أكسيد الكروم (IV)

الموسوعة الحرة

ثاني أكسيد الكروم، أو أكسيد الكروم (IV)، مركب غير عضوي صيغته الكيميائية CrO₂. وهو مادة صلبة سوداء اصطناعية مغناطيسية . [ 3 ] كان يُستخدم على نطاق واسع في مستحلبات الأشرطة المغناطيسية . [ 4 ] مع ازدياد شعبية الأقراص المدمجة (CD ) وأقراص الفيديو الرقمية (DVD) ، ومؤخرًا الوسائط الرقمية، انخفض استخدام أكسيد الكروم (IV). ومع ذلك، لا يزال يُستخدم في تطبيقات أشرطة البيانات لأنظمة التخزين المؤسسية. ولا يزال العديد من مصنعي الأكاسيد والأشرطة يعتبرونه من أفضل جزيئات التسجيل المغناطيسي التي تم اختراعها على الإطلاق.

التحضير والخصائص الأساسية

تم تحضير ثاني أكسيد الكروم ( CrO₂ ) لأول مرة على يد فريدريش فولر عن طريق تحلل كلوريد الكروميل . وتم تصنيع ثاني أكسيد الكروم الإبري لأول مرة عام 1956 على يد نورمان ل. كوكس، الكيميائي في شركة إي آي دوبونت ، عن طريق تحلل ثالث أكسيد الكروم في وجود الماء عند درجة حرارة 800 كلفن (527 درجة مئوية؛ 980 درجة فهرنهايت) وضغط 200 ميجا باسكال . المعادلة الكيميائية الموزونة للتخليق الحراري المائي هي:   

3 CrO 3 + Cr 2 O 3 → 5 CrO 2 + O 2

تتكون البلورة المغناطيسية من قضيب طويل ورفيع يشبه الزجاج، وهو مفيد كصبغة مغناطيسية لأشرطة التسجيل. وعندما تم تسويقه تجارياً في أواخر الستينيات كوسيط للتسجيل، أطلقت عليه شركة دوبونت الاسم التجاري ماغتريف .

يتخذ أكسيد الكروم (CrO₂ ) بنية الروتيل (كما هو الحال في العديد من أكاسيد المعادن). ولذلك، فإن كل مركز كروم (IV) له هندسة تنسيق ثمانية السطوح ، وكل أكسيد يكون مثلثيًا مستويًا . [ 3 ]

الاستخدامات

شريط كاسيت CrO 2

أدت الخصائص المغناطيسية للبلورة، المستمدة من شكلها المثالي كالتغاير المغناطيسي الذي يمنحها قوة إكراه عالية وكثافة مغناطيسية متبقية عالية ، إلى استقرار وكفاءة استثنائيين للأطوال الموجية القصيرة ، وسرعان ما ظهرت في أشرطة الصوت عالية الأداء المستخدمة في أشرطة الكاسيت الصوتية التي كانت تعاني من مشاكل في استجابة الترددات العالية والتشويش . وعلى عكس طبقة أكسيد الحديد الثلاثي غير المكتملة التكوين الشائعة الاستخدام، كانت بلورات ثاني أكسيد الكروم مكتملة التكوين، ويمكن توزيعها بالتساوي وبكثافة في طبقة مغناطيسية، مما يؤدي إلى نسب إشارة إلى ضوضاء أعلى في التسجيلات الصوتية. ومع ذلك، تطلبت أشرطة الكروم أن تكون مسجلات الكاسيت الصوتية مزودة بقدرة تيار انحياز أعلى (أكبر بنسبة 50% تقريبًا) من تلك المستخدمة مع أكسيد الحديد الثلاثي لمغنطة جزيئات الشريط بشكل صحيح. كما تم تقديم معادلة جديدة (70 ميكروثانية ) تُضحي ببعض استجابة الترددات العالية الممتدة مقابل تقليل الضوضاء، مما أدى إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بمقدار 5-6 ديسيبل مقارنةً بأشرطة الصوت المصنوعة من أكسيد الحديديك. وقد نُقلت إعدادات الانحياز والمعادلة هذه لاحقًا إلى أشرطة الكوبالت المُعدّلة "المكافئة للكروم" التي طرحتها شركات مثل TDK و Maxell وغيرها في منتصف سبعينيات القرن الماضي . وفي أبحاث لاحقة، زادت قوة الإكراه المغناطيسي للجسيم بشكل ملحوظ عن طريق تطعيم أو امتصاص عناصر نادرة مثل الإيريديوم على المصفوفة البلورية، أو عن طريق تحسين نسب الطول المحوري إلى الطول المكافئ . وكان المنتج الناتج منافسًا محتملاً لأصباغ الحديد المعدنية، ولكنه لم يحقق انتشارًا واسعًا في السوق.

