الكرومات وثنائي الكرومات

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

تحتوي أملاح الكرومات على أيون الكرومات، CrO₄²⁻ . أما أملاح ثنائي الكرومات فتحتوي على أيون ثنائي الكرومات، Cr₂O₂²⁻ . وهي أيونات أكسجينية للكروم في حالة الأكسدة +6، وتُعدّ عوامل مؤكسدة متوسطة القوة . في المحلول المائي ، يمكن تحويل أيونات الكرومات وثنائي الكرومات إلى بعضها البعض.

الخواص الكيميائية

تتفاعل الكرومات مع بيروكسيد الهيدروجين ، مُنتجةً مركباتٍ يحل فيها البيروكسيد ، O₂⁻² ، محل ذرة أكسجين واحدة أو أكثر. في المحلول الحمضي، يتكون مُركب بيروكسو أزرق غير مستقر، وهو بيروكسيد أكسيد الكروم (VI) ، CrO(O₂ ) ₂ ؛ وهو جزيء تساهمي غير مشحون ، يُمكن استخلاصه في الإيثر . إضافة البيريدين تُؤدي إلى تكوين المُركب الأكثر استقرارًا CrO( O₂ ) ₂ ( بيريدين ) . [ 1 ]

الخواص الحمضية والقاعدية

في المحلول المائي، توجد أنيونات الكرومات وثنائي الكرومات في حالة توازن كيميائي .

2 CrO 2− 4 + 2 H + ⇌ Cr 2 O 2− 7 + H 2 O

يُظهر مخطط الغلبة أن موضع التوازن يعتمد على كل من الرقم الهيدروجيني والتركيز التحليلي للكروم. [ ملاحظات 1 ]

مخطط غلبة الكرومات

أيون الكرومات هو النوع السائد في المحاليل القلوية، ولكن يمكن أن يصبح ثنائي الكرومات هو الأيون السائد في المحاليل الحمضية.

يمكن أن تحدث تفاعلات تكثيف إضافية في المحاليل الحمضية القوية مع تكوين ثلاثي الكرومات، Cr₃O₂⁻¹⁰ ، ورباعي الكرومات ، Cr₄O₂⁻¹³ . [ 2 ] جميع الأنيونات الأكسجينية المتعددة للكروم ( VI ) لها هياكل تتكون من وحدات CrO₄ رباعية الأوجه تتشارك في الزوايا . [ 3 ]

أيون كرومات الهيدروجين، HCrO − 4 ، هو حمض ضعيف :

HCrO − 4 ⇌ CrO 2− 4 + H + ; pK a ≈ 5.9       

وهو أيضاً في حالة توازن مع أيون ثنائي الكرومات:

2 HCrO − 4 ⇌ Cr 2 O 2− 7 + H 2 O

لا يتضمن هذا التوازن تغييرًا في تركيز أيون الهيدروجين، مما يُشير إلى أن التوازن مستقل عن الرقم الهيدروجيني. الخط الأحمر في مخطط الغلبة ليس أفقيًا تمامًا بسبب التوازن المتزامن مع أيون الكرومات. قد يتأين أيون كرومات الهيدروجين، مُكَوِّنًا حمض الكروميك الجزيئي ، H₂CrO₄ ، ولكن قيمة pKa للتوازن

H₂CrO₄ ⇌ HCrO⁻⁴ + H⁺​​​​

غير موصوفة بشكل جيد. تتراوح القيم المبلغ عنها بين -0.8 و 1.6 تقريبًا. [ 4 ]

أيون ثنائي الكرومات هو قاعدة أضعف إلى حد ما من أيون الكرومات: [ 5 ]

HCr₂O₇⁻ ⇌ Cr₂O₂⁻⁷ + H⁺ ، pKa = 1.18​​​​​​​​​       

تُظهر قيمة pKa لهذا التفاعل أنه يمكن تجاهله عند درجة حموضة أكبر من 4.  

خصائص الأكسدة والاختزال

أيونات الكرومات وثنائي الكرومات عوامل مؤكسدة قوية نسبياً . عادةً ما تُضاف ثلاثة إلكترونات إلى ذرة الكروم، مما يؤدي إلى اختزالها إلى حالة الأكسدة +3. في المحلول الحمضي، يتكون أيون الكروم المائي Cr³⁺ .

Cr 2 O 2− 7 + 14 H + + 6 e − → 2 Cr 3+ + 7 H 2 O ε 0 = 1.33 فولت        

في المحلول القلوي، يُنتج هيدروكسيد الكروم (III) . ويُظهر جهد الأكسدة والاختزال أن الكرومات عوامل مؤكسدة أضعف في المحلول القلوي مقارنةً بالمحلول الحمضي . [ 6 ]

CrO₂⁻⁴ + 4 H₂O + 3 e⁻ → Cr (OH) ₃ + 5 OH⁻ ε₀ = -0.13 V        

التطبيقات

حافلة مدرسية مطلية باللون الأصفر الكرومي [ 7 ]

تم إنتاج ما يقارب 136,000 طن (150,000 طن) من الكروم سداسي التكافؤ ، معظمه ثنائي كرومات الصوديوم، في عام 1985. [ 8 ] تُستخدم الكرومات وثنائي الكرومات في طلاء الكروم لحماية المعادن من التآكل وتحسين التصاق الطلاء. أملاح الكرومات وثنائي الكرومات للمعادن الثقيلة واللانثانيدات والمعادن القلوية الترابية قليلة الذوبان في الماء، ولذلك تُستخدم كأصباغ. استُخدم صبغ الكروم الأصفر المحتوي على الرصاص لفترة طويلة قبل أن تُثني اللوائح البيئية عن استخدامه. [ 7 ] عند استخدامها كعوامل مؤكسدة أو معايرات في تفاعل كيميائي للأكسدة والاختزال ، تتحول الكرومات وثنائي الكرومات إلى كروم ثلاثي التكافؤ، Cr³⁺ ، وتتميز أملاحه بلون أزرق مخضر مميز. [ 8 ]

التواجد والإنتاج الطبيعي

عينة من الكروكويت من منجم الرصاص الأحمر، تسمانيا ، أستراليا

يُعدّ الكروميت ، FeCr₂O₄ ، خام الكروم الأساسي، وهو عبارة عن أكسيد فلزي مختلط يوجد على شكل بلورات أو حبيبات سوداء معدنية هشة . يُسخّن خام الكروميت مع خليط من كربونات الكالسيوم وكربونات الصوديوم في وجود الهواء. يتأكسد الكروم إلى شكله السداسي، بينما يتكوّن أكسيد الحديد الثلاثي ، Fe₂O₃ .

4 FeCr 2 O 4 + 8 Na 2 CO 3 + 7 O 2 → 8 Na 2 CrO 4 + 2 Fe 2 O 3 + 8 CO 2

يؤدي ترشيح هذه المادة لاحقًا عند درجات حرارة أعلى إلى إذابة الكرومات، تاركًا بقايا من أكسيد الحديد غير القابل للذوبان. عادةً ما تتم معالجة محلول الكرومات بشكل إضافي لصنع معدن الكروم، ولكن يمكن الحصول على ملح الكرومات مباشرةً من المحلول. [ 9 ]

المعادن المحتوية على الكرومات نادرة. يُعدّ الكروكويت ( PbCrO₄ ) ، الذي قد يوجد على شكل بلورات حمراء طويلة رائعة، أكثر معادن الكرومات شيوعًا. وتوجد معادن كرومات البوتاسيوم النادرة ومركبات ذات صلة في صحراء أتاكاما . ومن بينها اللوبيزيت ، وهو معدن ثنائي الكرومات الوحيد المعروف. [ 10 ]

بما أن الكرومات متماثلة البنية مع الكبريتات ، فإن معادن الكبريتات والكرومات يمكن أن تشكل محاليل صلبة مثل الهاشميت ، وغالبًا ما يتم إدراج معادن الكرومات جنبًا إلى جنب مع معادن الكبريتات في مخططات تصنيف المعادن مثل تصنيف نيكل-سترونز .

سمية

قد تكون مركبات الكروم سداسي التكافؤ سامة ومسرطنة ( المجموعة 1 وفقًا للوكالة الدولية لأبحاث السرطان ). استنشاق جزيئات هذه المركبات قد يُسبب سرطان الرئة. كما لوحظ وجود ارتباطات إيجابية بين التعرض لمركبات الكروم سداسي التكافؤ وسرطان الأنف والجيوب الأنفية . [ 11 ] يُقيّد استخدام مركبات الكرومات في المنتجات المصنعة في الاتحاد الأوروبي (وبحكم قوانين السوق المشتركة في بقية أنحاء العالم) بموجب توجيه البرلمان الأوروبي بشأن تقييد استخدام المواد الخطرة (RoHS) (2002/95/EC) .

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ pCr يساوي سالب اللوغاريتم العشري للتركيز المولي للكروم. وبالتالي، عندما يكون pCr = 2، يكون تركيز الكروم 10⁻² مول  /لتر.

مراجع

  1. ↑ غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (  الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ص  637. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ↑ نازارتشوك، يفغيني ف.؛ سيدرا، أوليغ إ.؛ تشاركين، ديمتري أ.؛ كالميكوف، ستيبان ن.؛ كوتوفا، إيلينا ل. (2021-02-01). "تأثير حموضة المحلول على تبلور متعددات الكرومات في الأنظمة الحاملة لليورانيل: تخليق وبنية بلورية لـ Rb2 [ (UO2)(Cr2O7)(NO3)2 ] وشكلين بلوريين جديدين لـ Rb2Cr3O10" . مجلة علم البلورات - المواد البلورية . 236 ( 1-2 ): 11-21 . doi : 10.1515/zkri-2020-0078 . ISSN 2196-7105 . S2CID 231808339 .  
  3. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ص 1009. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN   978-0-08-037941-8.
  4. ↑ قاعدة بيانات IUPAC SC . قاعدة بيانات شاملة للبيانات المنشورة حول ثوابت التوازن للمركبات المعدنية والروابط.
  5. ^ بريتو، ف. أسكانيوا، J.؛ ماتوا، S .؛ هيرنانديزا، C .؛ أروجوا، L.؛ جيلي، ب. مارتن زرزاب، ص. دومينغيز، S .؛ ميديروس، أ. (1997). “توازنات أنواع الكرومات (VI) في الوسط الحمضي ودراسات مبدئية لهذه الأنواع”. متعدد السطوح . 16 (21): 3835–3846 . دوى : 10.1016/S0277-5387(97)00128-9 .
  6. ↑ هولمان، أرنولد فريدريك؛ ويبرغ، إيغون (2001)، ويبرغ، نيلز (محرر)، الكيمياء غير العضوية ، ترجمة إيغلسون، ماري؛ بروير، ويليام، سان دييغو/برلين: أكاديميك برس/دي غرويتر، ISBN 0-12-352651-5.
  7. 1 2 ووروبيك، ماري ديفاين؛ هوغ، شيريل (1992). دليل ضوابط المواد السامة: التنظيم الفيدرالي للمواد الكيميائية في البيئة . كتب بي إن إيه. ص 13. ISBN  978-0-87179-752-0.
  8. 1 2 الغضب، جيرد؛ هالستنبرج، جوست؛ هوخجيشفيندر، كلاوس؛ شيرهاج، كريستوف؛ كورالوس، أولريش. كنوبف، هربرت؛ شميدت، بيتر. أولينجر مانفريد (2005). “مركبات الكروم”. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى : 10.1002/14356007.a07_067 . رقم ISBN 3527306730.
  9. ↑ باب، جون ف.؛ ليبين، بروس ر. (2006). "الكروميت" . المعادن والصخور الصناعية: السلع والأسواق والاستخدامات (الطبعة السابعة ). جمعية مهندسي التعدين والمعادن والاستكشاف. رقم ISBN  978-0-87335-233-8.
  10. ↑ "بيانات معدن لوبيزيت" . webmineral.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-07-2026 .
  11. ↑ الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (2012) [17-24 مارس 2009]. المجلد 100C: الزرنيخ والمعادن والألياف والغبار (ملف PDF) . ليون: الوكالة الدولية لأبحاث السرطان. ISBN 978-92-832-0135-9مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 17 مارس 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يناير 2020. توجد أدلة كافية لدى البشر على قدرة مركبات الكروم (VI) على التسبب بالسرطان . تسبب مركبات الكروم (VI) سرطان الرئة. كما لوحظ وجود ارتباطات إيجابية بين التعرض لمركبات الكروم (VI) وسرطان الأنف والجيوب الأنفية. توجد أدلة كافية لدى الحيوانات المخبرية على قدرة مركبات الكروم (VI) على التسبب بالسرطان. تُصنف مركبات الكروم (VI) كمواد مسرطنة للإنسان (المجموعة 1) .