HROMA (III) OKSĪDS: STRUKTŪRA, NOMENKLATŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Hroma (III) oksīds vai hroma ir neorganisks zaļš ciets veidojas degšanas metal chromium (Cr), ar skābekli (O ₂ ), atstājot hromu oksidēšanas 3+. Tās ķīmiskā formula ir Cr ₂ O ₃ . Dabā tas ir atrodams Eskolaite minerālā. Nav zināmi izmantojami hroma (III) oksīda dabiskie nogulumi.

To var pagatavot, inter alia ar sildot Cr ₂ O ₃ hidrātu (Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O), lai pilnīgi atdalītu ūdeni. To iegūst arī kā hroma (VI) oksīda (CrO ₃ ) kalcinēšanas produktu .

Hroma (III) oksīda pigments. FK1954. Avots: Wikipedia Commons

Tomēr labākais veids, kā to iegūt tīru, ir amonija dihromāta (NH ₄ ) ₂ Cr ₂ O ₇ sadalīšanās 200 ºC temperatūrā. Rūpnieciski to iegūst, reducējot cieto nātrija dihromātu (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) ar sēru.

Kad tas ir smalki sadalīts, tam ir spilgti zaļa krāsa ar dzeltenīgu nokrāsu. Bet, ja daļiņas ir lielākas, tām ir zilgana nokrāsa. Hroma oksīds ir visstabilākais zināmais zaļais pigments. Tā termiskā un ķīmiskā izturība padara to par vērtīgu keramikas krāsvielu.

To izmanto rūpnieciskos pārklājumos, lakās, celtniecības nozarē, rotaslietās, kā krāsvielu kosmētikā vai farmaceitiskos izstrādājumos, cita starpā.

Uzbūve

Α-Cr ₂ O ₃ oksīdam ir korundam līdzīga struktūra. Tā kristālu sistēma ir sešstūra romboedrija. Tas ir izomorfs ar α-alumīnija oksīdu un α-Fe ₂ O ₃ .

Eskolaite, dabiskam hroma (III) oksīda minerālam, ir šāda struktūra:

Minerāla Eskolaíta kristāliskā struktūra. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Eskolaite_structure.jpg. Avots: Wikipedia Commons

Nomenklatūra

- hroma (III) oksīds.

- zaļais hroma oksīds.

- Dihroma trioksīds.

- hroma seskioksīds.

- Hromija.

- Eskolaíta: hroma (III) oksīda minerāls.

- Hidrāts: Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O (kur n ≅ 2) tiek saukts par hroma (III) oksīda hidrātu vai Guignet Green.

Hroma (III) oksīda hidrāts. W. Oelen. Avots: Wikipedia Commons

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Kristāliska cieta viela.

Mosa cietība

9 (tā kristāli ir ārkārtīgi cieti).

Molekulārais svars

151,99 g / mol.

Kušanas punkts

Tas kūst 2435ºC temperatūrā, bet sāk iztvaikot 2000ºC temperatūrā, veidojot zaļu dūmu mākoņus.

Blīvums

5,22 g / cm ³

Šķīdība

Kad tas ir uzkarsēts līdz augstām temperatūrām, tas praktiski nešķīst ūdenī (3 mikrogrami / L pie 20ºC); nešķīst spirtos un acetonā; vāji šķīst skābēs un sārmos; sšķīst perhlorskābē (HClO ₄ ) 70% apjomā, kurā tas sadalās.

pH

6.

Refrakcijas indekss

2551.

Citas īpašības

- Ja tas ir stipri kalcinēts, tas kļūst inerts pret skābēm un bāzēm. Citādi Cr ₂ O ₃ un tā hidratētā forma Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O ir amfotēriski, viegli izšķīst skābē, iegūstot ³⁺ akva jonus , un koncentrētā sārmā, veidojot “hromītus”.

- Karsējot, tas ir ķīmiski izturīgs pret skābēm, sārmiem un augstu temperatūru. Tas ir īpaši stabils attiecībā pret SO ₂ .