مشاكل

إلى أن طوّر المصنّعون طرقًا جديدة لطحن الأكسيد، كانت البلورات عرضةً للكسر بسهولة أثناء عملية التصنيع، مما أدّى إلى صدى مفرط . وقد ينخفض ​​خرج الشريط بمقدار 1 ديسيبل تقريبًا خلال عام. ورغم أن هذا الانخفاض كان منتظمًا عبر نطاق التردد، وانخفضت الضوضاء بنفس المقدار، مما حافظ على النطاق الديناميكي، إلا أن هذا الانخفاض أدى إلى عدم محاذاة أجهزة فك تشفير دولبي لتقليل الضوضاء، والتي كانت حساسة لمستويات الصوت. كان طلاء الكروم أصلب من الطلاءات المنافسة، مما أدى إلى اتهامات بتآكل رؤوس القراءة والكتابة بشكل مفرط. ورغم أن الشريط كان يُتلف رؤوس الفريت الصلبة في البداية أسرع من الأشرطة المصنوعة من الأكسيد، إلا أنه في الواقع كان يُتلف رؤوس البرمالوي الأكثر ليونة بمعدل أبطأ؛ وكان تآكل الرؤوس مشكلة أكبر بالنسبة لرؤوس البرمالوي منه بالنسبة لرؤوس الفريت. ومع ذلك، بعد 500 ساعة من التشغيل على رؤوس الفريت، كان شريط الكروم قد صقل سطح الفريت الحبيبي بدرجة كافية بحيث لم يعد هناك تآكل ملحوظ؛ وعلى عكس التآكل الناتج عن أشرطة الحديديك وأشرطة الحديديك-كوبالت، ظلت حواف فجوات الرؤوس حادة وواضحة. أدت المخاوف من تلف رأس التسجيل ومشاكل الترخيص مع شركة دوبونت إلى وضع أشرطة الكروم الفارغة المخصصة للمستهلكين في وضع غير مواتٍ مقارنةً بأشرطة النوع الثاني الأكثر شيوعًا لاحقًا، والتي كانت تستخدم أكسيد الحديد المُعدَّل بالكوبالت. مع ذلك، ظل شريط الكروم الخيار الأمثل لإصدارات الكاسيت في صناعة الموسيقى. ونظرًا لانخفاض درجة حرارة كوري الخاصة به ، والتي تبلغ حوالي 386 كلفن (113 درجة مئوية؛ 235 درجة فهرنهايت) ، فقد كان شريط الكروم مناسبًا للنسخ الحراري المغناطيسي عالي السرعة لأشرطة الصوت والفيديو، وذلك لبيع المنتجات المسجلة مسبقًا في الأسواق الاستهلاكية والصناعية. [ 5 ]    

