Crom

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Crom
VanađiCromMangan
-
  Lattice body centered cubic.svg
 
24
Cr
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Cr
Mo
Bảng tiêu chuẩn
Hình dạng
Ánh bạc
Tính chất chung
Tên, Ký hiệu, Số Crom, Cr, 24
Phiên âm /ˈkroʊmiəm/ KROH-mee-əm
Phân loại Kim loại chuyển tiếp
Nhóm, Chu kỳ, Phân lớp 64, d
Khối lượng nguyên tử 51,9961(6)
Cấu hình electron [Ar] 3d5 4s1
Số electron trên vỏ điện tử 2, 8, 13, 1
Electron shell 024 Chromium.svg
Tính chất vật lý
Màu Ánh bạc
Trạng thái vật chất Chất rắn
Mật độ gần nhiệt độ phòng 7,19 g·cm−3
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ nóng chảy 6,3 g·cm−3
Nhiệt độ nóng chảy 2180 K, 1907 °C, 3465 °F
Nhiệt độ sôi 2944 K, 2671 °C, 4840 °F
Nhiệt lượng nóng chảy 21,0 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi 339,5 kJ·mol−1
Nhiệt dung 23,35 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 1656 1807 1991 2223 2530 2942
Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxi hóa 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2
(Ôxít axít mạnh)
Độ âm điện 1,66 (thang Pauling)
Năng lượng ion hóa Thứ nhất: 652,9 kJ·mol−1
Thứ hai: 1590,6 kJ·mol−1
Thứ ba: 2987 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị 128 pm
Độ dài liên kết cộng hóa trị 139±5 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm khối
Trạng thái trật tự từ Phản sắt từ (gần giống: Sóng mật độ xoay tròn[1])
Điện trở suất (20 °C) 125 n Ω·m
Độ dẫn nhiệt 93,9 W·m−1·K−1
Độ giãn nở nhiệt (25 °C) 4,9 µm·m−1·K−1
Tốc độ truyền âm thanh (thanh mỏng; 20 °C) 5940 m·s−1
Mô đun Young 279 GPa
Mô đun cắt 115 GPa
Mô đun nén 160 GPa
Hệ số Poisson 0,21
Độ cứng theo thang Mohs 8,5
Độ cứng theo thang Vickers 1060 MPa
Độ cứng theo thang Brinell 1120 MPa
Số đăng ký CAS 7440-47-3
Đồng vị ổn định nhất
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
50Cr 4.345% > 1.8×1017năm εε - 50Ti
51Cr Tổng hợp 27,7025 ngày ε - 51V
γ 0.320 -
52Cr 83.789% 52Cr ổn định với 28 nơtron
53Cr 9.501% 53Cr ổn định với 29 nơtron
54Cr 2.365% 54Cr ổn định với 30 nơtron

Crom hay crôm (tiếng La tinh: Chromium) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Crsố nguyên tử bằng 24, là nguyên tố đầu tiên của nhóm 6, là 1 kim loại cứng, giòn, có độ nóng chảy cao. Bề mặt Crôm được bao phủ bởi 1 lớp màng mỏng Cr2O3, nên có ánh bạc và khả năng chống trầy xước cao. Tên của kim loại này bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp "χρῶμα" - có nghĩa là màu sắc [2], bởi sự đa dạng về màu sắc trong các hợp chất của nó.

