クロム(III)化合物。 クロムとその化合物 クロムサブグループの元素の簡単な特徴

クロムは、D.I. メンデレーエフの化学元素周期系の第 4 周期の第 6 族の側亜族の元素で、原子番号 24 です。記号 Cr (緯度クロム) で表されます。 クロム単体は青白色の硬い金属です。

クロムの化学的性質

通常の条件下では、クロムはフッ素とのみ反応します。 高温(600℃以上)では、酸素、ハロゲン、窒素、シリコン、ホウ素、硫黄、リンと相互作用します。

4Cr + 3O 2 – t° →2Cr 2 O 3

2Cr + 3Cl 2 – t° → 2CrCl 3

2Cr + N 2 – t° → 2CrN

2Cr + 3S – t° → Cr 2 S 3

加熱すると水蒸気と反応します。

2Cr + 3H 2 O → Cr 2 O 3 + 3H 2

クロムは希強酸 (HCl、H 2 SO 4) に溶解します。

空気が存在しない場合は Cr 2+ 塩が形成され、空気中では Cr 3+ 塩が形成されます。

Cr + 2HCl → CrCl 2 + H 2

2Cr + 6HCl + O 2 → 2CrCl 3 + 2H 2 O + H 2

金属の表面に保護酸化膜が存在することは、酸化剤である酸の濃縮溶液に対する不動態性を説明します。

クロム化合物

酸化クロム(II)および水酸化クロム(II)は本質的に塩基性です。

Cr(OH) 2 + 2HCl → CrCl 2 + 2H 2 O

クロム (II) 化合物は強力な還元剤です。 大気中の酸素の影響下でクロム(III)化合物に変化します。

2CrCl2 + 2HCl → 2CrCl3 + H2

4Cr(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O → 4Cr(OH) 3

酸化クロム(Ⅲ) Cr 2 O 3 は緑色の水不溶性粉末です。 水酸化クロム(III)、または重クロム酸カリウムおよびアンモニウムの焼成によって得られます。

2Cr(OH) 3 – t° → Cr 2 O 3 + 3H 2 O

4K 2 Cr 2 O 7 – t° → 2Cr 2 O 3 + 4K 2 CrO 4 + 3O 2

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 – t° → Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (火山反応)

両性酸化物。 Cr 2 O 3 をアルカリ、ソーダ、酸の塩と融合すると、酸化状態 (+3) のクロム化合物が得られます。

Cr 2 O 3 + 2NaOH → 2NaCrO 2 + H 2 O

Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaCrO 2 + CO 2

アルカリと酸化剤の混合物と融合すると、酸化状態 (+6) のクロム化合物が得られます。

Cr 2 O 3 + 4KOH + KClO 3 → 2K 2 CrO 4 + KCl + 2H 2 O

水酸化クロム(III)C r (オ) 3. 両性水酸化物。 灰緑色、加熱すると分解し、水分が抜けて緑色になる メタヒドロキシド CrO(OH)。 水には溶けません。 溶液から灰青色および青緑色の水和物として沈殿します。 酸およびアルカリと反応しますが、アンモニア水和物とは相互作用しません。

両性特性があり、酸にもアルカリにも溶けます。

2Cr(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O Cr(OH) 3 + ZH + = Cr 3+ + 3H 2 O

Cr(OH) 3 + KOH → K、Cr(OH) 3 + ZON - (濃) = [Cr(OH) 6 ] 3-

Cr(OH) 3 + KOH → KCrO 2 + 2H 2 O Cr(OH) 3 + MOH = MSrO 2 (緑色) + 2H 2 O (300 ~ 400 °C、M = Li、Na)

Cr(OH)3 →(120 ああ CH 2 ) CrO(OH) →(430-1000℃ –H 2 ) Cr2O3

2Cr(OH) 3 + 4NaOH (濃) + ZN 2 O 2 (濃) = 2Na 2 CrO 4 + 8H 2 0

レシート: クロム(III) 塩の溶液からのアンモニア水和物による沈殿:

Cr 3+ + 3(NH 3 H 2 O) = r(OH)3 ↓+ ЗNН 4+

Cr 2 (SO 4) 3 + 6NaOH → 2Cr(OH) 3 ↓+ 3Na 2 SO 4 (過剰なアルカリ中で - 沈殿物は溶解します)

クロム (III) 塩は、紫または濃い緑色をしています。 化学的性質は無色のアルミニウム塩に似ています。

Cr(III) 化合物は、酸化特性と還元特性の両方を示すことができます。

Zn + 2Cr +3 Cl 3 → 2Cr +2 Cl 2 + ZnCl 2

2Cr +3 Cl 3 + 16NaOH + 3Br 2 → 6NaBr + 6NaCl + 8H 2 O + 2Na 2 Cr +6 O 4

六価クロム化合物

酸化クロム(VI) CrO 3 - 明るい赤色の結晶で、水に溶けます。

クロム酸カリウム (または重クロム酸カリウム) と H 2 SO 4 (濃) から得られます。

K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → 2CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

