क्रोमियम: गुण, विशेषताएं और उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

क्रोमियम (सीआर) आवर्त सारणी की समूह 6 (VIB) के एक धातु तत्व है। इस धातु के टन लोहे या मैग्नीशियम की क्रोमाइट खनिज से अपने निष्कर्षण (FeCr के माध्यम से सालाना उत्पादन कर रहे हैं ₂ हे ₄, MgCr ₂ हे ₄) है, जो कोयले से कम हो जाता है धातु प्राप्त करने के लिए। यह बहुत प्रतिक्रियाशील है, और केवल बहुत ही कम करने वाली परिस्थितियों में यह अपने शुद्ध रूप में है।

इसका नाम ग्रीक शब्द 'क्रोमा' से निकला है, जिसका अर्थ है रंग। क्रोमियम यौगिकों द्वारा प्रदर्शित कई और गहन रंगों के कारण इसे यह नाम दिया गया था, चाहे अकार्बनिक या कार्बनिक; काले ठोस या समाधान से पीले, नारंगी, हरे, बैंगनी, नीले और लाल।

क्रोम मगरमच्छ। सिल्वर क्रोकोडाइल क्रोम मेटल मॉडल एलीगेटर। स्रोत: मैक्सपिक्सल

हालांकि, मेटैलिक क्रोम और इसके कार्बाइड्स का रंग सिलवरी ग्रे है। क्रोम प्लेटिंग तकनीक में इस विशेषता का उपयोग कई संरचनाओं को चांदी की चमक देने के लिए किया जाता है (जैसा कि ऊपर की छवि में मगरमच्छ में देखा गया है)। इस प्रकार, "क्रोम के साथ स्नान" करके टुकड़ों को चमक और जंग के लिए महान प्रतिरोध दिया जाता है।

समाधान में क्रोमियम ऑक्साइड बनाने के लिए हवा में ऑक्सीजन के साथ तेजी से प्रतिक्रिया करता है। पीएच और माध्यम की ऑक्सीडेटिव स्थितियों के आधार पर, यह विभिन्न ऑक्सीकरण संख्या प्राप्त कर सकता है, (III) (सीआर ³⁺) सभी का सबसे स्थिर होने के साथ। नतीजतन, ग्रीन क्रोमियम (III) ऑक्साइड (Cr ₂ O ₃) अपने ऑक्साइड का सबसे स्थिर है।

ये ऑक्साइड वातावरण में अन्य धातुओं के साथ बातचीत कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, वर्णक साइबेरियाई लाल सीसा (PbCrr ₄)। यह वर्णक पीले-नारंगी या लाल (इसके क्षारीयता के अनुसार) है, और इसमें से फ्रांसीसी वैज्ञानिक लुई निकोलस वौएक्लिन ने धातु के तांबा को पृथक किया है, इसीलिए उन्हें इसके खोजकर्ता के रूप में सम्मानित किया गया है।

इसके खनिज और ऑक्साइड, साथ ही साथ धातु तांबा का एक छोटा हिस्सा इस तत्व को पृथ्वी की पपड़ी में 22 सबसे प्रचुर मात्रा में बनाता है।

क्रोमियम की रसायन विज्ञान बहुत विविध है क्योंकि यह लगभग पूरे पूरे आवर्त सारणी के साथ बांड बना सकता है। इसके प्रत्येक यौगिक में रंगों का प्रदर्शन होता है जो ऑक्सीकरण संख्या पर निर्भर करता है, साथ ही साथ इसके साथ बातचीत करने वाली प्रजातियां भी। इसी तरह, यह कार्बन के साथ बांड बनाता है, बड़ी संख्या में ऑर्गेनोमेट्रिक यौगिकों में हस्तक्षेप करता है।

विशेषताएँ और गुण

क्रोमियम अपने शुद्ध रूप में एक चांदी की धातु है, जिसकी परमाणु संख्या 24 है और आणविक भार लगभग 52 g / mol (⁵² Cr, इसका सबसे स्थिर समस्थानिक) है।

अपने मजबूत धातु बांड को देखते हुए, इसमें उच्च गलनांक (1907)C) और क्वथनांक (2671 bondsC) हैं। इसके अलावा, इसकी क्रिस्टलीय संरचना इसे बहुत घनी धातु (7.19 ग्राम / एमएल) बनाती है।

