TLENEK CHROMU (III): BUDOWA, NAZEWNICTWO, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Chromu (III) lub tlenek chromowy jest nieorganiczny zielone ciało stałe, spalanie metaliczny chrom (Cr), tlen (O ₂ ) opuszcza stan utlenienia chromu 3+. Jego wzór chemiczny to Cr ₂ O ₃ . W naturze występuje w minerale Eskolaite. Nie są znane żadne użyteczne naturalne złoża tlenku chromu (III).

Środek ten można wytwarzać między innymi przez ogrzewanie Kr ₂ O ₃ hydrat (Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O) do całkowitego usunięcia wody. Otrzymywany jest również jako produkt kalcynacji tlenku chromu (VI) (CrO ₃ ).

Pigment z tlenku chromu (III). FK1954. Źródło: Wikipedia Commons

Jednak najlepszym sposobem uzyskania jej czystości jest rozkład dwuchromianu amonu (NH ₄ ) ₂ Cr ₂ O ₇ w temperaturze 200 ºC. W przemyśle jest produkowany poprzez redukcję stałego dwuchromianu sodu (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) siarką.

Kiedy jest drobno podzielony, ma jasnozielony kolor z żółtawym odcieniem. Ale jeśli cząsteczki są większe, ma niebieskawy odcień. Tlenek chromu jest najbardziej stabilnym znanym zielonym pigmentem. Dzięki odporności termicznej i chemicznej jest cennym barwnikiem ceramicznym.

Znajduje zastosowanie m.in. w powłokach przemysłowych, lakierach, w budownictwie, jubilerstwie, jako barwnik w kosmetykach czy w produktach farmaceutycznych.

Struktura

Tlenek α-Cr ₂ O ₃ ma strukturę podobną do korundu. Jego system kryształów jest sześciokątny romboedryczny. Jest izomorficzny z α-tlenkiem glinu i α-Fe ₂ O ₃ .

Eskolait, naturalny minerał tlenku chromu (III), ma strukturę pokazaną poniżej:

Krystaliczna struktura minerału Eskolaíta. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Eskolaite_structure.jpg. Źródło: Wikipedia Commons

Nomenklatura

- Tlenek chromu (III).

- Zielony tlenek chromu.

- Trójtlenek dichromu.

- Sesquioxide chromu.

- Chromia.

- Eskolaíta: mineralny tlenek chromu (III).

- Wodzian: Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O (gdzie n ≅ 2) nazywany jest hydratem tlenku chromu (III) lub zielenią Guignet.

Wodzian tlenku chromu (III). W. Oelen. Źródło: Wikipedia Commons

Nieruchomości

Stan fizyczny

Krystaliczne ciało stałe.

Twardość Mohsa

9 (jego kryształy są niezwykle twarde).

Waga molekularna

151,99 g / mol.

Temperatura topnienia

Topi się w 2435ºC, ale zaczyna parować w 2000ºC, tworząc chmury zielonego dymu.

Gęstość

5,22 g / cm ³

Rozpuszczalność

Po podgrzaniu do wysokich temperatur jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie (3 mikrogramy / L w 20ºC); nierozpuszczalny w alkoholach i acetonie; słabo rozpuszczalny w kwasach i zasadach; sRozpuszczalny w 70% kwasie nadchlorowym (HClO ₄ ), w którym ulega rozkładowi.

pH

6.

Współczynnik załamania światła

2,551.

Inne właściwości

- Jeśli jest mocno kalcynowany, staje się obojętny na kwasy i zasady. Inaczej Kr ₂ O ₃ a jego hydrat Kr ₂ O ₃ .nH ₂ O amfoteryczny, łatwo rozpuszcza się, w obecności kwasu z wytworzeniem ³⁺ Aqua jony , a w stężonym alkaliów do postaci „chromitów”.