CrO 3 は酸性酸化物であり、アルカリにより黄色のクロム酸塩 CrO 4 2- を形成します。

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

酸性環境では、クロム酸塩はオレンジ色の重クロム酸塩 Cr 2 O 7 2- に変わります。

2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O

アルカリ環境では、この反応は逆方向に進行します。

K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH → 2K 2 CrO 4 + H 2 O

重クロム酸カリウムは、酸性環境における酸化剤です。

K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3Na 2 SO 3 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 4H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3NaNO 2 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3NaNO 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6KI = Cr 2 (SO 4) 3 + 3I 2 + 4K 2 SO 4 + 7H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6FeSO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

クロム酸カリウムK2 Cr O4 . オキソソール。 黄色、非吸湿性。 分解せずに溶解し、熱的に安定です。 水に非常に溶けやすい( 黄色溶液の色は CrO 4 2- イオンに対応します)、アニオンをわずかに加水分解します。 酸性環境では K 2 Cr 2 O 7 に変わります。 酸化剤(K 2 Cr 2 O 7 より弱い)。 イオン交換反応に入ります。

定性的反応 CrO 4 2- イオン上 - クロム酸バリウムの黄色の沈殿物。強酸性環境では分解します。 布地を染色するための媒染剤、革のなめし剤、選択酸化剤、分析化学の試薬として使用されます。

最も重要な反応の方程式:

2K 2 CrO 4 +H 2 SO 4 (30%)= K 2 Cr 2 O 7 +K 2 SO 4 +H 2 O

2K 2 CrO 4 (t) +16HCl (濃度、水平線) = 2CrCl 3 +3Cl 2 +8H 2 O+4KCl

2K 2 CrO 4 +2H 2 O+3H 2 S=2Cr(OH) 3 ↓+3S↓+4KOH

2K 2 CrO 4 +8H 2 O+3K 2 S=2K[Cr(OH) 6 ]+3S↓+4KOH

2K 2 CrO 4 +2AgNO 3 =KNO 3 +Ag 2 CrO 4(赤色) ↓

定性的反応:

K 2 CrO 4 + BaCl 2 = 2KCl + BaCrO 4 ↓

2BaCrO 4 (t) + 2HCl (希釈) = BaCr 2 O 7 (p) + BaCl 2 + H 2 O

レシート: 空気中でのカリとクロマイトの焼結:

4(Сr 2 Fe ‖‖)O 4 + 8К 2 CO 3 + 7O 2 = 8К 2 СrO 4 + 2Fe 2 O 3 + 8СO 2 (1000 °С)

重クロム酸カリウム K 2 Cr 2 7 。 オキソソール。 技術名 クロムピーク。 オレンジがかった赤色、非吸湿性。 分解せずに溶解し、さらに加熱すると分解します。 水に非常に溶けやすい( オレンジ溶液の色は Cr 2 O 7 2- イオンに対応します。 アルカリ環境では K 2 CrO 4 を形成します。 溶液中および溶融中の典型的な酸化剤。 イオン交換反応に入ります。

定性的反応- H 2 O 2 の存在下でのエーテル溶液の青色、原子状水素の作用下での水溶液の青色。

革のなめし剤、布地を染色する媒染剤、火工品組成物の成分、分析化学の試薬、金属腐食防止剤として、H 2 SO 4 (濃) と混合して化学食器の洗浄に使用されます。

最も重要な反応の方程式:

4K 2 Cr 2 O 7 =4K 2 CrO 4 +2Cr 2 O 3 +3O 2 (500~600℃)

K 2 Cr 2 O 7 (t) +14HCl (濃) = 2CrCl 3 +3Cl 2 +7H 2 O+2KCl (沸騰)

K 2 Cr 2 O 7 (t) +2H 2 SO 4 (96%) ⇌2KHSO 4 +2CrO 3 +H 2 O (「クロム混合物」)

K 2 Cr 2 O 7 +KOH (濃) =H 2 O+2K 2 CrO 4

Cr 2 O 7 2- +14H + +6I - =2Cr 3+ +3I 2 ↓+7H 2 O

Cr 2 O 7 2- +2H + +3SO 2 (g) = 2Cr 3+ +3SO 4 2- +H 2 O

Cr 2 O 7 2- +H 2 O +3H 2 S (g) =3S↓+2OH - +2Cr 2 (OH) 3 ↓

Cr 2 O 7 2- (濃) +2Ag + (希釈) =Ag 2 Cr 2 O 7 (赤) ↓

Cr 2 O 7 2- (希釈) +H 2 O +Pb 2+ =2H + + 2PbCrO 4 (赤) ↓

K 2 Cr 2 O 7(t) +6HCl+8H 0 (Zn)=2CrCl 2(syn) +7H 2 O+2KCl

レシート: K 2 CrO 4 の硫酸による処理:

2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 (30%) = K2Cr 2 7 + K 2 SO 4 + H 2 O

水素化クロム

CrH(g)。 温度 100 ~ 6000 K における標準状態のガス状水素化クロムの熱力学特性を表に示します。 CrH.