यह हाइड्रॉक्साइड बनाने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, लेकिन यह एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है। यह हवा में ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण करता है, आमतौर पर क्रोमिक ऑक्साइड का उत्पादन करता है, जो कि व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला हरा वर्णक है।

ये ऑक्साइड परतें बनाते हैं जो कि पारित होने के रूप में जाना जाता है, धातु को आगे जंग से बचाता है, क्योंकि ऑक्सीजन धातु साइनस में प्रवेश नहीं कर सकता है।

इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 4s ¹ 3 डी ^{5 है}, जिसमें सभी इलेक्ट्रॉन अप्रकाशित हैं, और इसलिए, यह पैरामैग्नेटिक गुणों को प्रदर्शित करता है। हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक स्पिंस का संभोग तब हो सकता है जब धातु को कम तापमान के अधीन किया जाता है, अन्य गुण जैसे कि एंटीफिरोमैग्निज्म प्राप्त करना।

क्रोमियम रासायनिक संरचना

डैनियल मेयर, ड्रोबोब द्वारा मूल PNGs द्वारा, Inkscape में उपयोगकर्ता द्वारा पता लगाया गया: विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से Stannered (क्रिस्टल स्टेक्योर), क्रोम धातु की संरचना क्या है? अपने शुद्ध रूप में, क्रोमियम एक शरीर-केंद्रित क्यूबिक क्रिस्टल संरचना (cc या bcc) मानता है। इसका मतलब यह है कि क्रोमियम परमाणु एक घन के केंद्र में स्थित है, जिसके किनारों पर अन्य क्रोमों (जैसे ऊपर की छवि में) का कब्जा है।

यह संरचना क्रोमियम के उच्च पिघलने और क्वथनांक के साथ-साथ उच्च कठोरता के लिए जिम्मेदार है। तांबे के परमाणु बैंड सिद्धांत के अनुसार चालन बैंड बनाने के लिए अपने s और d ऑर्बिटल्स को ओवरलैप करते हैं।

इस प्रकार, दोनों बैंड आधे भरे हुए हैं। क्यों? क्योंकि इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 4s ¹ 3D ^{5 है} और s ऑर्बिटल के रूप में यह दो इलेक्ट्रॉनों को घर दे सकता है, और d ऑर्बिटल्स को दस। तब उनके ओवरलैप्स द्वारा गठित केवल आधे बैंड इलेक्ट्रॉनों द्वारा कब्जा कर लिए जाते हैं।

इन दो दृष्टिकोणों से - क्रिस्टलीय संरचना और धातु बंधन - इस धातु के कई भौतिक गुणों को सिद्धांत रूप में समझाया जा सकता है। हालांकि, न तो बताते हैं कि क्रोमियम में विभिन्न ऑक्सीकरण राज्य या संख्याएं क्यों हो सकती हैं।

इसके लिए इलेक्ट्रॉनिक स्पिन के संबंध में परमाणु की स्थिरता की गहरी समझ की आवश्यकता होगी।

ऑक्सीकरण संख्या

चूँकि क्रोमियम का इलेक्ट्रान विन्यास ⁴ डी ¹ डी ^{5 है, यह} एक या दो इलेक्ट्रॉनों (Cr ^1– और Cr ^2–) तक प्राप्त कर सकता है, या विभिन्न ऑक्सीकरण संख्या प्राप्त करने के लिए उन्हें खो सकता है।

इस प्रकार, यदि क्रोमियम एक इलेक्ट्रॉन खो देता है, तो यह 4एस ⁰ 3 डी ^{5 होगा}; अगर वह तीन खो देता है, 4S ⁰ 3 डी ³; और अगर यह उन सभी को खो देता है, या जो समान है, वह आर्गन के लिए इयोइलेक्ट्रोनिक होगा।

क्रोमियम मात्र तरंग द्वारा इलेक्ट्रॉनों को नहीं खोता या प्राप्त नहीं करता है: एक ऐसी प्रजाति होनी चाहिए जो एक ऑक्सीकरण संख्या से दूसरे में जाने के लिए उन्हें दान या स्वीकार करती है।