Hợp chất Crôm được sử dụng lần đầu tiên bởi người Trung Quốc vào khoảng 2000 năm trước, thuộc triều đại nhà Tần. Cụ thể khi khai quật Lăng mộ Tần Thủy Hoàng người ta đã tìm thấy một số thanh kiếm với lưỡi kiếm được phủ bởi 1 lớp Cr2O3 dày 10-15 micromet, lớp này làm nhiệm vụ bảo vệ thanh kiếm khỏi các tác nhân oxi hóa của môi trường từ bên ngoài trong hơn 2000 năm. Trễ hơn, ở phương Tây, vào năm 1761, khoáng sản Crocoit (ngoài ra còn được biết đến với tên khác là Chì đỏ Siberia) được dùng như 1 chất màu trong hội họa, ở dạng bột vụn thì khoáng sản này có màu vàng, trong khi ở dạng tinh thể thì có màu đỏ. Vào năm 1797, Loui Nicolas Vauquelin đã điều chế thành công Cr kim loại ở dạng đơn chất từ quặng của nó, mặc dù vẫn còn lẫn khá nhiều tạp chất hiến cho kim loại rất giòn, không thể sử dụng vào mục đích thương mại. Thay vào đó quặng Cromic (thành phần chính là FeCr2O4, được biết đến với tên khác là Ferô crôm) được sử dụng nhiều hơn trong các ngành công nghiệp luyện kim, từ quặng Cromic sau khi tinh chế và người ta dùng phản ứng nhiệt nhôm để điều chế Cr. Crôm được coi là 1 kim loạigiá trị cao bởi tính chống ăn mòn tốt, và độ cứng rất cao, nên nó được dùng như 1 nguyên tố điều chất thêm vào thép nhằm cải thiện khả năng chống ăn mòn và tăng độ cứng, thép có thêm Cr được gọi là Thép không gỉ hay Inox.

Hằng năm, Cr kim loại dùng trong mạ điện và sản xuất thép chiếm đến 85% sản lượng Cr trên toàn thế giới.


Đặc trưng[sửa | sửa mã nguồn]

Crom là một kim loại cứng, mặt bóng, màu xám thép với độ bóng cao và nhiệt độ nóng chảy cao. Nó là chất không mùi, không vị và dễ rèn. Các trạng thái ôxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất. Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái ôxi hóa +6 là những chất có tính ôxi hóa mạnh. Trong không khí, crom được ôxy thụ động hóa, tạo thành một lớp mỏng ôxít bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn quá trình ôxi hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Các công dụng của crom:

  • Trong ngành luyện kim, để tăng cường khả năng chống ăn mòn và đánh bóng bề mặt:
  • Làm thuốc nhuộm và sơn:
    • Ôxít crom (III) (Cr2O3) là chất đánh bóng kim loại với tên gọi phấn lục.
    • Các muối crom nhuộm màu cho thủy tinh thành màu xanh lục của ngọc lục bảo.
    • Crom là thành phần tạo ra màu đỏ của hồng ngọc, vì thế nó được sử dụng trong sản xuấ hồng ngọc tổng hợp.
    • tạo ra màu vàng rực rỡ của thuốc nhuộm và sơn
  • Là một chất xúc tác.
  • Cromit được sử dụng làm khuôn để nung gạch, ngói.
  • Các muối crom được sử dụng trong quá trình thuộc da.
  • Dicromat kali (K2Cr2O7)là một thuốc thử hóa học, được sử dụng trong quá trình làm vệ sinh các thiết bị bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm cũng như trong vai trò của một tác nhân chuẩn độ. Nó cũng được sử dụng làm thuốc cẩn màu (ổn định màu) cho các thuốc nhuộm vải.
  • Ôxít crom (IV) (CrO2) được sử dụng trong sản xuất băng từ, trong đó độ kháng từ cao hơn so với các băng bằng ôxít sắt tạo ra hiệu suất tốt hơn.
  • Trong thiết bị khoan giếng như là chất chống ăn mòn.
  • Trong y học, như là chất phụ trợ ăn kiêng để giảm cân, thông thường dưới dạng clorua crom (III) hay picolinat crom (III) (CrCl3).
  • Hexacacbonyl crom (Cr(CO)6) được sử dụng làm phụ gia cho xăng.
  • Borua crom (CrB) được sử dụng làm dây dẫn điện chịu nhiệt độ cao.
  • Sulfat crom (III) (Cr2(SO4)3) được sử dụng như là chất nhuộm màu xanh lục trong các loại sơn, đồ gốm sứ, véc nimực cũng như trong quy trình mạ crom.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Vào ngày 26 tháng 7 năm 1761, Johann Gottlob Lehmann đã tìm thấy một khoáng chất màu đỏ da cam tại khu vực thuộc dãy núi Ural và ông đặt tên cho nó là chì đỏ Siberi. Mặc dù bị xác định nhầm là hợp chất của chì với các thành phần selensắt, nhưng trên thực tế nó là cromat chì với công thức PbCrO4, ngày nay được biết dưới tên gọi khoáng chất crocoit.[3]