3600 – 3700 Å のバンドに加えて、スペクトルの紫外領域で CrH の別の弱いバンドが検出されました [55KLE/LIL、73SMI]。 バンドは 3290 Å の領域にあり、複雑な構造のエッジを持っています。 このバンドはまだ分析されていません。

最も研究されているのは、CrH バンドの赤外線システムです。 このシステムは遷移 A 6 Σ + - X 6 Σ + に対応し、0-0 バンドのエッジは 8611 Å に位置します。 このシステムは、[55KLE/LIL、59KLE/UHL、67O’C、93RAM/JAR2、95RAM/BER2、2001BAU/RAM、2005SHI/BRU、2006CHO/MER、2007CHE/STE、2007CHE/BAK]で研究されました。 研究 [55KLE/LIL] では、エッジに沿った振動構造の解析が実行されました。 [59KLE/UHL] では、0-0 および 0-1 バンドの回転構造が分析され、遷移のタイプ 6 Σ - 6 Σ が確立されました。 [ 67O'C ] では、CrD の 1-0 および 1-1 バンドの回転解析と 0-0 バンドの回転解析を実行しました。 [93RAM/JAR2]では、フーリエ分光計を用いて得られた高分解能スペクトルにおいて、0-0バンドのラインの位置が精密化され、上部と下部の回転定数や微細構造定数のより正確な値が得られました。状態が得られました。 A 6 Σ + 状態における摂動の解析により、摂動状態はエネルギーT 00 =11186cm -1 および回転定数B 0 =6.10cm -1 を有する4 Σ + であることが示された。 [95RAM/BER2] および [2001BAU/RAM] では、CrD 分子 [95RAM/BER2] および 1-0 および 1 のバンド 0-1、0-0、1-0、および 1-2 の回転構造は、フーリエ分光計を使用して取得および分析 -1 分子 CrH [2001BAU/RAM]。 [2005SHI/BRU] では、A 6 Σ + 状態の v = 0 および 1 準位の寿命は、共鳴二光子イオン化の方法と、A 6 Σ + 状態の 0-0 バンドの線の波数によって決定されました。 50 CrH アイソトポマーが測定されました。 [2006CHO/MER] では、1-0 CrH バンドの最初の線 (N ≤ 7) の波数がレーザー励起スペクトルで測定されました。 状態 A 6 Σ + (v=1) の回転レベルの観測された摂動は、状態 a 4 Σ + (v=1) および B 6 Π(v=0) に起因すると考えられます。 [2007CHE/STE] では、0-0 CrD バンドの最初の数ラインの一定電場におけるシフトと分裂がレーザー励起スペクトルで測定され、状態 X 6 Σ + (v=0) の双極子モーメントが測定されました。 )およびA 6 Σ + (v=0)が決定された)。 [2007CHE/BAK] では、0-0 および 1-0 CrH バンドの最初の回転線のゼーマン分割がレーザー励起スペクトルで研究されました。 赤外線 CrH システムは、太陽 [ 80ENG/WOH ]、S 型星 [ 80LIN/OLO ]、褐色矮星 [ 99KIR/ALL ] のスペクトルで確認されています。

CrH と CrD の基底電子状態の振動遷移が [79VAN/DEV, 91LIP/BAC, 2003WAN/AND2] で観察されました。 [79VAN/DEV] では、4 K での Ar マトリックスの 1548 および 1112 cm -1 の吸収周波数が CrH および CrD 分子に割り当てられています。 [91LIP/BAC]では、レーザー磁気共鳴を用いてCrH分子の振動遷移1-0および2-1の回転線を測定し、基底状態の振動定数を求めた。 [2003WAN/AND2] では、[91LIP/BAC] からのデータを考慮して、CrH および CrD 分子に Ar マトリックスでの吸収周波数 1603.3 および 1158.7 cm-1 が割り当てられています。

CrH および CrD の基底状態の回転遷移が [91COR/BRO、93BRO/BEA、2004HAL/ZIU、2006HAR/BRO] で観察されました。 [91COR/BRO] では、5 つの下部回転遷移に関連する約 500 個のレーザー磁気共鳴が測定され、回転エネルギー、振動レベル v=0 における回転レベルの微細分割および超微細分割を記述する一連のパラメータが取得されました。基底状態。 作品 [93BRO/BEA] は、回転遷移 N = 1←0 の 6 つの成分の洗練された周波数を示しています。 [2004HAL/ZIU] では、N = 1←0 CrH 転移の成分と N = 2←1 CrD 転移の成分がサブミリ波吸収スペクトルで直接測定されました。 N = 1←0 CrH 遷移の成分は、[2006HAR/BRO] で再測定されました (信号対雑音比が向上しました)。 これらの測定データは、[91COR/BRO] および [91LIP/BAC] の測定データとともに [2006HAR/BRO] で処理され、CrH の基底状態に対する平衡定数を含む現在の最良の定数セットは次のとおりです。得られた。

