ОКСИД ХРОМА (III): СТРУКТУРА, НОМЕНКЛАТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2024

Хром (III) , оксид или хромовый представляет собой неорганический твердый вещество зеленого цвета образуется горение металла хром (Cr) , кислород (O ₂ ), в результате чего степени окисления хрома 3+. Его химическая формула - Cr ₂ O ₃ . В природе он содержится в минерале эсколаит. Пригодные к использованию природные месторождения оксида хрома (III) неизвестны.

Он может быть получен , в частности путем нагревания Cr ₂ O ₃ гидрата (Cr ₂ O ₃ · nH ₂ O) , чтобы полностью удалить воду. Его также получают как продукт прокаливания оксида хрома (VI) (CrO ₃ ).

Пигмент оксида хрома (III). FK1954. Источник: Wikipedia Commons

Однако лучший способ получить его в чистом виде - это разложить дихромат аммония (NH ₄ ) ₂ Cr ₂ O ₇ при 200 ºC. Промышленно его получают путем восстановления твердого дихромата натрия (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) серой.

В мелком виде имеет ярко-зеленый цвет с желтоватым оттенком. Но если частицы больше, они приобретают голубоватый оттенок. Оксид хрома - самый стабильный из известных зеленых пигментов. Его термическая и химическая стойкость делают его ценным керамическим красителем.

Он используется в промышленных покрытиях, лаках, в строительной отрасли, в ювелирных изделиях, в качестве красителя в косметических или фармацевтических продуктах, среди прочего.

Структура

Оксид α-Cr ₂ O ₃ имеет корундоподобную структуру. Его кристаллическая система - гексагональный ромбоэдр. Он изоморфен α-оксиду алюминия и α-Fe ₂ O ₃ .

Эсколаит, природный минерал оксида хрома (III), имеет структуру, показанную ниже:

Кристаллическая структура минерала Эсколайта. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Eskolaite_structure.jpg. Источник: Wikipedia Commons

Номенклатура

- Оксид хрома (III).

- Зеленый оксид хрома.

- Триоксид дихрома.

- Полуторный оксид хрома.

- Хромия.

- Эсколайта: минерал оксида хрома (III).

- Гидрат: Cr ₂ O ₃ · nH ₂ O (где n 2) называется гидратом оксида хрома (III) или зеленым Guignet Green.

Гидрат оксида хрома (III). W. Oelen. Источник: Wikipedia Commons

Свойства

Физическое состояние

Кристаллическое твердое вещество.

Твердость по Моосу

9 (его кристаллы чрезвычайно твердые).

Молекулярный вес

151,99 г / моль.

Температура плавления

Он тает при 2435ºC, но начинает испаряться при 2000ºC, образуя облака зеленого дыма.

плотность

5,22 г / см ³

Растворимость

Когда он нагревается до высоких температур, он практически не растворяется в воде (3 мкг / л при 20ºC); не растворим в спиртах и ​​ацетоне; мало растворим в кислотах и ​​щелочах; sРастворим в хлорной кислоте (HClO ₄ ) на уровне 70%, в которой он разлагается.

pH

6.

Показатель преломления

2,551.

Другие свойства

- При сильном прокаливании он становится инертным по отношению к кислотам и щелочам. В противном случае Cr ₂ O ₃ и его гидратированная форма Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O являются амфотерными, легко растворяются в кислоте с образованием акваионов ³⁺ и в концентрированной щелочи с образованием «хромитов».

- При прокаливании химически устойчив к кислотам, щелочам и высоким температурам. Он чрезвычайно устойчив к SO ₂ .

- Он обладает исключительной светостойкостью благодаря тому, что его кристаллы обладают непрозрачностью, высоким ослаблением УФ-излучения и прозрачностью для видимого света.

- Это чрезвычайно твердый материал, он может поцарапать кварц, топаз и цирконий.

- Его гидрат Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O (где n 2) не обладает термической стабильностью, его гидратная вода ограничивает его применимость до температуры ниже 260 ºC. Обладает низкой тонирующей способностью и ограниченным диапазоном оттенков.

- Но указанный гидрат имеет очень чистый и яркий сине-зеленый оттенок. Он полупрозрачен, обладает низкой непрозрачностью, отличной светостойкостью и стойкостью к щелочам.

- Cr ₂ O ₃ не классифицируется как опасный материал и считается инертным мелкодисперсным порошком. На него не распространяются международные правила перевозки.

- Не раздражает кожу и слизистые оболочки.

Приложения

В керамической и стекольной промышленности

Из-за своей высокой термостойкости и химической стойкости кальцинированный Cr ₂ O ₃ используется в качестве красителя или стекловидного пигмента при производстве керамики, фарфоровых эмалей и смесей стекла.

В промышленных покрытиях

Керамика из оксида хрома (III) обеспечивает отличную стойкость к большинству агрессивных сред. Все это за счет механизма исключения субстрата из окружающей его среды.

По этой причине его используют в покрытиях для предотвращения коррозии многих материалов, применяя термическое напыление (распыление или горячее распыление).