क्रोमियम में निम्नलिखित ऑक्सीकरण संख्याएँ हैं: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, और +6। इनमें से, +3, सीआर ³⁺, सबसे स्थिर और इसलिए सभी का प्रमुख है; इसके बाद +6, Cr ^{6+ है} ।

सीआर (-2, -1 और 0)

क्रोमियम इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करने की अत्यधिक संभावना नहीं है, क्योंकि यह एक धातु है, और इसलिए इसकी प्रकृति उन्हें दान करना है। हालांकि, यह लिगेंड्स के साथ समन्वय कर सकता है, अर्थात, अणु जो एक गोताखोर बंधन के माध्यम से धातु केंद्र के साथ बातचीत करते हैं।

सबसे प्रसिद्ध में से एक कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) है, जो क्रोमियम के हेक्साकारबोनील यौगिक बनाता है।

इस यौगिक में आणविक सूत्र Cr (CO) _{6 है}, और चूंकि लिगैंड तटस्थ हैं और कोई चार्ज प्रदान नहीं करते हैं, तो Cr का ऑक्सीकरण संख्या 0 है।

यह अन्य ऑर्गेनोमेट्रिक यौगिकों जैसे बीआईएस (बेंजीन) क्रोमियम में भी देखा जा सकता है। बाद में, क्रोमियम एक सैंडविच की तरह आणविक संरचना में दो बेंजीन के छल्ले से घिरा होता है:

बेन मिल्स द्वारा, विकिमीडिया कॉमन्स से

कई अन्य सीआर (0) यौगिक इन दो ऑर्गोनोमेट्रिक यौगिकों से उत्पन्न हो सकते हैं।

साल्ट पाए गए हैं जहां वे सोडियम के साथ बातचीत करते हैं, जिसका अर्थ है कि Cr में सकारात्मक आवेशों को आकर्षित करने के लिए एक ऋणात्मक ऑक्सीकरण संख्या होनी चाहिए: Cr (-2), Na ₂ और Cr (-1), Na ₂ ।

Cr (I) और Cr (II)

Cr (I) या Cr ¹⁺ ऑर्गेमोनिटेलिक यौगिकों के ऑक्सीकरण द्वारा निर्मित होता है, जो अभी वर्णित है। यह इस तरह के गठन, उदाहरण के लिए, यौगिक के _{3 के} रूप में इस तरह के CN या NO के रूप में ligands ऑक्सीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है ।

यहाँ यह तथ्य है कि तीन के ⁺ अंकन का अर्थ है कि क्रोमियम कॉम्प्लेक्स में तीन नकारात्मक चार्ज हैं; इसी तरह लिगैंड सीएन ^- पांच नकारात्मक चार्ज का योगदान देता है, ताकि सीआर और न के बीच उन्हें दो सकारात्मक चार्ज (-5 + 2 = -3) जोड़ना होगा।

यदि NO तटस्थ है, तो यह Cr (II) है, लेकिन यदि इसका कोई सकारात्मक चार्ज (NO ⁺) है, तो यह Cr (I) है।

दूसरी ओर, सीआर (II) यौगिक अधिक प्रचुर मात्रा में हैं, उनमें से निम्नलिखित हैं: क्रोमियम (II) क्लोराइड (CrCl ₂), क्रोमस एसीटेट (Cr ₂ (O ₂ CCH ₃) ₄), क्रोमियम ऑक्साइड (II) (CrO), क्रोमियम (II) सल्फाइड (CrS), और बहुत कुछ।

सीआर (III)

सभी में से, यह सबसे बड़ी स्थिरता के साथ एक है, क्योंकि यह वास्तव में क्रोमेट आयनों के कई ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं का उत्पाद है। शायद इसकी स्थिरता इसके डी ³ इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन के कारण है, जिसमें तीन इलेक्ट्रॉन अन्य दो अधिक ऊर्जावान लोगों (डी-ऑर्बिटल दोहरीकरण) की तुलना में तीन कम-ऊर्जा डी ऑर्बिटल्स पर कब्जा कर लेते हैं।

इस ऑक्सीकरण संख्या का सबसे अधिक प्रतिनिधि यौगिक क्रोमियम (III) ऑक्साइड (Cr ₂ O ₃) है। यह समन्वय करने वाले लिगेंड के आधार पर, जटिल एक रंग या किसी अन्य को प्रदर्शित करेगा। इन यौगिकों के उदाहरण हैं: Cl, Cr (OH) ₃, CrF ₃, ³⁺ आदि।