Ar マトリックス中の CrH 分子の EPR スペクトルは [79VAN/DEV、85VAN/BAU] で研究されました。 分子の基底状態は 6 Σ であることが確認されました。

CrH - および CrD - アニオンの光電子スペクトルは [87MIL/FEI] で取得されました。 著者らの解釈によれば、スペクトルはアニオンの基底状態および励起状態から中性分子の基底状態および A 6 Σ + 状態への遷移を示しています。 スペクトル内のいくつかのピークは割り当てられませんでした。 CrD の基底状態の振動周波数は約 1240 cm -1 であると測定されました。

CRH の量子力学的計算は研究の中で行われています [81Das、82Gro/Wah、83wal/Bau、86cho/Lan、93DAI/BAL、96FUJ/IWA、97BAR/ADA、2001BAU/RAM、2003ROO、2004GHI/ROO、2006FUR/ PER、2006KOSOS /MAT、2007JEN/ROO、2008GOE/MAS]。 励起電子状態のエネルギーは [93DAI/BAL, 2001BAU/RAM, 2003ROO, 2004GHI/ROO, 2006KOS/MAT, 2008GOE/MAS] で計算されました。

励起状態のエネルギーは実験データ [93RAM/JAR2] に従って与えられます ( ある 4 Σ +)、[ 2001BAU/RAM ] ( 6 Σ +)、[ 2006CHO/MER ] ( B 6Π)、[ 84ヒュー/ガー ] ( D(6 Π)) と計算結果から推定 [93DAI/BAL, 2006KOS/MAT] ( b 4Π、 c 4 Δ)、[ 93DAI/BAL、2003ROO、2004GHI/ROO、2006KOS/MAT ] ( C 6 Δ)。

CrH の励起状態の振動定数と回転定数は熱力学関数の計算には使用されず、参考のために表 Cr.D1 に示されています。 状態について 6 Σ + 実験定数を与える [2001BAU/RAM]、回転定数 ある 4 Σ + は [93RAM/JAR2] に従って与えられます。 他の州の場合、w e と r計算結果に従って平均化された e [93DAI/BAL] ( B 6Π、 C 6Δ、 b 4Π、 c 4 Δ)、[2003ROO] ( C 6 Δ)、[ 2004GHI/ROO ] ( B 6Π、 C 6Δ、 D(6 Π))、[ 2006KOS/MAT ] ( B 6Π、 C 6 Δ)。

合成状態の統計的重みは、Cr + H - イオン モデルを使用して推定されます。 彼らは、Cr + イオンの統計的項重みと 40,000 cm -1 未満の配位子場の推定エネルギーを組み合わせています。 配位子場の項のエネルギーは、1 つの配置の項の相対位置が配位子場と自由イオンで同じであるという仮定に基づいて推定されました。 リガンド場における自由イオンの配置のシフトは、実験的に観察および計算された分子の電子状態の解釈 (イオンモデルの枠組み内での) に基づいて決定されました。 したがって、基底状態 X 6 Σ + は、配置 3d 5 の項 6 S と、状態 A 6 Σ +、B 6 Π、C 6 Δ および 4 Σ +、4 Π、4 Δ – に対応します。項 6 D と 4 D 構成 4s 1 3d 4 の分割のコンポーネントに。 D(6 Π) 状態は 4p 1 3d 4 構成に割り当てられます。 自由イオンの項のエネルギーは [71MOO] で与えられます。 リガンドフィールドでの用語の分割は考慮されていません。

熱力学関数 CrH(g) は、式 (1.3) ~ (1.6)、(1.9)、(1.10)、(1.93) ~ (1.95) を使用して計算されました。 価値観 Q 整数そしてその導関数は、次の仮定の下で 11 の励起状態を考慮して、方程式 (1.90) ~ (1.92) を使用して計算されました。 Q kol.vr ( ) = (p i /p X)Q kol.vr ( バツ)。 X 6 Σ + 状態の振動回転分配関数とその導関数は、方程式 K ‑1 × mol ‑1 を使用して計算されました。

H o (298.15 K)- H o (0) = 8.670 ± 0.021 kJ× mol ‑1

計算された CrH(g) の熱力学関数の主な誤差は、計算方法に起因します。 T = 298.15、1000、3000、6000 K における Φ°(T) の値の誤差は、それぞれ 0.07、0.2、0.7、1.7 J × K ‑1 × mol ‑1 と推定されます。

