Характеристика атомарного хрома, оксидов и гидроксидов хрома

Задача 1084. 
Охарактеризовать свойства хрома, указав: а) его положение в периодической системе и строение атома; б) отношение металлического хрома к воздуху, воде и кислотам; в) состав и характер оксидов и гидроксидов хрома.
Решение:

Строение и свойства металлического хрома

а) Хром (элемент №24) - металл находящейся в шестой группе побочной подгруппы, период 4, ряд 4. Электронное строение атома хрома можно представить формулой +24Cr [Ar] 3d54s1. Для хрома наблюдается проскок (или провал) электрона на d-уровень (второй s-электрон покидает 4s-подуровень и проскакивает на 3d-подуровень): 
Cr – 3d54s1.  Это объясняется близостью энергий ns- и (n – 1)d-уровней и стабильностью наполовину и полностью заполненных уровней. У хрома d-уровень заполнен наполовину, что и объясняет стабильность атома +24Cr [Ar] 3d54s1 по сравнению с атомом +24Cr [Ar] 3d44s2.  Массовая доля хрома в земной коре – 0,02%. Для его соединений характерны степени окисления +2, +3, +6, а степени окисления  +1,+4,+5 могут проявляются теоретически. Этот металл имеет амфотерные свойства за счёт незавершённой электронной оболочки. Поэтому он реагирует с щелочами и с кислотами.

б) Хром устойчив на воздухе за счёт пассивирования. По этой же причине не реагирует с серной и азотной кислотами. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами:

4Cr + 3O2  Na2Cr2O7      cr     +  2Cr2O3

Химически хром довольно инертен вследствие образования на его поверхности прочной тонкой пленки оксида. Он не окисляется на воздухе даже в присутствии влаги, а при нагревании окисление проходит только на поверхности.  При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами:

4Cr + 3O2  Na2Cr2O7      cr     +  2Cr2O3

Хром пассивируется разбавленной и концентрированной азотной кислотой, царской водкой, и даже при кипячении металла с этими реагентами растворяется лишь незначительно. Пассивированный азотной кислотой хром, в отличие от металла без защитного слоя, не растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах даже при длительном кипячении в растворах этих кислот, тем не менее, в определенный момент начинается быстрое растворение, сопровождающееся вспениванием от выделяющегося водорода – из пассивной формы хром переходит в активированную, не защищенную пленкой оксида:

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2

Если в процессе растворения добавить азотной кислоты, то реакция сразу прекращается – хром снова пассивируется.

Амфотерные оксиды хрома 

в) Оксид хрома II (CrО) – основный оксид – черный порошок. Сильный восстановитель. CrО растворяется в разбавленной соляной кислоте: 

CrО + 2НСl = CrСl2 + Н2О.

Гидроксид хрома(II) — неорганическое соединение, гидроокись металла хрома с формулой Сr(OH)2, коричневое (гидрат — жёлтое) аморфное вещество, не растворимое в воде образует кристаллогидрат. Гидроксид хрома (II) имеет основной характер. 

Cr(OH)2 + 2HCl → CrCl2 + 2H2O

Оксид хрома(III) Cr2O3, представляет собой зеленые микрокристаллы с плотностью 5220 кг/м3 и высокой температурой плавления (2437° С). Оксид хрома(III) проявляет амфотерные свойства, но весьма инертен и его трудно растворить в водных кислотах и щелочах. При сплавлении с гидроксидами или карбонатами щелочных металлов переходит в соответствующие хроматы:

Cr2O3 + 4KOH + KClO3 = 2K2CrO4 + KCl + 2H2O.

Cr2O3 — амфотерное соединение.

Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3 - нерастворимое в воде вещество зелёного цвета. 

Cr2(SO4)3 + 6NaOH → 2Cr(OH)3↓+ 3Na2SO4 

Гидроксид хрома (III)  обладает амфотерными свойствами - растворяется как в кислотах, так и в щелочах: 

2Cr(OH)3 + 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 6H2O
Cr(OH)3 + KOH → K[Cr(OH)4]

Хромовый ангидрид и хромовые кислоты

Оксид хрома(VI) (хромовый ангидрид) CrO3, расплывающиеся на воздухе красные кристаллы, легко растворимые в воде (до 68,2%). Тпл. =197° С (с частичным разложением). Хромовый ангидрид – сильный окислитель.

При растворении в воде, в зависимости от концентрации, образует гидроксиды хрома(VI) -  хромовые кислоты различного состава:

CrO3 + H2O = H2CrO4 (желтый р-р) – хромовая кислота;
2CrO3 + H2O = H2Cr2O7 (оранжевый р-р) - двухромовая кислота;
3CrO3 + H2O = H2Cr3O10 (красный р-р) = трихромовая кислота.

Хромовая кислота — электролит средней силы. Изополихромовые кислоты — сильные окислители.