हालांकि रासायनिक सूत्र इसे पहली नज़र में नहीं दिखाते हैं, क्रोमियम में आमतौर पर एक ऑक्सहेड्रल समन्वय क्षेत्र होता है; यही है, यह एक ऑक्टाहेड्रन के केंद्र में स्थित है, जहां इसका सिरा लिगैंड्स (कुल छः) द्वारा स्थित होता है।

Cr (IV) और Cr (V)

जिन यौगिकों में Cr ⁵⁺ भाग लेता है, वे बहुत कम होते हैं, उक्त परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक अस्थिरता के कारण, इस तथ्य के अतिरिक्त कि यह आसानी से Cr ^{6+ में} ऑक्सीकृत हो जाता है, और अधिक स्थिर होता है क्योंकि यह उदासीन आर्गन के संबंध में इयोइलेक्ट्रोनिक होता है।

हालांकि, Cr (V) यौगिकों को कुछ शर्तों के तहत संश्लेषित किया जा सकता है, जैसे कि उच्च दबाव। इसी तरह, वे मध्यम तापमान पर विघटित होते हैं, जिससे उनके संभावित अनुप्रयोग असंभव हो जाते हैं क्योंकि उनके पास थर्मल प्रतिरोध नहीं होता है। उनमें से कुछ हैं: CrF ₅ और K ₃ (O ₂ ^2- पेरोक्साइड आयन है)।

दूसरी ओर, Cr ⁴⁺ अपेक्षाकृत अधिक स्थिर है, जो अपने हलोजन यौगिकों को संश्लेषित करने में सक्षम है: CrF ₄, CrCl ₄ और CrBr ₄ । हालांकि, बेहतर ऑक्सीकरण संख्या (जैसे +3 या +6) के साथ क्रोमियम परमाणुओं का उत्पादन करने के लिए वे रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से विघटित होने के लिए भी अतिसंवेदनशील होते हैं।

सीआर (VI): क्रोमेट-डाइक्रोमेट जोड़ी

2 ^2- + 2H ⁺ (पीला) => ^2- + H ₂ O (नारंगी)

उपरोक्त समीकरण डाइक्रोमेट का उत्पादन करने के लिए दो क्रोमेट आयनों के एसिड डिमराइजेशन से मेल खाती है। पीएच में भिन्नता सीआर ⁶⁺ के धातु केंद्र के आसपास की बातचीत में बदलाव का कारण बनती है, यह भी समाधान के रंग (पीले से नारंगी या इसके विपरीत) में स्पष्ट है। Dichromate में O ₃ Cr-O-CrO ₃ पुल होता है ।

सीआर (VI) यौगिकों में मानव शरीर और जानवरों के लिए हानिकारक और यहां तक ​​कि कार्सिनोजेनिक होने की विशेषताएं हैं।

कैसे? अध्ययन बताते हैं कि CrO ₄ ^2- आयन सल्फेट-ट्रांसपोर्टिंग प्रोटीन की क्रिया द्वारा कोशिका झिल्ली को पार करते हैं (दोनों आयन वास्तव में आकार में समान हैं)।

कोशिकाओं के भीतर एजेंटों को कम करने से Cr (VI) से Cr (III) में कमी आती है, जो अपरिवर्तनीय रूप से macromolecules (जैसे DNA) पर विशिष्ट साइटों के लिए समन्वयित होकर जमा होता है।

एक बार जब सेल क्रोमियम की अधिकता से दूषित हो जाता है, तो यह तंत्र की कमी के कारण इसे छोड़ नहीं सकता है जो इसे झिल्ली के माध्यम से वापस स्थानांतरित करता है।

क्रोमियम का उपयोग करता है

रंगकर्मी या रंजक के रूप में

क्रोमियम में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है, जो विभिन्न प्रकार के कपड़ों के लिए colorant से लेकर प्रोटेक्टर तक होती है, जो क्रोम प्लेटिंग के रूप में जानी जाने वाली धातु के हिस्सों को अलंकृत करती है, जिसे शुद्ध धातु, या Cr (III) यौगिकों के साथ बनाया जा सकता है। Cr (VI)।