CrH(g) の熱力学的関数はこれまでに発表されていません。

CrH(g)の熱化学値。

反応の平衡定数 CrH(g)=Cr(g)+H(g) は、解離エネルギーの許容値から計算されました。

D° 0 (CrH) = 184 ± 10 kJ× mol -1 = 15380 ± 840 cm -1。

許容値は、2 つのガス不均一分解反応のエネルギーの測定結果に基づいています。すなわち、CrH = Cr - + H + (1)、ΔE(1) = 1420 ± 13 kJ × mol -1、イオン サイクロトロン共鳴法です。 [85SAL/LAN] および CrH = Cr + + H - (2)、ΔE(2) = 767.1 ± 6.8 kJ× mol -1、Cr + と多数のアミンの相互作用の反応の閾値エネルギーの決定 [93CHE/クレ】。 これらの値とこの出版物で受け入れられている値の組み合わせ EA(H) = -72.770 ± 0.002 kJ× mol -1、IP(H) = 1312.049 ± 0.001 kJ× mol -1、IP(Cr ) = 652.869 ± 0.004 kJ× mol - 1、および [85HOT/LIN] で指定された値 EA(Cr) = -64.3 ± 1.2 kJ× mol -1 を使用すると、次の値が得られます。 D° 0 (CrН) = 172.3 ± 13 および D° 0 (CrH) = 187.0 ± 7 kJ× mol -1 (ワーク [85SAL/LAN、93CHE/CLE]) それぞれ。 得られた値は合理的に一致しています。 加重平均は 184 ± 6 kJ× mol‑1 です。 この出版物ではこの意味が採用されています。 引用された著作物の結果を特定の温度に確実に帰することが難しいため、誤差はわずかに増加します。 平衡条件下で CrH 分子を検出する試み (クヌーセン質量分析法、[81KAN/MOO]) は失敗しました。 [81KAN/MOO] で与えられる比率 D° 0 (CrН) ≤ 188 kJ× mol‑1 は推奨事項に矛盾しません。

受け入れられる値は次の値に対応します。

Δf H°(CrH, g, 0 K) = 426.388 ± 10.2 kJ mol -1 および

Δf H°(CrH、g、298.15 K) = 426.774 ± 10.2 kJ mol -1 。

意味

クロム- 周期表の 24 番目の元素。 名称 - Cr はラテン語の「クロム」に由来します。 第4期VIBグループに位置。 金属を指します。 核電荷は24です。

クロムは地殻中に0.02%(質量)含まれています。 自然界では主にクロム鉄鉱石FeO×Cr 2 O 3 の形で存在します。

クロムは硬く光沢のある金属であり (図 1)、1890℃で溶けます。 その密度は 7.19 g/cm 3 です。 室温では、クロムは水にも空気にも耐性があります。 希硫酸と希塩酸はクロムを溶解し、水素を放出します。 クロムは冷濃硝酸に溶けず、処理後は不活性になります。

米。 1.クロム。 外観。

クロムの原子および分子量

意味

物質の相対分子量(M r) は、特定の分子の質量が炭素原子の質量の 1/12 よりも何倍大きいかを示す数値であり、 元素の相対原子量(A r) - 化学元素の原子の平均質量が炭素原子の質量の 1/12 より大きいかどうか。

遊離状態ではクロムは単原子Cr分子の形で存在するため、その原子質量と分子質量の値は一致します。 それらは 51.9962 に等しくなります。

クロムの同位体

自然界では、クロムは 4 つの安定同位体 50 Cr、52 Cr、53 Cr、および 54 Cr の形で存在することが知られています。 それらの質量数はそれぞれ 50、52、53、54 です。 クロム同位体 50 Cr の原子核には 24 個の陽子と 26 個の中性子が含まれており、残りの同位体は中性子の数が異なるだけです。

クロムには質量数 42 ~ 67 の人工同位体があり、その中で最も安定しているのは半減期 42.3 分の 59 Cr と 1 つの核同位体です。

クロムイオン

クロム原子の外側のエネルギー準位には、価数である 6 つの電子があります。

1秒 2 2秒 2 2p 6 3秒 2 3p 6 3d 5 4秒 1 。

化学的相互作用の結果、クロムはその価電子を放棄します。 はそれらのドナーであり、正に荷電したイオンに変わります。

Cr 0 -2e → Cr 2+ ;

Cr 0 -3e → Cr 3+ ;

Cr 0 -6e → Cr 6+ 。

クロムの分子と原子

遊離状態では、クロムは単原子 Cr 分子の形で存在します。 クロム原子と分子を特徴づけるいくつかの特性を次に示します。

クロム合金

クロム金属は、クロムめっきに使用され、合金鋼の最も重要な成分の 1 つとして使用されます。 鋼にクロムを導入すると、常温の水環境と高温のガス環境の両方での耐腐食性が向上します。 さらに、クロム鋼は硬度が高くなります。 クロムはステンレスの耐酸性および耐熱性鋼の一部です。