Он также используется в качестве защиты от абразивного износа (когда удаление материала вызвано движением частиц по поверхности).

В этих случаях нанесение покрытия из Cr ₂ O ₃ путем плазменного осаждения обеспечивает высокую стойкость к истиранию.

Два предыдущих случая полезны, например, в газотурбинных двигателях в аэрокосмической промышленности.

В огнеупорной промышленности

Он используется в производстве теплового и химически стойкого кирпич, облицовочные материалов и на основе оксида алюминия огнеупорного бетона.

В разработке

Поскольку он чрезвычайно устойчив к атмосферным условиям, свету и теплу, он применяется в качестве гранулированного каменного красителя для асфальтовых крыш, бетонного цемента, высококачественных промышленных покрытий для наружных работ, стальных конструкций и фасадных покрытий (эмульгируемые краски).

В качестве пигмента в различных применениях

Он выдерживает условия вулканизации и не разлагается, поэтому его используют для пигментации резины.

Поскольку он нетоксичен, он используется в качестве пигмента для игрушек, косметики (особенно его гидрата), пластмасс, печатных красок, красок, которые контактируют с пищевыми продуктами и фармацевтическими продуктами.

В пигментной промышленности он используется в качестве сырья для производства проникающих красителей, содержащих хром, и пигментов на основе смешанных фаз оксидов металлов. Он также используется в качестве красителя для покрытия змеевиков.

Его гидрат имеет прозрачность, которая позволяет создавать полихроматические покрытия в автомобильной промышленности (металлические покрытия для автомобилей).

Благодаря своей уникальной способности отражать инфракрасное излучение (ИК) подобно хлорофиллу в растениях, в инфракрасном свете он выглядит как листва. По этой причине он широко используется в маскировочных красках или покрытиях для военных целей.

В украшениях

Он используется как краситель для синтетических драгоценных камней. Когда Cr ₂ O ₃ вводится в качестве примеси в кристаллическую решетку α-Al ₂ O ₃ , как в полудрагоценном минерале рубине, цвет становится красным, а не зеленым.

Он также используется в качестве шлифовального и полировального средства из-за его высокой твердости и абразивных свойств.

В катализе химических реакций

Нанесенный на оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ) или другие оксиды, он используется в органической химии в качестве катализатора, например, при гидрировании сложных эфиров или альдегидов с образованием спиртов и при циклизации углеводородов. Он катализирует реакцию азота (N ₂ ) с водородом (H ₂ ) с образованием аммиака (NH ₃ ).

Благодаря своей окислительно-восстановительной способности, действующей вместе с оксидом хрома (VI), он играет важную роль в дегидрировании алканов с помощью CO ₂ с образованием пропена и изобутена, поскольку цикл дезактивации-реактивации катализатора легко реализуется. Он также используется в качестве катализатора в неорганической химии.

При изготовлении хрома

Он используется в алюминотермическом производстве чистого металлического хрома. Для этого его необходимо нагреть до 1000 ºC, чтобы увеличить размер зерна.

Получение металлического хрома алюмотермическим восстановлением оксида хрома (III). Рандо Тувикене. Источник: Wikipedia Commons

О магнитных материалах

Он был добавлен в небольших количествах к магнитным материалам на аудио- и видеокассетах, придавая звуковым головкам эффект самоочистки.

Последние новинки

Пигменты, обладающие улучшенной отражательной способностью в ближней ИК-области, были получены путем легирования наночастиц Cr ₂ O ₃ солями элементов, принадлежащих к группе редкоземельных элементов, таких как лантан и празеодим.

При увеличении концентрации этих элементов коэффициент отражения солнечного света в ближней инфракрасной области увеличивается, не влияя на зеленый цвет пигмента Cr ₂ O ₃ .

Это позволяет классифицировать легированный Cr ₂ O ₃ как «холодный» пигмент, поскольку он подходит для регулирования накопления тепла.

Применительно к потолкам, автомобилям и обивке, среди прочего, он обеспечивает высокую отражательную способность инфракрасного солнечного света, что позволяет значительно снизить повышение температуры в окружающей среде.

Ссылки

1. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
2. Кирк-Отмер (1994). Энциклопедия химической технологии. Том 19. Издание четвертое. Джон Вили и сыновья.
3. Энциклопедия промышленной химии Ульмана. (1990). Пятое издание. Том A7 и A20. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
4. Американские элементы. (2019). Оксид хрома (III). Получено с сайта americanelements.com.
5. Национальная медицинская библиотека. (2019). Оксид хрома (III). Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
6. Дорфман, Митчелл Р. (2012). Покрытия с термическим напылением. В Справочнике по экологической деградации материалов. Глава 19. Восстановлено с sciencedirect.com.
7. Takehira, K. et al. (2004). CO ₂ дегидрирование пропана на катализаторе Cr-MCM-41. In Studies in Surface Science and Catalysis 153. Получено с sciencedirect.com.
8. Selvam Sangeetha et al. (2012). Функциональные пигменты из наночастиц оксида хрома (III). Красители и пигменты 94 (2012) 548-552. Восстановлено с sciencedirect.com.