

Неустойчивое вещество, разлагается при нагревании; на воздухе быстро окисляется с образованием зеленого гидроксида хрома (III);

Наиболее важные: CrCl₂, CrSO₄, (СН₃СОО)₂Сr. Гидратированный ион Сr 2+ имеет бледно-голубую окраску.

1. Сr + неметалл (S, Hal₂)

2. Восстановление солей Сr 3+ :

1. Соли Сr 2+ - сильные восстановители, так как очень легко окисляются до солей Сr 3+

2. Раствор CrSO₄ в разбавленной H₂SO₄ - превосходный поглотитель кислорода:

3. С аммиаком соли Сr 2+ образуют комплексные соли - аммиакаты:

Для Сr 2+ характерно образование двойных сульфатов, например: K₂Cr(SO₄)₂• 6Н₂O

Соединения Сr(III)

, важнейшее природное соединение хрома. Сr₂О₃, полученный химическими методами, представляет собой темно-зеленый порошок.

1. Синтез из простых веществ:

2. Термическое разложение гидроксида хрома (III) или дихромата аммония:

3. Восстановление дихроматов углеродом или серой:

Сr₂O₃ используется для изготовления краски «хромовая зеленая», обладающей термо- и влагоустойчивостью.

Сr₂O₃ - типичный амфотерный оксид

В порошкообразном виде реагирует с сильными кислотами и сильными щелочами, в кристаллическом виде - химически инертное вещество.

К наиболее практически важным реакциям относятся следующие:

1. Восстановление с целью получения металлического хрома:

2. Сплавление с оксидами и карбонатами активных металлов:

Образующиеся метахромиты являются производными метахромистой кислоты НСrO₂.

3. Получение хлорида хрома (III):

Образуется в виде синевато-серого осадка при действии щелочей на соли Сr 3+ :

Практически нерастворимый в воде гидроксид может существовать в виде коллоидных растворов.

В твердом состоянии гидроксид хрома (III) имеет переменный состав Сr₂O₃• nН₂O. Теряя молекулу воды, Сr(ОН)₃ превращается в метагидроксид СrО(ОН).

Сr(ОН)₃ - амфотерный гидроксид, способный растворяться как в кислотах, так и в щелочах:

Сr(ОН)₃ + ЗОН - = [Cr(OH)₆] 3- _{гексагидроксохромитанион}

При сплавлении с твердыми щелочами образуются метахромиты:

Растворением осадка Сr(ОН)₃ в кислотах получают нитрат Cr(NO₃)₃, хлорид СrСl₃, сульфат Cr₂(SO₄)₃ и другие соли. В твердом состоянии чаще всего содержат в составе молекул кристаллизационную воду, от количества которой зависит окраска соли.

Самой распространенной является двойная соль КСr(SO₄)₂• 12H₂O - хромокалиевые квасцы (сине-фиолетовые кристаллы).

Хромиты, или хроматы (III) - соли, содержащие Сr 3+ в составе аниона. Безводные хромиты получают сплавлением Сr₂O₃ с оксидами двухвалентных металлов:

В водных растворах хромиты существуют в виде гидроксокомплексов.

К наиболее характерным свойствам солей Cr(III) относятся следующие:

1. Осаждение катиона Сг 3+ под действием щелочей:

Характерный цвет осадка и его способность растворяться в избытке щелочи используется для отличия ионов Сг 3+ от других катионов.

2. Легкая гидролизуемость в водных растворах, обусловливающая сильнокислый характер среды:

Сr 3+ + Н₂O = СrОН 2+ + Н +

Соли Сr (III) с анионами слабых и летучих кислот в водных растворах не существуют; так как подвергаются необратимому гидролизу, например:

3. Окислительно-восстановительная активность:

а) окислитель: соли Cr(III) → соли(VI)

см. «Получение солей Cr(VI)»

б) восстановительь: соли Cr(III) → соли(II)

см. «Получение солей Cr(II)»

4. Способность к образованию комплексных соединений - аммиакатов и аквакомплексов, например:

Соединения Cr(VI)

Кристаллическое вещество темно-красного цвета, очень гигроскопичное, легко растворимое в воде. Основной способ получения:

СrО₃ - кислотный оксид, активно взаимодействует с водой и щелочами, образуя хромовые кислоты и хроматы.

Хромовый ангидрид - чрезвычайно энергичный окислитель. Например, этанол воспламеняется при соприкосновении с СrO₃:

Продуктом восстановления хромового ангидрида, как правило, является Сr₂O₃.

Хромовые кислоты - Н₂СrO₄, Н₂Сr₂O₇.

При растворении CrO₃ в воде образуются 2 кислоты:

Обе кислоты существуют только в водных растворах. Между ними устанавливается равновесие:

Обе кислоты очень сильные, по первой ступени диссоциированы практически полностью:

- соли, содержащие анионы хромовой кислоты CrO₄ 2- . Почти все имеют желтую окраску (реже - красную). В воде хорошо растворяются только хроматы щелочных металлов и аммония. Хроматы тяжелых металлов н. р. в Н₂O. Наиболее распространены: Na₂CrO₄, К₂CrO₄, РЬCrO₄ (желтый крон).