問題解決の例

例 1

例 2

エクササイズ 2gの酸化クロム(VI)を500gの水に溶解し、得られた溶液中のクロム酸H 2 CrO 4 の質量分率を計算する。
解決 酸化クロム (VI) からクロム酸を生成する反応式を書いてみましょう。

CrO 3 + H 2 O = H 2 CrO 4。

溶液の質量を求めてみましょう。

m 溶液 = m(CrO 3) + m (H 2 O) = 2 + 500 = 502 g。

n (CrO 3 ) = m (CrO 3 ) / M (CrO 3 );

n (CrO 3 ) = 2 / 100 = 0.02 mol.

反応式によれば、n(CrO 3) : n(H 2 CrO 4) = 1:1、つまり

n(CrO 3 ) = n(H 2 CrO 4 ) = 0.02 mol.

この場合、クロム酸の質量は等しくなります(モル質量 - 118 g/mol)。

m (H 2 CrO 4 ) = n (H 2 CrO 4 ) × M (H 2 CrO 4 );

m (H 2 CrO 4 ) = 0.02 × 118 = 2.36 g。

溶液中のクロム酸の質量分率は次のとおりです。

ω = m 溶質 / m 溶液 × 100%;

ω (H 2 CrO 4) = m 溶質 (H 2 CrO 4) / m 溶液 × 100%;

ω (H 2 CrO 4 ) = 2.36 / 502 × 100% = 0.47%。

答え クロム酸の質量分率は0.47%です。
  • 名称 - Cr (クロム);
  • 期間 - IV;
  • グループ - 6 (VIb);
  • 原子量 - 51.9961;
  • 原子番号 - 24;
  • 原子半径 = 130pm;
  • 共有結合半径 = 118 pm;
  • 電子分布 - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 ;
  • 融解温度 = 1857°C;
  • 沸点 = 2672℃;
  • 電気陰性度 (Pauling による/Alpred および Rochow による) = 1.66/1.56。
  • 酸化状態: +6、+3、+2、0;
  • 密度 (号) = 7.19 g/cm3;
  • モル体積 = 7.23 cm 3 /mol。

クロム(色、塗料)はベレゾフスキー金鉱床(中部ウラル)で最初に発見され、最初の言及は1763年に遡ります。M.V.ロモノーソフは著書「冶金の最初の基礎」の中でそれを「赤色鉛鉱石」と呼んでいます。


米。 クロム原子の構造.

クロム原子の電子配置は、1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 です (原子の電子構造を参照)。 他の元素との化学結合の形成には、外側の 4s 準位にある 1 つの電子 + 3d サブ準位の 5 つの電子 (合計 6 電子) が関与する可能性があるため、化合物中でクロムは +6 から +1 (最も多い) の酸化状態を取ることができます。一般的なものは +6 、 +3 、 +2 です)。 クロムは化学的に不活性な金属であり、高温でのみ単体物質と反応します。

クロムの物理的特性:

  • 青みがかった白色の金属。
  • 非常に硬い金属(不純物の存在下)。
  • nの場合は壊れやすい。 y;
  • プラスチック(純粋な形)。

クロムの化学的性質

  • t=300°C で酸素と反応します:
    4Cr + 3O 2 = 2Cr 2 O 3;
  • t>300℃でハロゲンと反応し、ハロゲン化物の混合物を形成します。
  • t>400°C で硫黄と反応して硫化物を形成します。
    Cr + S = CrS;
  • t=1000°C で、細かく粉砕されたクロムは窒素と反応し、窒化クロム (化学的安定性の高い半導体) を形成します。
    2Cr + N 2 = 2CrN;
  • 希塩酸および希硫酸と反応して水素を放出します。
    Cr + 2HCl = CrCl 2 + H 2;
    Cr + H 2 SO 4 = CrSO 4 + H 2;
  • 温かい濃硝酸と硫酸はクロムを溶解します。

濃硫酸と濃硝酸を使用。 クロムは反応せず、またクロムも王水に溶解しません。注目すべきことに、純粋なクロムは希硫酸でも反応しません。この現象の理由はまだ確立されていません。 濃硝酸中で長期保管すると、クロムは非常に緻密な酸化膜 (不動態化) で覆われ、希酸と反応しなくなります。

クロム化合物

クロムの「好ましい」酸化状態は +2 (CrO、Cr(OH) 2)、+3 (Cr 2 O 3、Cr(OH) 3)、+6 (CrO 3、H 2) であることはすでに述べました。 CrO 4 )。