उदाहरण के लिए, क्रोमिक फ्लोराइड (CrF ₃) का उपयोग ऊनी कपड़ों के लिए एक रंगक के रूप में किया जाता है; क्रोमिक सल्फेट (Cr ₂ (SO ₄) ₃), का उपयोग एनामेल, सिरेमिक, पेंट, स्याही, वार्निश को रंगने के लिए किया जाता है, और इसका उपयोग क्रोम धातुओं के लिए भी किया जाता है; और क्रोमिक ऑक्साइड (Cr ₂ O ₃) भी उपयोग करता है जहां इसके आकर्षक हरे रंग की आवश्यकता होती है।

इसलिए, गहन रंगों के साथ किसी भी क्रोमियम खनिज को एक संरचना को दागने के लिए नियत किया जा सकता है, लेकिन इसके बाद यह तथ्य उत्पन्न होता है कि ये यौगिक पर्यावरण के लिए या व्यक्तियों के स्वास्थ्य के लिए खतरनाक हैं या नहीं।

वास्तव में, इसके जहरीले गुणों का उपयोग कीट के हमले से लकड़ी और अन्य सतहों को संरक्षित करने के लिए किया जाता है।

क्रोम या धातु विज्ञान में

ऑक्सीकरण के खिलाफ इसे मजबूत करने और इसकी चमक में सुधार करने के लिए स्टील में छोटी मात्रा में क्रोमियम भी मिलाया जाता है। यह इस तथ्य के कारण है कि यह ग्रेबिश कार्बाइड (सीआर ₃ सी ₂) बनाने में सक्षम है जो हवा में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते समय बहुत प्रतिरोधी होते हैं।

क्योंकि क्रोम को चमकदार सतहों पर पॉलिश किया जा सकता है, इसलिए क्रोम इन उद्देश्यों के लिए एक सस्ता विकल्प के रूप में चांदी के डिजाइन और रंगों को पेश करता है।

पोषाहार

कुछ बहस कि क्या क्रोमियम को एक आवश्यक तत्व माना जा सकता है, जो कि दैनिक आहार में अपरिहार्य है। यह कुछ खाद्य पदार्थों में बहुत कम सांद्रता में मौजूद है, जैसे कि हरी पत्तियां और टमाटर।

इसी तरह, प्रोटीन सप्लीमेंट्स हैं जो इंसुलिन गतिविधि को नियंत्रित करते हैं और मांसपेशियों की वृद्धि को बढ़ावा देते हैं, जैसा कि क्रोमियम पॉलीनिकोटिनेट के साथ होता है।

यह कहा स्थित है?

स्रोत: पिक्साबे

क्रोमियम कई प्रकार के खनिजों और रत्नों जैसे माणिक और पन्ना में पाया जाता है। मुख्य खनिज जिसमें से क्रोमियम निकाला जाता है वह क्रोमाइट (MCr ₂ O ₄) है, जहाँ M कोई अन्य धातु हो सकती है जिसके साथ क्रोमियम ऑक्साइड जुड़ा होता है। ये खदानें दक्षिण अफ्रीका, भारत, तुर्की, फ़िनलैंड, ब्राज़ील और अन्य देशों में मौजूद हैं।

प्रत्येक स्रोत में एक या अधिक क्रोमाइट संस्करण होते हैं। इस तरह, प्रत्येक M (Fe, Mg, Mn, Zn, आदि) के लिए एक अलग क्रोमियम खनिज उत्पन्न होता है।

धातु को निकालने के लिए खनिज को कम करना आवश्यक है, अर्थात क्रोमियम धातु केंद्र को कम करने वाले एजेंट की कार्रवाई द्वारा इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करना। यह कार्बन या एल्यूमीनियम के साथ किया जाता है:

FeCr ₂ O ₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

साथ ही, क्रोमाइट (PbCrO ₄) पाया जाता है।

आम तौर पर, किसी भी खनिज में जहां सीआर ³⁺ आयन अल ^{3+ का} विकल्प हो सकता है, दोनों समान आयनिक रेडी के साथ, यह एक अशुद्धता का गठन करता है जिसके परिणामस्वरूप इस अद्भुत, लेकिन हानिकारक धातु का एक और प्राकृतिक स्रोत है।

संदर्भ

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