- Po wypaleniu jest odporny chemicznie na kwasy, zasady i wysokie temperatury. Jest wyjątkowo stabilny w stosunku do SO ₂ .

- Charakteryzuje się wyjątkową odpornością na światło dzięki temu, że jego kryształy mają nieprzezroczystość, wysokie tłumienie UV i przezroczystość dla światła widzialnego.

- Jest to niezwykle twardy materiał, może zarysować kwarc, topaz i cyrkon.

- Jego hydrat Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O (gdzie n ≅ 2) nie ma stabilności termicznej, jego woda hydratacyjna ogranicza jej zastosowanie poniżej 260 ºC. Ma niską zdolność barwienia i ograniczony zakres odcieni.

- Ale wspomniany hydrat ma bardzo czysty i jasny niebiesko-zielony odcień. Jest półprzezroczysty, charakteryzuje się niską nieprzezroczystością, doskonałą odpornością na światło i zasady.

- Cr ₂ O ₃ nie _jest klasyfikowany jako materiał niebezpieczny i jest uważany za obojętny drobny proszek. Nie podlega międzynarodowym przepisom transportowym.

- Nie podrażnia skóry ani błon śluzowych.

Aplikacje

W przemyśle ceramicznym i szklarskim

Ze względu na wysoką odporność na ciepło i chemikalia kalcynowany Cr ₂ O ₃ jest stosowany jako barwnik lub pigment szklisty w produkcji ceramiki, emalii porcelanowych i mieszanek szklanych.

W powłokach przemysłowych

Ceramika z tlenku chromu (III) zapewnia doskonałą odporność na większość środowisk korozyjnych. Wszystko to poprzez mechanizm wykluczania podłoża z otaczającego go środowiska.

Z tego powodu jest stosowany w powłokach zapobiegających korozji wielu materiałów, nakładany metodą natryskiwania termicznego (atomizacja lub natrysk na gorąco).

Służy również jako ochrona przed zużyciem ściernym (gdy usuwanie materiału jest spowodowane przez cząsteczki poruszające się po powierzchni).

W takich przypadkach nałożenie powłoki Cr ₂ O ₃ metodą osadzania plazmowego generuje dużą odporność na ścieranie.

Dwa poprzednie przypadki są przydatne na przykład w silnikach z turbiną gazową w przemyśle lotniczym.

W przemyśle materiałów ogniotrwałych

Stosowany jest do produkcji cegieł odpornych termicznie i chemicznie, materiałów okładzinowych oraz betonu ogniotrwałego na bazie tlenku glinu.

W budowie

Ponieważ jest niezwykle odporny na warunki atmosferyczne, światło i ciepło, jest stosowany jako barwnik granulowany skał do dachów asfaltowych, cementu betonowego, wysokiej jakości powłok przemysłowych na zewnątrz, konstrukcji stalowych i powłok elewacyjnych (farby emulgujące).

Jako pigment w różnych zastosowaniach

Potrafi wytrzymać warunki wulkanizacji i nie ulega degradacji, dlatego znajduje zastosowanie przy pigmentacji kauczuków.

Ze względu na nietoksyczność stosowany jest jako pigment do zabawek, kosmetyków (zwłaszcza jego hydratu), tworzyw sztucznych, farb drukarskich, farb mających kontakt z żywnością i produktami farmaceutycznymi.

W przemyśle pigmentowym jest stosowany jako surowiec do produkcji barwników penetrujących zawierających chrom oraz pigmentów na bazie mieszanych faz tlenków metali. Jest również używany jako barwnik do malowania cewek.

Jego hydrat ma przezroczystość, która umożliwia formułowanie polichromowanych wykończeń w przemyśle motoryzacyjnym (metaliczne wykończenia samochodów).

Ze względu na swoją unikalną właściwość odbijania promieniowania podczerwonego (IR) w podobny sposób jak chlorofil u roślin, w świetle podczerwonym wygląda jak liście. Z tego powodu jest szeroko stosowany w farbach lub powłokach kamuflażowych do zastosowań wojskowych.