クロムは 発色団、つまり、それが含まれる物質に色を与える元素。 たとえば、酸化状態 +3 では、クロムは赤紫または緑の色 (ルビー、スピネル、エメラルド、ガーネット) を与えます。 酸化状態+6 - 黄オレンジ色(クロコアイト)。

クロムに加えて、発色団には鉄、ニッケル、チタン、バナジウム、マンガン、コバルト、銅も含まれます。これらはすべて d 元素です。

クロムを含む一般的な化合物の色:

  • 酸化状態 +2 のクロム:
    • 酸化クロム CrO - 赤;
    • フッ化クロム CrF 2 - 青緑色。
    • 塩化クロム CrCl 2 - 無色。
    • 臭化クロム CrBr 2 - 無色。
    • ヨウ化クロム CrI 2 - 赤茶色。
  • 酸化状態 +3 のクロム:
    • Cr 2 O 3 - 緑色。
    • CrF 3 - 薄緑色。
    • CrCl 3 - 紫がかった赤色。
    • CrBr 3 - 濃い緑色。
    • CrI 3 - 黒。
  • 酸化状態 +6 のクロム:
    • CrO 3 - 赤;
    • クロム酸カリウム K 2 CrO 4 - レモンイエロー。
    • クロム酸アンモニウム (NH 4) 2 CrO 4 - 黄金色。
    • クロム酸カルシウム CaCrO 4 - 黄色;
    • クロム酸鉛 PbCrO 4 - 明るい茶色がかった黄色。

酸化クロム:

  • Cr +2 O - 塩基性酸化物。
  • Cr 2 +3 O 3 - 両性酸化物。
  • Cr +6 O 3 - 酸性酸化物。

水酸化クロム:

  • ".

    クロムの応用

    • 耐熱性および耐食性合金の製錬における合金添加剤として。
    • 金属製品に高い耐食性、耐摩耗性、美しい外観を与えるためのクロムメッキ。
    • クロム 30 およびクロム 90 合金は、プラズマ トーチ ノズルや航空産業で使用されています。

クロム (III) (d3)。

クロム(III)錯化合物の一般的特徴

+3 の酸化状態はクロムの最も特徴的なものです。 この状態は、多数の速度論的に安定した複合体によって特徴付けられます。 まさにこの速度論的不活性のおかげで、溶液中で長期間変化せずに残る多数のクロム錯体化合物を固体状態で単離することができました。

3 つの不対電子の存在によって Cr(III) 化合物の常磁性が決まり、そのほとんどは濃い色をしています。 複合体の着色。複合体の着色 d-元素は 1 からの電子遷移に関連付けられています。 d-他のものへの軌道。 多数の電子を含む錯体の場合、スペクトル像はより複雑になり、追加のバンドが表示されます。 これは、励起状態がいくつかの方法で実現できるという事実によるものです。 d-軌道には電子が含まれています。 電子スペクトルをより詳細に説明するには、いくつかの概念を導入する必要があります。 サブレベルにおける電子の配置はマイクロステートと呼ばれます。 各マイクロステートは、独自のスピンと角運動量の値によって特徴付けられます。 同一のエネルギーを持つ一連の微小状態をと呼びます。 学期。 複合体の着色に加えて d-dあるものからの移行 d-軌道から別の軌道へ(から t 2g - の上 e g - 八面体錯体では) は、さらに 3 つの要因によって決定されます。配位子軌道から金属軌道への遷移、錯体と溶媒の相互作用、および配位子軌道内での遷移です。

多くの三価クロム錯体が文献に記載されている。 例外なくすべての錯体において、Cr III の配位数 (CN) は 6 です。

複雑な化合物を形成する三価クロムの顕著な能力は、そのさまざまな複雑なアンモニア付加生成物に特にはっきりと現れています。

クロム (III) イオンは、配位番号 6 に従って 6 つのアンモニア分子と配位結合できます。 この場合、アンモニア分子は帯電していないため、中心原子として現れるクロムの電荷と一致した錯イオン3+が形成される。

アンモニア分子の結合が強いため、3+ 錯体を含む化合物が水に溶解しても、錯体はすぐには崩壊せず、溶液中にイオンとして存在し、アンモニアは徐々に水分子に置き換えられます。

3+ 3+ 3+ 3+

塩酸溶液中のクロム(III)ヘキサアクアイオンの経時的挙動の研究により、Cr 3+ -H 2 O-Cl - Cr-H 2 O-Cl系の平衡が三価の水和物を含む溶液の記号であることが証明されました。クロムイオンと塩化物イオン。 設置には約3.5ヶ月かかります。

これらのソリューションにおける複雑化は、時間の経過とともに段階的に進行します。

溶液の吸収スペクトルは、塩酸と比較して最も濃度の高い溶液であっても、 12n) 錯体形成は第 3 段階で終了します。

したがって、錯体の配位圏への塩素イオンの導入反応は非常にゆっくりと進行します。錯体の形成中に発生するイオン。 混合錯体の不活性度は、錯体の配位圏内の塩素イオンの数が増加するにつれて減少します。