Năm 1770, Peter Simon Pallas đến cùng một khu vực như Lehmann và tìm thấy khoáng chất "chì" đỏ có các tính chất rất hữu ích để làm chất nhuộm màu trong các loại sơn. Việc sử dụng chì đỏ Siberi làm chất nhuộm sơn đã phát triển rất nhanh. Chất nhuộm màu vàng sáng sản xuất từ crocoit trở thành màu trong thời trang.[3]

Năm 1797, Louis Nicolas Vauquelin nhận được các mẫu vật chứa quặng crocoit. Ông đã sản xuất được ôxít crom với công thức hóa học CrO3, bằng cách trộn crocoit với axít clohiđric. Năm 1798, Vauquelin phát hiện ra rằng ông có thể cô lập crom kim loại bằng cách nung ôxít trong lò than củi.[4] Ông cũng phát hiện được các dấu vết của crom trong các loại đá quý, chẳng hạn như trong hồng ngọc hay ngọc lục bảo..[3][5]

Trong thế kỷ 19, crom được sử dụng chủ yếu như là thành phần trong các loại sơn và trong các muối để thuộc da, nhưng hiện nay ứng dụng chủ yếu của nó là trong các hợp kim và việc này chiếm tới 85% sản lượng crom. Phần còn lại được sử dụng trong công nghiệp hóa chất và các ngành sản xuất vật liệu chịu lửa và đúc kim loại.[6]

Vai trò sinh học[sửa | sửa mã nguồn]

Crom hóa trị ba (Cr (III) hay Cr3+) là yêu cầu với khối lượng rất nhỏ cho quá trình trao đổi chất của đường trong cơ thể người và sự thiếu hụt nó có thể sinh ra bệnh gọi là thiếu hụt crom.[7] Ngược lại, crom hóa trị sáu lại rất độc hại và gây đột biến gen khi hít phải. Cr (VI) vẫn chưa được xác nhận là chất gây ung thư khi hít phải [1], nhưng ở trạng thái dung dịch nó đã được xác nhận là gây ra viêm da tiếp xúc dị ứng (ACD).[8]

Gần đây, người ta nhận thấy rằng chất bổ sung ăn kiêng[9] phổ biến là phức chất của picolinat crom sinh ra các tổn thương nhiễm sắc thể ở các tế bào của chuột đồng (phân họ Cricetinae).[10] Tại Hoa Kỳ, các hướng dẫn ăn kiêng đã hạ mức tiêu thụ crom hàng ngày từ 50-200 µg cho người lớn xuống 35 µg (đàn ông) và 25 µg (đàn bà).[11]

Phổ biến[sửa | sửa mã nguồn]

Crocoit (PbCrO4)
Quặng crom

Crom là nguyên tố phổ biến thứ 21 trong vỏ Trái Đất với nồng độ trung bình 100 ppm.[12] Các hợp chất crom được tìm thấy trong môi trường do bào mòn các đá chứa crom và có thể được cung cấp từ nguồn núi lửa. Nồng độ trong đất nằm trong khoảng 1 đến 3000 mg/kg, trong nước biểt từ 5 đến 800 µg/lit, và trong sông và hồ từ 26 µg/lit đến 5,2 mg/lit.[13] Crom được khai thác dưới dạng quặng cromit (FeCr2O4).[6] Gần một nửa quặng cromit trên thế giới được khai thác tại Nam Phi, bên cạnh đó Kazakhstan, Ấn ĐộThổ Nhĩ Kỳ cũng là các khu vực sản xuất đáng kể. Các trầm tích cromit chưa khai thác có nhiều, nhưng về mặt địa lý chỉ tập trung tại Kazakhstan và miền nam châu Phi.[14]

Khoảng 15 triệu tấn quặng cromit dưới dạng có thể đưa ra thị trường được sản xuất vào năm 2000, và được chuyển hóa thành khoảng 4 triệu tấn crom-sắt với giá trị thị trường khoảng trên 2,5 tỷ đô la Mỹ vào năm này.