- Tam piemīt izcila pretestība gaismai, pateicoties tā kristālu necaurredzamībai, augstam UV staru vājinājumam un caurspīdīgumam pret redzamo gaismu.

- Tas ir ārkārtīgi ciets materiāls, kas var saskrāpēt kvarcu, topāzu un cirkoniju.

- Tā hidrātam Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O (kur n ≅ 2) nav termiskās stabilitātes, tā hidratācijas ūdens pielietojums ir zemāks par 260 ºC. Tam ir zema tonēšanas spēja un ierobežots toņu klāsts.

- Bet minētajam hidrātam ir ļoti tīra un spilgti zili zaļa nokrāsa. Tas ir daļēji caurspīdīgs, tam piemīt zema necaurredzamība, lieliska izturība pret gaismu un izturība pret sārmiem.

- Cr ₂ O ₃ netiek klasificēts kā bīstams materiāls un tiek uzskatīts par inertu smalku pulveri. Uz to neattiecas starptautisko pārvadājumu noteikumi.

- Tas nekairina ādu vai gļotādas.

Lietojumprogrammas

Keramikas un stikla rūpniecībā

Sakarā ar augsto izturību pret karstumu un ķīmisko izturību, kalcinēts Cr ₂ O ₃ tiek izmantots kā krāsviela vai stiklveida pigments keramikas ražošanā, porcelāna emaljās un stikla maisījumos.

Rūpnieciskos pārklājumos

Hroma (III) oksīda keramika nodrošina izcilu izturību pret lielāko daļu korozīvu vidi. Tas viss notiek caur substrāta izslēgšanas mehānismu no apkārtējās vides.

Šī iemesla dēļ to izmanto pārklājumos, lai novērstu daudzu materiālu koroziju, uzklājot ar termisko izsmidzināšanu (pulverizāciju vai karstu smidzināšanu).

To izmanto arī kā aizsardzību pret abrazīvu nodilumu (ja materiāla noņemšanu izraisa daļiņas, kas pārvietojas pa virsmu).

Šajos gadījumos Cr ₂ O ₃ pārklājuma uzklāšana ar plazmas pārklāšanu rada lielu nodilumizturību.

Divi iepriekšējie gadījumi ir noderīgi, piemēram, gāzes turbīnu dzinējos aviācijas un kosmosa rūpniecībā.

Ugunsizturīgo materiālu nozarē

To izmanto termiski un ķīmiski izturīgu ķieģeļu, apdares materiālu un ugunsizturīga betona uz alumīnija oksīda bāzes ražošanā.

Būvniecībā

Tā kā tas ir īpaši izturīgs pret atmosfēras apstākļiem, gaismu un karstumu, to izmanto kā granulētu akmeņu krāsvielu asfalta jumtiem, betona cementam, augstas kvalitātes rūpnieciskiem pārklājumiem ārdarbiem, tērauda konstrukcijām un fasāžu pārklājumiem (emulģējamām krāsām).

Kā pigments dažādos pielietojumos

Tas var izturēt vulkanizācijas apstākļus un nesadalās, tāpēc to izmanto gumijas pigmentācijā.

Tā kā tas nav toksisks, to izmanto kā pigmentu rotaļlietām, kosmētikai (īpaši tā hidrātam), plastmasai, iespiedkrāsām, krāsām, kas nonāk saskarē ar pārtiku un farmaceitiskiem izstrādājumiem.

Pigmentu rūpniecībā to izmanto kā izejvielu, lai iegūtu caurspīdīgas krāsvielas, kas satur hromu, un pigmentos, kuru pamatā ir jauktas metāla oksīda fāzes. To izmanto arī kā krāsas krāsu spoļu pārklāšanai.

Tās hidrātam ir caurspīdīgums, kas ļauj formulēt polihromatiskus apdares materiālus automobiļu rūpniecībā (metāliski automobiļu apdares materiāli).

Sakarā ar unikālo īpašību, kas atspoguļo infrasarkano starojumu (IR) līdzīgi kā hlorofilu augos, infrasarkanā gaismā tas izskatās kā lapotne. Šī iemesla dēļ to plaši izmanto maskēšanās krāsās vai pārklājumos militārām vajadzībām.