المنتجون

منحت شركة دوبونت ترخيص المنتج لشركة سوني في اليابان وشركة باسف في ألمانيا في أوائل سبعينيات القرن الماضي للإنتاج والتوزيع الإقليميين. طوّر المنافسون اليابانيون أشرطة كاسيت صوتية من النوع الثاني "مكافئة للكروم" من نوع "مُمتصة بالكوبالت" (TDK: Avilyn ) وفيريت الكوبالت (Maxell: Epitaxial ) كبدائل. إلى جانب ذلك، كانت هناك مشكلة تتمثل في أن إنتاج ثاني أكسيد الكروم ينتج عنه منتجات ثانوية سامة واجه المصنّعون اليابانيون صعوبة بالغة في التخلص منها بشكل سليم. في نهاية المطاف، أصبحت باسف أكبر منتج لكل من أصباغ ثاني أكسيد الكروم وأشرطة الكروم، حيث اعتمدت في إنتاج أشرطة الفيديو VHS و S-VHS ، وأشرطة الكاسيت الصوتية، وخراطيش البيانات 3480 على إصدارات مختلفة من هذه الصبغة المغناطيسية. قدمت شركتا دوبونت وباسف أصباغ أكسيد "مخلوطة" من الكروم والكوبالت، تجمع بين حوالي 15% من أكسيد الحديد المعدل بالكوبالت و85% من أكسيد الكروم في طبقة واحدة لتحسين مستويات الإخراج القصوى عند الأطوال الموجية الأطول. كما استخدمت العديد من أشرطة الفيديو عالية الجودة كميات أقل بكثير من الكروم في تركيباتها، لأن خصائصه المغناطيسية، بالإضافة إلى تأثيراته المنظفة على رؤوس القراءة/الكتابة، جعلته خيارًا أفضل من أكسيد الألومنيوم أو غيره من المواد غير المغناطيسية المضافة إلى أشرطة الفيديو للحفاظ على نظافة الرؤوس. توقفت دوبونت عن إنتاج جزيئات ثاني أكسيد الكروم في التسعينيات. بالإضافة إلى باسف، التي لم تعد تمتلك قسمًا لتصنيع الأشرطة، تستطيع شركة باير الألمانية، وكذلك شركتا تودا كوجيو وساكاي كيميكال اليابانيتان، إنتاج الجزيئات المغناطيسية للتطبيقات التجارية.

مراجع

  1. ↑ ليد، ديفيد ر. (1998). دليل الكيمياء والفيزياء (الطبعة 87  ). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. الصفحات 4-53 . ISBN  0-8493-0594-2.
  2. 1 2 3 دليل الجيب الخاص بالمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حول المخاطر الكيميائية. "#0141" . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH).
  3. 1 2 غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  4. ↑ جيرد أنجر، جوست هالستنبرج، كلاوس هوخجيشفيندر، كريستوف شيرهاج، أولريش كورالوس، هربرت كنوبف، بيتر شميدت، مانفريد أولينجر. “مركبات الكروم”. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى : 10.1002/14356007.a07_067 . رقم ISBN 978-3-527-30673-2.{{cite encyclopedia}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  5. ↑ كول، ج.؛ بانكروفت، ل.؛ شوينارد، م.؛ ماكلاود، ج. (يناير 1984). "النسخ الحراري المغناطيسي لشريط فيديو ثاني أكسيد الكروم". معاملات IEEE في المغناطيسية . 20 (1): 19-23 . Bibcode : 1984ITM....20...19C . doi : 10.1109/TMAG.1984.1063031 . ISSN 1941-0069 . 

للمزيد من القراءة

  • جليل، ف. عبدول؛ كانان، ت. س. (1983). "التخليق الحراري المائي لمساحيق ثاني أكسيد الكروم وخصائصها". نشرة علوم المواد . 5 ( 3-4 ): 231-246 . doi : 10.1007/BF02744038 . S2CID 93216540 . 
  • بيت، ج. (1978). "دراسة استقصائية للتطورات الحديثة في مواد التسجيل المغناطيسي". معاملات IEEE في المغناطيسية . 14 (4): 136-142 . Bibcode : 1978ITM....14..136B . doi : 10.1109/TMAG.1978.1059769 .
  • أوكيلي، تيرينس (1981). "الحجة التقنية لثاني أكسيد الكروم". دفتر مخترعي BASF رقم 6؛ http://www.ant-audio.co.uk/Tape_Recording/Library/Chrome.pdf
  • بوابة الكيمياء
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزوسائط متعلقة بأكسيد الكروم (IV) على ويكيميديا ​​كومنز