W biżuterii

Jest używany jako barwnik do syntetycznych klejnotów. Gdy Cr ₂ O ₃ wprowadza się jako zanieczyszczenie do sieci krystalicznej α-Al ₂ O ₃ , tak jak w przypadku rubinu mineralnego półszlachetnego, kolor jest czerwony zamiast zielonego.

Jest również używany jako środek do szlifowania i polerowania ze względu na wysoką twardość i właściwości ścierne.

W katalizie reakcji chemicznych

Osadzony na tlenku glinu (Al ₂ O ₃ ) lub innych tlenkach, jest stosowany w chemii organicznej jako katalizator, na przykład przy uwodornianiu estrów lub aldehydów do alkoholi oraz przy cyklizacji węglowodorów. Katalizuje reakcję azotu (N ₂ ) z wodorem (H ₂ ) do amoniaku (NH ₃ ).

Ze względu na swoją zdolność redukcji tlenków, współdziałając z tlenkiem chromu (VI), odgrywa ważną rolę w odwodornieniu alkanów za pomocą CO ₂ do produkcji propenu i izobutenu, ponieważ cykl dezaktywacji-reaktywacji katalizatora jest łatwy do zrealizowania. Jest również stosowany jako katalizator w chemii nieorganicznej.

W produkcji chromu

Stosowany jest do produkcji glinotermicznej czystego chromu. W tym celu należy go podgrzać do 1000 ºC, aby zwiększyć rozmiar ziaren.

Przygotowanie chromu metalicznego przez aluminotermiczną redukcję tlenku chromu (III). Rando Tuvikene. Źródło: Wikipedia Commons

Na materiałach magnetycznych

Został dodany w niewielkich ilościach do materiałów magnetycznych w taśmach audio i wideo, nadając efekt samoczyszczenia głowic dźwiękowych.

Najnowsze innowacje

Pigmenty mające ulepszoną odbicia bliskiej podczerwieni otrzymano przez domieszkowanie Kr ₂ O ₃ nanocząstki solami pierwiastków należących do grupy ziem rzadkich, takich jak lantan i prazeodymu.

Zwiększając stężenie tych pierwiastków, współczynnik odbicia promieniowania słonecznego w bliskiej podczerwieni wzrasta bez wpływu na zielony kolor pigmentu Cr ₂ O ₃ .

Pozwala to na zaklasyfikowanie domieszkowanego Cr ₂ O ₃ jako pigmentu „zimnego”, ponieważ jest on odpowiedni do kontrolowania akumulacji ciepła.

Stosowana między innymi na sufity, samochody i tapicerkę, osiąga wysoki współczynnik odbicia promieni słonecznych IR, co pozwala znacznie ograniczyć wzrost ciepła w otoczeniu.

Bibliografia

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedia technologii chemicznej. Tom 19. Wydanie czwarte. John Wiley & Sons.
3. Encyklopedia chemii przemysłowej Ullmanna. (1990). Piąta edycja. Tom A7 i A20. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
4. Elementy amerykańskie. (2019). Tlenek chromu (III). Odzyskany z americanelements.com.
5. National Library of Medicine. (2019). Tlenek chromu (III). Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
6. Dorfman, Mitchell R. (2012). Powłoki natryskowe termiczne. W Handbook of Environmental Degradation of Materials. Rozdział 19. Odzyskany z sciencedirect.com.
7. Takehira, K. i in. (2004). CO ₂ Dehydrogenation of propane over Cr-MCM-41 Catalyst. W Studies in Surface Science and Catalysis 153. Odzyskane z sciencedirect.com.
8. Selvam Sangeetha i in. (2012). Funkcjonalne pigmenty z nanocząstek tlenku chromu (III). Barwniki i pigmenty 94 (2012) 548-552. Odzyskany z sciencedirect.com.