Mặc dù các trầm tích crom tự nhiên (crom nguyên chất) là khá hiếm, nhưng một vài mỏ crom kim loại tự nhiên đã được phát hiện.[15][16] Mỏ Udachnaya tại Nga sản xuất các mẫu của crom kim loại tự nhiên. Mỏ này là các mạch ống chứa đá kimberlit giàu kim cương, và môi trường khử đã đưa ra sự hỗ trợ cần thiết để sản sinh ra cả crom kim loại lẫn kim cương.[17]

Mối quan hệ giữa Cr(III) và Cr(VI) phụ thuộc chủ yếu vào pH và các đặc điểm ôxy hóa của vị trí quặng, nhưng trong hầu hết các trường hợp Cr(III) là loại chủ yếu,[13] mặc dù ở một vài nơi nước ngầm có thể chứa tới 39 µg trong tổng crom với 30 µg là Cr(VI).[18]

Cô lập[sửa | sửa mã nguồn]

Crom thu được ở quy mô thương mại bằng cách nung quặng với sự có mặt của nhôm hay silic.

Hợp chất[sửa | sửa mã nguồn]

Dicromat kali là một chất ôxi hóa mạnh và là hợp chất ưa thích để làm vệ sinh các đồ bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm ra khỏi dấu vết của các chất hữu cơ. Nó được sử dụng dưới dạng dung dịch bão hòa trong axít sulfuric đậm đặc để rửa các thiết bị đó. Tuy nhiên, đối với mục đích này thì dung dịch dicromat natri đôi khi cũng được sử dụng do độ hòa tan cao hơn của nó (5 g/100 ml ở dicromat kali với 20 g/100 ml ở dicromat natri). Màu lục crom là ôxít crom III (Cr2O3) màu lục, được sử dụng trong công việc vẽ trên men cũng như trong việc hãm màu thủy tinh. Màu vàng crom là chất nhuộm màu vàng có công thức PbCrO4, được các họa sĩ hay thợ sơn sử dụng.

Axít cromic có cấu trúc giả thuyết là H2CrO4. Cả axít cromic lẫn axít dicromic đều không có trong tự nhiên, nhưng các anion của chúng được tìm thấy trong nhiều loại hợp chất chứa crom. Triôxít crom (CrO3) là trạng thái anhydrit của axít cromic, được buôn bán trong công nghiệp dưới tên gọi "axít cromic".

Xem thêm Các hợp chất Crom.

Liên kết năm lần[sửa | sửa mã nguồn]

Crom đáng chú ý vì khả năng tạo ra liên kết các cộng hóa trị năm lần. Trong bài viết trên tạp chí Science, Tailuan Nguyen, một nghiên cứu sinh làm việc cùng Philip Power tại Đại học California, Davis đã miêu tả quá trình tổng hợp hợp chất của crom (I) và gốc hydrocacbon, được thể hiện thông qua nhiễu xạ tia X là có chứa liên kết năm với độ dài 183,51(4) pm (1,835 angstrom) kết nối 2 nguyên tử crom tại trung tâm. Điều này được thực hiện thông qua việc sử dụng phối thể một răng cực kỳ kềnh càng, mà với kích thước của nó có thể ngăn cản sự kết hợp tiếp theo. Hiện tại, crom là nguyên tố duy nhất mà các liên kết năm lần đã được quan sát.

Hợp chất có cấu trúc Lewis như sau


\rm Ar-Cr-Cr-Ar

trong đó \rm Ar là nhóm aryl (\rm C_6H_3\mbox{-}2,6(C_6H_3\mbox{-}2,6\mbox{-}Pr^i_2)_2 (\rm Pr^iisopropyl)

[19]

Đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Crom nguồn gốc tự nhiên là sự hợp thành của 3 đồng vị ổn định; Cr52, Cr53 và Cr54 với Cr52 là phổ biến nhất (83,789%). 19 đồng vị phóng xạ đã được miêu tả với ổn định nhất là Cr50chu kỳ bán rã trên 1,8x1017 năm, và Cr51 với chu kỳ bán rã 27,7 ngày. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 ngày và phần lớn là ít hơn 1 phút. Nguyên tố này cũng có 2 siêu trạng thái.[20]

Cr53 là sản phẩm phân rã do phóng xạ sinh ra của Mn53. Hàm lượng đồng vị crom nói chung thông thường gắn liền với hàm lượng đồng vị mangan và có ứng dụng trong địa chất học đồng vị. Tỷ lệ đồng vị Mn-Cr tăng cường chứng cứ từ Al26paladi107 đối với lịch sử sơ kì của hệ Mặt Trời. Các dao động trong các tỷ lệ Cr53/Cr52 và Mn/Cr từ một vài mẫu vẫn thạch chỉ ra tỷ lệ ban đầu của Mn53/Mn55 gợi ý rằng việc phân loại đồng vị Mn-Cr có thể tạo ra từ phân rã tại chỗ (in situ) của Mn53 trong các thiên thể hành tinh đã phân biệt. Vì vậy Cr53 cung cấp thêm chứng cứ bổ sung cho quá trình tổng hợp hạt nhân ngay trước khi có sự hợp nhất của hệ mặt trời.[21]

Các đồng vị của crom có nguyên tử lượng từ 43 amu (Cr43) tới 67 amu (Cr67). Phương thức phân rã chủ yếu trước khi có đồng vị ổn định (Cr52) là bắt điện tử còn phương pháp chủ yếu sau đó là phân rã beta.[20]

Cảnh báo[sửa | sửa mã nguồn]

Crom kim loại và các hợp chất crom (III) thông thường không được coi là nguy hiểm cho sức khỏe, nhưng các hợp chất crom hóa trị sáu (crom VI) lại là độc hại nếu nuốt/hít phải.[22] Liều tử vong của các hợp chất crom (VI) độc hại là khoảng nửa thìa trà vật liệu đó. Phần lớn các hợp chất crom (VI) gây kích thích mắt, da và màng nhầy. Phơi nhiễm kinh niên trước các hợp chất crom (VI) có thể gây ra tổn thương mắt vĩnh viễn, nếu không được xử lý đúng cách. Crom (VI) được công nhận là tác nhân gây ung thư ở người. Tại Hoa Kỳ, cuộc điều tra của Erin Brockovich về việc xả crom hóa trị 6 vào nguồn nước sinh hoạt là cốt truyện của bộ phim điện ảnh cùng tên.

Tổ chức y tế thế giới (WHO) khuyến cáo hàm lượng cho phép tối đa của crom (VI) trong nước uống là 0,05 miligam trên một lít.

Do các hợp chất của crom đã từng được sử dụng trong thuốc nhuộmsơn cũng như trong thuộc da, nên các hợp chất này thông thường hay được tìm thấy trong đất và nước ngầm tại các khu vực công nghiệp đã bị bỏ hoang. Các loại sơn lót chứa crom hóa trị 6 vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng sửa chữa lại tàu vũ trụô tô.

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Fawcett, Eric (1988). “Spin-density-wave antiferromagnetism in chromium”. Reviews of Modern Physics 60: 209. Bibcode:1988RvMP...60..209F. doi:10.1103/RevModPhys.60.209. 
  2. ^ http://www.perseus.tufts.edu/hopper/text?doc=Perseus%3Atext%3A1999.04.0057%3Aentry%3Dxrw%3Dma χρῶμα
  3. ^ a ă â Jacques Guertin, James Alan Jacobs, Cynthia P. Avakian, (2005). Chromium (VI) Handbook. CRC Press. tr. 7–11. ISBN 9781566706087. 
  4. ^ Vauquelin, Louis Nicolas (1798). “Memoir on a New Metallic Acid which exists in the Red Lead of Sibiria”. Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Art 3: 146. 
  5. ^ van der Krogt, Peter. “Chromium”. Truy cập ngày 24 tháng 8 năm 2008. 
  6. ^ a ă National Research Council (U.S.). Committee on Biologic Effects of Atmospheric Pollutants (1974). Chromium. National Academy of Sciences. tr. 155. ISBN 9780309022170. 
  7. ^ Mertz, Walter (1 tháng 4 năm 1993). “Chromium in Human Nutrition: A Review”. Journal of Nutrition 123 (4): 626–636. PMID 8463863. 
  8. ^ “ToxFAQs: Chromium”. Agency for Toxic Substances & Disease Registry, Centers for Disease Control and Prevention. February năm 2001. Truy cập ngày 2 tháng 10 năm 2007. 
  9. ^ Cronin, Joseph R. (2004). “The Chromium Controversy”. Alternative and Complementary Therapies 10 (1): 39–42. doi:10.1089/107628004772830393. 
  10. ^ Stearns, D. M.; W; P; W (1 tháng 12 năm 1995). “Chromium(III) picolinate produces chromosome damage in Chinese hamster ovary cells”. Federation of American Societies for Experimental Biology 9 (15): 1643–1648. PMID 8529845. 
  11. ^ Vincent, J. B. (2007). “Recent advances in the nutritional biochemistry of trivalent chromium”. Proceedings of the Nutrition Society 63 (01): 41–47. doi:10.1079/PNS2003315. PMID 15070438. 
  12. ^ Emsley, John (2001). “Chromium”. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. tr. 495–498. ISBN 0198503407. 
  13. ^ a ă Kotaś, J.; Stasicka, Z (2000). “Chromium occurrence in the environment and methods of its speciation”. Environmental Pollution 107 (3): 263–283. doi:10.1016/S0269-7491(99)00168-2. PMID 15092973. 
  14. ^ Papp, John F. “Commodity Summary 2009: Chromium”. United States Geological Survey. Truy cập ngày 17 tháng 3 năm 2009. 
  15. ^ Fleischer, Michael (l982). “New Mineral Names”. American Mineralogist 67: 854–860. 
  16. ^ http://www.mindat.org/min-1037.html Mindat with location data
  17. ^ http://www.mindat.org/locentry-27628.html Mindat
  18. ^ Gonzalez, A. R.; Ndung'u, K; Flegal, AR (2005). “Natural Occurrence of Hexavalent Chromium in the Aromas Red Sands Aquifer, California”. Environmental Science and Technology 39 (15): 5505–5511. doi:10.1021/es048835n. PMID 16124280. 
  19. ^ Tailuan Nguyen, Andrew D. Sutton, Marcin Brynda, James C. Fettinger, Gary J. Long, Philip P. Power, (ngày 4 tháng 11 năm 2005). "Synthesis of a Stable Compound with Fivefold Bonding Between Two Chromium(I) Centers", Science, tập 310, số phát hành 5749, các trang 796-797.
  20. ^ a ă Georges, Audi (2003). “The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  21. ^ Birck, J. L.; Rotaru, M; Allegre, C (1999). “53Mn-53Cr evolution of the early solar system”. Geochimica et Cosmochimica Acta 63 (23–24): 4111–4117. doi:10.1016/S0016-7037(99)00312-9. 
  22. ^ Barceloux, Donald G.; Barceloux, Donald (1999). “Chromium”. Clinical Toxicology 37 (2): 173–194. doi:10.1081/CLT-100102418. PMID 10382554. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]