Rotaslietās

To izmanto kā sintētisko dārgakmeņu krāsvielu. Kad α-Al ₂ O ₃ kristāliskajā režģī kā piemaisījumu ievada Cr ₂ O ₃ , piemēram, pusdārgakmeņu minerālā rubīnā, krāsa ir sarkana, nevis zaļa.

To izmanto arī kā slīpēšanas un pulēšanas līdzekli, ņemot vērā tā augsto cietību un abrazīvās īpašības.

Ķīmisko reakciju katalīzē

Atbalstīts ar alumīnija oksīdu (Al ₂ O ₃ ) vai citiem oksīdiem, to izmanto organiskajā ķīmijā kā katalizatoru, piemēram, esteru vai aldehīdu hidrogenēšanā, lai iegūtu spirtus, un ogļūdeņražu ciklizācijā. Tas katalizē slāpekļa (N ₂ ) reakciju ar ūdeņradi (H ₂ ), veidojot amonjaku (NH ₃ ).

Sakarā ar oksīda reducēšanas spēju, kas darbojas kopā ar hroma (VI) oksīdu, tam ir svarīga loma alkānu dehidrogenēšanā ar CO _2, lai iegūtu propenu un izobutēnu, jo katalizatora deaktivizācijas-reaktivācijas cikls ir viegli izpildāms. To izmanto arī kā katalizatoru neorganiskajā ķīmijā.

Hroma ražošanā

To izmanto tīra hroma metāla aluminotermiskā ražošanā. Šim nolūkam tas jāuzsilda līdz 1000 ºC, lai palielinātu graudu lielumu.

Hroma metāla sagatavošana ar hroma (III) oksīda aluminotermisku reducēšanu. Rando Tuvikene. Avots: Wikipedia Commons

Uz magnētiskiem materiāliem

Nelielā daudzumā tas ir pievienots magnētiskajiem materiāliem audio un video lentēs, piešķirot skaņas galviņām pašattīrīšanās efektu.

Jaunākās inovācijas

Pigmenti, kuriem ir uzlabojusies tuvās IR atstarošanās spēja, ir iegūti, pieliekot Cr ₂ O ₃ nanodaļiņas ar sāļiem elementiem, kas pieder pie retzemju grupas, piemēram, lantāna un prazeodīma.

Palielinot šo elementu koncentrāciju, palielinās tuvās infrasarkanās saules atstarošanās spēja, neietekmējot Cr ₂ O ₃ pigmenta zaļo krāsu .

Tas ļauj leģētu Cr ₂ O ₃ klasificēt kā "aukstu" pigmentu, jo tas ir piemērots siltuma uzkrāšanās kontrolei.

Pielietojot griestiem, automašīnām un salona apdarei, tas, cita starpā, sasniedz augstu IS saules gaismas atstarojumu, kas ļauj ievērojami samazināt siltuma pieaugumu vidē.

Atsauces

1. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
2. Kirk-Othmer (1994). Ķīmiskās tehnoloģijas enciklopēdija. 19. sējums. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
3. Ulmana rūpnieciskās ķīmijas enciklopēdija. (1990). Piektais izdevums. Sējums A7 un A20. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
4. Amerikas elementi. (2019. gads). Hroma (III) oksīds. Atgūts no vietnes americanelements.com.
5. Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Hroma (III) oksīds. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
6. Dorfmans, Mitčels R. (2012). Termiski izsmidzināmi pārklājumi. Materiālu vides degradācijas rokasgrāmatā. 19. nodaļa. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
7. Takehira, K. et al. (2004). Propāna CO ₂ dehidrogenēšana ar Cr-MCM-41 katalizatoru. Pētījumos virszemes zinātnē un katalīzē 153. Atgūts no sciencedirect.com.
8. Selvam Sangeetha et al. (2012). Funkcionālie pigmenti no hroma (III) oksīda nanodaļiņām. Krāsvielas un pigmenti 94 (2012) 548–552. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.