1. Сплавление CrO₃ с основными оксидами, основаниями:

2. Окисление соединений Cr(III) в присутствии щелочей:

3. Сплавление Сr₂O₃ со щелочами в присутствии окислителя:

Хроматы существуют только в разбавленных щелочных растворах, которые имеют желтую окраску, характерную для анионов СrO₄ 2- . При подкислении раствора эти анионы превращаются в оранжевые дихромат-анионы:

2СrO₄ 2- + 2Н + = Сr₂O₇ 2- + Н₂O Это равновесие мгновенно сдвигается в ту или иную сторону при изменении рН растворов.

Хроматы - сильные окислители.

При нагревании хроматы тяжелых металлов разлагаются; например:

- соли, содержащие анионы дихромовой кислоты Сr₂O₇ 2-

В отличие от монохроматов имеют оранжево-красную окраску и обладают значительно лучшей растворимостью в воде. Наиболее важные дихроматы - К₂Сr₂O₇, Na₂Cr₂O₇, (NH₄)₂Cr₂O₇.

Их получают из соответствующих хроматов под действием кислот, даже очень слабых, например:

Водные растворы дихроматов имеют кислую среду вследствие устанавливаемого равновесия с хроматанионами (см. выше). Окислительные свойства дихроматов наиболее сильно проявляются в подкисленных растворах:

При добавлении восстановителей к кислым растворам дихроматов окраска резко изменяется от оранжевой до зеленой, характерной для соединений Сг 3+ .

Эта реакция используется для получения хромокалиееых квасцов KCr(SO₄)₂ • 12H₂O

Хром в виде простого вещества – серовато-белый блестящий металл. Имеет структуру объемно-центрированной кубической решетки.Плотность – 7,2 г/см 3 . Температуры плавления и кипения равны 1890 o С и 2680 o С, соответственно.

Валентность хрома в соединениях

Хром находится в четвертом периоде в VIB группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Порядковый номер равен 24. В ядре атома хрома содержится 24 протона и 28 нейтронов (массовое число равно 52). В атоме хрома есть четыре энергетических уровня, на которых находятся 24 электрона (рис. 1).

Рис. 1. Строения атома хрома.

Электронная формула атома хрома в основном состоянии имеет следующий вид:

А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):

Наличие шести неспаренных электронов свидетельствует о том, что хром в своих соединениях может проявлять валентность IV (Cr VI O₃, Cr VI Cl₆, Cr IV O₂Cl₆, K₂Cr VI ₂O₇ и т.д.).

Известно, что для хрома также характерны валентности II (Cr II O, Cr II (OH)₂, Cr II Cl₂) и III(Cr III ₂O₃, Cr III (OH)₃, KCr III O₂, Cr III Cl₃).

Примеры решения задач

При действии на хлорид хрома (III) щелочи можно получить гидроксид хрома (III):

Гидроксид хрома (III) вступает в реакцию нейтрализации с серной кислотой, в результате которой образуется сульфат хрома (III) и вода:

Задание	Оксид хрома (VI) массой 2 г растворили в воде массой 500 г. Рассчитайте массовую долю хромовой кислоты H₂CrO₄ в полученном растворе.
Решение	Запишем уравнение реакции получения хромовой кислоты из оксида хрома (VI):

Найдем массу раствора:

Для того, чтобы рассчитать массу растворенного вещества хромовой кислоты, определим количество вещества оксида хрома (VI) (молярная масса – 100 г/моль):

n (CrO₃) = 2 / 100 = 0,02 моль.

Согласно уравнению реакции n(CrO₃) :n(H₂CrO₄) = 1:1, значит,

Тогда масса хромовой кислоты будет равна (молярная масса – 118 г/моль):

Шестивалентный хром является признанным канцерогеном при вдыхании. [2] На многих рабочих местах сотрудники подвержены воздействию шестивалентного хрома, например, при гальваническом хромировании или сварке нержавеющих сталей. [2] В Европейском союзе использование шестивалентного хрома существенно ограничено директивой RoHS.

Токсичность

Шестивалентный хром транспортируется в клетки человеческого организма с помощью сульфатного транспортного механизма благодаря своей близости к сульфатам и хроматам по структуре и заряду. Трёхвалентный хром, более часто встречающийся, не транспортируется в клетки.

Внутри клетки Cr(VI) разлагается к метастабильному пятивалентному хрому (Cr(V)), затем к трехвалентному хрому (Cr(III)). Трехвалентный хром, присоединяясь к протеинам, создает гаптены, которые включают иммунную реакцию. После их появления, чувствительность к хрому не пропадает. В этом случае даже контакт с текстильными изделиями, окрашенными хромсодержащими красками или с кожей, обработанной хромом, может вызвать раздражение кожи. Витамин C и другие агенты реагируют с хроматами и создают Cr(III) внутри клетки. [3]

Продукты шестивалентного хрома являются генотоксичными канцерогенами. Хроническое вдыхание соединений шестивалентного хрома увеличивает риск заболеваний носоглотки, риск рака лёгких. (Лёгкие особенно уязвимы из-за большого количества тонких капилляров). Видимо, механизм генотоксичности вызывается пятивалентным и трехвалентным хромом.

В США предельно допустимая концентрация шестивалентного хрома в воздухе составляет 5 мкг/м³ (0.005 мг/м³). [4] [5] В России предельно допустимая концентрация хрома (VI) существенно ниже 1,5 мкг/м³ (0,0015 мг/м3). [6]

Одним из общепризнанных методов избежания шестивалентного хрома является переход от технологий гальванического хромирования к газотермическому напылению.

Читайте также: