Cromo: propriedades, características e usos - Ciência - 2023

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o cromada (Cr) é um elemento metálico do grupo 6 (VIB) da tabela periódica. Toneladas desse metal são produzidas anualmente por meio de sua extração do mineral cromita ferro ou magnésio (FeCr₂OU₄, MgCr₂OU₄), que são reduzidos com carbono para obter o metal. É muito reativo e apenas em condições muito redutoras é em sua forma pura.

Seu nome deriva da palavra grega 'croma', que significa cor. Recebeu esse nome devido às cores múltiplas e intensas exibidas pelos compostos de cromo, sejam eles inorgânicos ou orgânicos; de sólidos ou soluções pretas a amarelo, laranja, verde, violeta, azul e vermelho.

No entanto, a cor do cromo metálico e seus carbonetos são acinzentados prateados. Esta característica é explorada na técnica de cromagem para dar brilhos de prata a muitas estruturas (como as vistas no crocodilo na imagem acima). Assim, ao “banhar-se com cromo” as peças ganham brilho e grande resistência à corrosão.

O cromo em solução reage rapidamente com o oxigênio do ar para formar óxidos. Dependendo do pH e das condições oxidativas do meio ele pode adquirir diferentes números de oxidação, sendo (III) (Cr³⁺) o mais estável de todos. Consequentemente, óxido de cromo (III) (Cr₂OU₃) de cor verde é o mais estável de seus óxidos.

Esses óxidos podem interagir com outros metais do meio ambiente, causando, por exemplo, o pigmento vermelho siberiano de chumbo (PbCrO₄) Esse pigmento é amarelo-laranja ou vermelho (conforme sua alcalinidade), e dele o cientista francês Louis Nicolas Vauquelin isolou o cobre metálico, razão pela qual é premiado como seu descobridor.

Seus minerais e óxidos, assim como uma minúscula porção de cobre metálico, fazem com que este elemento ocupe o número 22 dos mais abundantes na crosta terrestre.

A química do cromo é muito diversa porque pode formar ligações com quase toda a tabela periódica. Cada um de seus compostos exibe cores que dependem do número de oxidação, bem como das espécies que interagem com ele. Da mesma forma, forma ligações com o carbono, intervindo em um grande número de compostos organometálicos.

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Características e propriedades

O cromo é um metal prateado em sua forma pura, com número atômico 24 e peso molecular de aproximadamente 52 g / mol (⁵²Cr, seu isótopo mais estável).

Devido às suas fortes ligações metálicas, apresenta elevados pontos de fusão (1907 ºC) e de ebulição (2671 ºC). Além disso, sua estrutura cristalina o torna um metal muito denso (7,19 g / mL).

Não reage com a água para formar hidróxidos, mas reage com ácidos. Ele oxida com o oxigênio do ar, geralmente produzindo óxido crômico, que é um pigmento verde amplamente utilizado.

Essas camadas de óxido criam o que é conhecido como passivação, protegendo o metal da corrosão subsequente, uma vez que o oxigênio não pode penetrar no seio do metal.

Sua configuração eletrônica é [Ar] 4s¹3d⁵, com todos os elétrons desemparelhados e, portanto, exibe propriedades paramagnéticas. Porém, o acasalamento dos spins eletrônicos pode ocorrer se o metal for submetido a baixas temperaturas, adquirindo outras propriedades como o antiferromagnetismo.

Estrutura química do cromo

Qual é a estrutura do metal cromado? Em sua forma pura, o cromo assume uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (cc ou bcc). Isso significa que o átomo de cromo está localizado no centro de um cubo, cujas bordas são ocupadas por outros cromos (como na imagem acima).

Essa estrutura é responsável pelo cromo apresentar altos pontos de fusão e ebulição, além de alta dureza. Os átomos de cobre se sobrepõem a seus orbitais s e d para formar bandas de condução de acordo com a teoria de bandas.

Portanto, ambas as faixas estão meio cheias. Por quê? Porque sua configuração eletrônica é [Ar] 4s¹3d⁵ e como o orbital s pode abrigar dois elétrons, e os orbitais d dez. Então, apenas metade das bandas formadas por suas sobreposições são ocupadas por elétrons.

Com essas duas perspectivas - a estrutura cristalina e a ligação metálica - muitas das propriedades físicas desse metal podem ser explicadas em teoria. No entanto, nenhum dos dois explica por que o cromo pode ter vários estados ou números de oxidação.

Isso exigiria um conhecimento profundo da estabilidade do átomo com relação aos spins eletrônicos.

Número de oxidação

Porque a configuração eletrônica do cromo é [Ar] 4s¹3d⁵pode ganhar até um ou dois elétrons (Cr^1–e CR^2–), ou perdê-los gradualmente para adquirir diferentes números de oxidação.

Assim, se o cromo perder um elétron, seria [Ar] 4s⁰3d⁵; se ele perder três, [Ar] 4s⁰3d³; e se perder todos eles, [Ar], ou o que é o mesmo, seria isoeletrônico ao argônio.

O cromo não perde ou ganha elétrons por mero capricho: deve haver uma espécie que os doe ou aceite para passar de um número de oxidação a outro.

O cromo tem os seguintes números de oxidação: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 e +6. Deles +3, Cr³⁺É o mais estável e, portanto, predominante de todos; seguido por +6, Cr⁶⁺.

Cr (-2, -1 e 0)

É altamente improvável que o cromo ganhe elétrons, porque é um metal e, portanto, sua natureza é doá-los. No entanto, pode coordenar-se com ligantes, ou seja, moléculas que interagem com o centro do metal por meio de uma ligação dativa.

Um dos mais conhecidos é o monóxido de carbono (CO), que forma o composto hexacarbonil do cromo.

Este composto tem a fórmula molecular Cr (CO)₆, e uma vez que os ligantes são neutros e não fornecem nenhuma carga, então o Cr tem um número de oxidação de 0.

Isso também pode ser observado em outros compostos organometálicos, como bis (benzeno) cromo. No último, o cromo é circundado por dois anéis de benzeno em uma estrutura molecular do tipo sanduíche:

Muitos outros compostos Cr (0) podem surgir desses dois compostos organometálicos.

Sais foram encontrados onde eles interagem com cátions de sódio, o que implica que Cr deve ter um número de oxidação negativo para atrair cargas positivas: Cr (-2), Na₂[Cr (CO)₅] e Cr (-1), Na₂[Cr₂(CO)₁₀].

Cr (I) e Cr (II)

Cr (I) ou Cr¹⁺ é produzido pela oxidação dos compostos organometálicos que acabamos de descrever. Isso é obtido oxidando ligantes, como CN ou NO, formando assim, por exemplo, o composto K₃[Cr (CN)₅NÃO].

Aqui, o fato de que existem três cátions K⁺ implica que o complexo de cromo tem três cargas negativas; também o ligante CN^– contribui com cinco cargas negativas, de modo que entre Cr e NO deve-se adicionar duas cargas positivas (-5 + 2 = -3).

Se o NO for neutro, então é Cr (II), mas se tiver uma carga positiva (NO⁺), é nesse caso Cr (I).

Por outro lado, os compostos de Cr (II) são mais abundantes, entre eles os seguintes: cloreto de cromo (II) (CrCl₂), acetato crômico (Cr₂(OU₂CCH₃)₄), óxido de cromo (II) (CrO), sulfeto de cromo (II) (CrS) e muito mais.

Cr (III)

É aquele com a maior estabilidade de todos, pois é, na verdade, o produto de muitas reações oxidativas dos íons cromato. Talvez sua estabilidade se deva à sua configuração eletrônica d³, em que três elétrons ocupam três orbitais d de energia mais baixa em comparação com os outros dois orbitais mais energéticos (divisão de orbitais d).

O composto mais representativo deste número de oxidação é o óxido de cromo (III) (Cr₂OU₃) Dependendo dos ligantes que se coordenam a ele, o complexo exibirá uma cor ou outra. Exemplos desses compostos são: [CrCl₂(H₂OU)₄] Cl, Cr (OH)₃, CrF₃, [Cr (H₂OU)₆]³⁺etc.

Embora a fórmula química não o mostre à primeira vista, o cromo geralmente tem uma esfera de coordenação octaédrica em seus complexos; ou seja, ele está localizado no centro de um octaedro, onde seus vértices são posicionados pelos ligantes (seis no total).

Cr (IV) e Cr (V)

Os compostos dos quais o Cr participa⁵⁺ são muito poucos, devido à instabilidade eletrônica do referido átomo, além de ser facilmente oxidado a Cr.⁶⁺, muito mais estável, pois é isoeletrônico em relação ao gás nobre de argônio.

No entanto, os compostos Cr (V) podem ser sintetizados sob certas condições, como alta pressão. Da mesma forma, tendem a se decompor em temperaturas moderadas, o que inviabiliza suas possíveis aplicações por não apresentarem resistência térmica. Alguns deles são: CrF₅ e que₃[Cr (O₂)₄] (o O₂^2- é o ânion peróxido).

Por outro lado, o Cr⁴⁺ é relativamente mais estável, podendo sintetizar seus compostos halogenados: CrF₄, CrCl₄ e CrBr₄. No entanto, eles também são suscetíveis a serem decompostos por reações redox para produzir átomos de cromo com melhores números de oxidação (como +3 ou +6).

Cr (VI): o par cromato-dicromato

2 [CrO₄]^2- + 2H⁺ (Amarelo) => [Cr₂OU₇]^2- + H₂O (laranja)

A equação acima corresponde à dimerização ácida de dois íons cromato para produzir dicromato. A variação do pH provoca uma mudança nas interações em torno do centro metálico do Cr.⁶⁺, também evidente na cor da solução (de amarelo a laranja ou vice-versa). O dicromato consiste em uma ponte O₃Cr-O-CrO₃.

Os compostos Cr (VI) possuem as características de serem nocivos e até cancerígenos para o corpo humano e animais.

Como? Estudos afirmam que os íons CrO₄^2- eles atravessam as membranas celulares pela ação de proteínas transportadoras de sulfato (na verdade, os dois íons são semelhantes em tamanho).

Agentes redutores dentro das células reduzem Cr (VI) a Cr (III), que se acumula por coordenação irreversível em locais específicos nas macromoléculas (como o DNA).

Uma vez que a célula está contaminada por um excesso de cromo, ela não pode sair por falta de mecanismo que a transporta de volta pelas membranas.

Chromium usa

Como corante ou pigmentos

O cromo tem uma ampla gama de aplicações, desde corantes para diferentes tipos de tecidos, até protetores que embelezam peças metálicas no que é conhecido como cromagem, que pode ser feita com metal puro, ou com compostos de Cr (III) ou Cr (VI).

Fluoreto crômico (CrF₃), por exemplo, é usado como corante para tecidos de lã; sulfato crômico (Cr₂(SW₄)₃), é usado para colorir esmaltes, cerâmicas, tintas, tintas, vernizes e também para metais de cromo; e óxido crômico (Cr₂OU₃) também pode ser usado onde sua atraente cor verde é necessária.

Portanto, qualquer mineral de cromo com cores intensas pode estar destinado a manchar uma estrutura, mas depois surge o fato de esses compostos serem perigosos ou não para o meio ambiente ou para a saúde das pessoas.

Na verdade, suas propriedades venenosas são usadas para preservar a madeira e outras superfícies do ataque de insetos.

Em cromo ou metalurgia

Pequenas quantidades de cromo também são adicionadas ao aço para fortalecê-lo contra a oxidação e melhorar seu brilho. Isso porque é capaz de formar carbonetos acinzentados (Cr₃C₂) muito resistente ao reagir com o oxigênio do ar.

Como o cromo pode ser polido em superfícies brilhantes, o cromo apresenta designs e cores prateados como uma alternativa mais barata para esses fins.

Nutricional

Alguns discutem se o cromo pode ser considerado um elemento essencial, ou seja, indispensável na dieta diária. Está presente em alguns alimentos em concentrações muito pequenas, como folhas verdes e tomates.

Da mesma forma, existem suplementos proteicos que regulam a atividade da insulina e promovem o crescimento muscular, como é o caso do polinicotinato de cromo.

Onde está?

O cromo é encontrado em uma ampla variedade de minerais e pedras preciosas, como rubis e esmeraldas. O principal mineral do qual o cromo é extraído é a cromita (MCr₂OU₄), em que M pode ser qualquer outro metal ao qual o óxido de cromo está associado. Essas minas são abundantes na África do Sul, Índia, Turquia, Finlândia, Brasil e outros países.

Cada fonte possui uma ou mais variantes de cromita. Desta forma, para cada M (Fe, Mg, Mn, Zn, etc.) surge um mineral de cromo diferente.

Para extrair o metal é necessário reduzir o mineral, ou seja, fazer com que o centro do metal cromo ganhe elétrons pela ação de um agente redutor. Isso é feito com carbono ou alumínio:

FeCr₂OU₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Além disso, cromita (PbCrO₄).

Geralmente, em qualquer mineral onde o íon³⁺ pode substituir Al³⁺, ambos com raios iônicos ligeiramente semelhantes, constituem uma impureza que resulta em outra fonte natural deste metal surpreendente, mas prejudicial.

Referências

Tenenbaum E. Cromo. Retirado de: chemical.pomona.edu
Wikipedia. (2018). Cromo. Retirado de: en.wikipedia.org
Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 de abril de 2018). Qual é a diferença entre o Chrome e o Chromium? Retirado de: Thoughtco.com
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Saul 1. Shupack. (1991). The Chemistry of Chromium and Some Resulting Analytical Problems. Revisado por: ncbi.nlm.nih.gov
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