トランス-およびシス-ジクロロジエチレンジアンミン塩化クロムの水和プロセス:

2+ ] 3+ +Cl -

ヒドロキシルは、プロトンの引き抜きの結果として、内部配位球に含まれる水分子から形成されます。 内部配位圏におけるヒドロキシル形成の確率は、pH が増加すると増加し、pH が減少すると減少します。 したがって、酸を添加すると、内部配位圏におけるヒドロキシル形成の確率が低下し、その結果、内部配位圏に水分子を含む酸錯体の水和プロセスが遅くなります。 内部配位圏に水分子が存在しない場合、この種の pH 値の影響は排除されます。

アシドクロム錯体の水和プロセスに対する Cr 2+ イオンの影響は、非常に広く研究されています。 Cr 2+ イオンが、研究されたアシドクロム錯体の水和プロセスを触媒することが判明した。

たとえば、塩化トランス-ジクロロジアミノクロムの水和の触媒プロセスは次のように進行します。 おそらく、触媒は、塩素イオンを介して Cr 2+ 原子と Cr 3+ 原子の間の結合が起こる中間錯体を形成します。

トランス - + + 2+ 3+ 。

電子移動後、複合体の崩壊が起こる可能性があります。 最も可能性の高い崩壊は Cr II - Cl 結合に沿ったものです。

3+ > + + 2+ ,

Cr II の空の配位部位は水分子によって占められていました。

内部球内の一部のリガンドが他のリガンドに置き換わると、多くの場合、複合体の色の明らかな変化が伴います。

3+ イオンは、可視スペクトルの赤と青の部分、および近紫外領域の光を吸収するため、2 つの補色の重ね合わせによって生じる紫色になります。

組成 3- の多くの既知の複合アニオンがあり、X は F-、Cl-、NCS-、CN- タイプの単座配位子、またはシュウ酸塩 (C 2 O 4 2-) などの多座アニオンの一部です。 もちろん、多くの混合アシドアミノ複合体とアシドアコ複合体が存在します。

それらはリガンドとして機能することができるので、いくつかの分類を行ってみましょう。 N.H. 3 、CH 3 N.H. 2 ,py; ハル - 、N.C.S. - 、CN - 、いいえ 3 - おお - :

1) 3+ , 3+ , 3+ , 3+ , 3+ , 3+

2) 2+ , 2+ , 2+ , 2+ , 2+

3) + , + , + , +

4) , ,

5) - , -

6) 2-

すべてのシリーズにモノアンミン化合物は存在せず、モノアンミン化合物だけが存在しないことに注意することが重要です。これは、モノアンミン化合物が存在できないことによって示される、ある種のパターンの存在を示しています。

非常に興味深いのは、+ - タイプの接続です。 第1のタイプの化合物のうち、主にエチレンジアミン化合物が知られている。 それらは、同じ化学構造を持つ分子の空間配置の違いの結果として生じる異性(立体異性)という現象が観察されるため、興味深いものです。 このタイプの異性体は次のように分類されます。 エナンチオマー(光学異性)とジアステレオマー.

エナンチオマー (光学異性体、ミラー異性体) は、光学対掌体のペアです。反対の符号と光の偏光面の同一回転を特徴とする物質であり、他のすべての物理的および化学的特性 (他の光学活性物質との反応および物理的特性を除く) と同一です。キラル環境において)。

ジアステレオマー 光学対掌体のペアを形成しない空間異性体のあらゆる組み合わせを数えます。

キラリティー(分子キラリティー) -- 化学において、三次元空間における回転と変位のいかなる組み合わせによってもその鏡像と両立しない分子の性質。中心原子の周りに複雑に結合したグループ A と B が八面体に配置されているため、一般式は 2 つの形式で存在できます ( 図3を参照)

エチレンジアミン化合物の場合、トランス化合物とは対照的に、シス化合物は 2 つの光学活性体の混合物であるという点にも違いがあります。友人にとっては、鏡像の対象のように、互いに関連する 2 つのシス型である可能性があります。


2 番目のタイプの化合物の検討に移りますが、この錯体には 4 つの負の等価物が含まれているため、これは陰イオンであり、金属と塩を形成することを強調しなければなりません。 このクラスに属するよく知られた化合物は、いわゆる ライネッケの塩 N.H. 4 CH 2 ああ、ライネッケ塩のアニオンは、有機および無機の両方の大きなカチオンの沈殿によく使用されます。ライネッケ塩は、銅の定量測定に使用するのに便利です。これは、ライネッケ塩は、他の金属を除去することなく銅の形で容易に沈殿させることができるためです。溶液(Ag、Hg、Tlを除く)。 ライネッケ塩との反応は、銅の非常に高感度な定性テストとしても機能します。



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