Kimyo · Elementlar kimyosi · 9-sinf

Xrom va marganets: rangli ionlar

Nega xrom birikmalari sariq, to‘q sariq, yashil va havorang bo‘la oladi?

Vaziyat

Oshxonadagi jo‘mrak yaltirab turadi — u xrom bilan qoplangan; qoshiq va qozonlar «zanglamaydigan po‘lat»dan, uning tarkibida ≈ 18 % xrom bor. Laboratoriyada esa xrom tuzlari rang-barang: kaliy xromat sariq, dixromat to‘q sariq, xrom(III) tuzlari yashil, xrom(II) — havorang. Qo‘shni element marganetsning «margansovka»si binafsha, qaytaruvchi qo‘shilsa kislotada rangsizlanadi, ishqorda esa yashil bo‘ladi. Rang nimaga bog‘liq va bitta element qanday qilib shuncha rangga kiradi?

Mavzu

Xrom va marganets: rangli valentliklar. Xromlangan jilo va zanglamaydigan po‘lat: kaliy dixromat to‘q sariqdan yashilga, margansovka binafsharangdan rangsizga

Asosiy tushunchalar

Oksidlanish darajasi va rang
Xromat ⇌ dixromat
KMnO₄ uch muhitda

Formulalar

2 CrO_{4}^{2 -} + 2 H^{+} \overset{}{⇌} Cr_{2} O_{7}^{2 -} + H_{2} O

Xromat ⇌ dixromat: kislota qo‘shilsa sariq eritma to‘q sariq bo‘ladi, ishqor qo‘shilsa — aksincha; oksidlanish darajasi +6 o‘zgarmaydi.

Cr_{2} O_{7}^{2 -} + 14 H^{+} + 6 e^{-} \overset{}{\to} 2 Cr^{3 +} + 7 H_{2} O

Dixromat — kuchli oksidlovchi: kislotali muhitda har Cr⁺⁶ uchta elektron olib, yashil Cr³⁺ ga aylanadi.

Cr (OH)_{3} + 3 HCl \overset{}{\to} CrCl_{3} + 3 H_{2} O Cr (OH)_{3} + 3 NaOH \overset{}{\to} Na_{3} [Cr (OH)_{6}]

Cr(OH)₃ — amfoter gidroksid (14-lab. ishi).

MnO_{4}^{-} \overset{\overset{}{H^{+}}}{\to} Mn^{2 +} MnO_{4}^{-} \overset{\overset{}{H_{2} O}}{\to} MnO_{2} MnO_{4}^{-} \overset{\overset{}{OH^{-}}}{\to} MnO_{4}^{2 -}

KMnO₄ ning qaytarilishi muhitga bog‘liq: rangsiz Mn²⁺ (5 e⁻), qo‘ng‘ir MnO₂ (3 e⁻), yashil manganat (1 e⁻).

Cr_{2} O_{3} + 2 Al \overset{}{\to} 2 Cr + Al_{2} O_{3}

Xrom alyuminotermiya bilan olinadi.

Nazariya

Xrom: o‘rni va xossalari (31-§)

Xrom Cr — 24-element, 4-davr, VI B guruhcha: [Ar] 3d⁵ 4s¹ — 4s dan bitta elektron 3d ga o‘tgan (yarim to‘lgan d-qavat barqaror). Oksidlanish darajalari +2, +3, +6. Xrom — kumushsimon-havorang, juda qattiq (Moos shkalasi bo‘yicha 8,5 — sof metallar ichida eng qattig‘i), ρ = 7,19 g/sm³, 1907 °C da suyuqlanadi. Havoda yupqa Cr₂O₃ pardasi bilan qoplanib passivlanadi — shuning uchun zanglamaydi. Asosiy rudasi — xromit FeCr₂O₄; metall alyuminotermiya bilan olinadi ( $Cr_{2} O_{3} + 2 Al \overset{}{\to} 2 Cr + Al_{2} O_{3}$ ), po‘lat uchun esa ferroxrom eritiladi. Po‘latga ≈ 11 % dan ko‘p xrom qo‘shilsa, sirtida o‘z-o‘zidan tiklanadigan oksid parda hosil bo‘ladi — zanglamaydigan po‘lat (oshxona idishlari uchun ko‘pincha 18 % Cr va 8–10 % Ni, «18/8»). Xromlash — buyumga (odatda nikel ustidan) 1 mkm dan yupqa yaltiroq xrom qatlami yuritish; vannalarda Cr(VI) birikmalari ishlatiladi.

Xromning +2, +3, +6 birikmalari (32-§, 14-lab. ishi)

Cr(II): CrO — asosli oksid; Cr²⁺ eritmalari havorang, kuchli qaytaruvchi — havoda tez Cr³⁺ ga oksidlanadi: $4 Cr^{2 +} + O_{2} + 4 H^{+} \overset{}{\to} 4 Cr^{3 +} + 2 H_{2} O$ . Cr(III): Cr₂O₃ — yashil, amfoter (bo‘yoq pigmenti); Cr(OH)₃ — kulrang-yashil amfoter cho‘kma: $Cr^{3 +} + 3 OH^{-} \overset{}{\to} Cr (OH)_{3}$ , kislotada eriydi ( $Cr (OH)_{3} + 3 HCl \overset{}{\to} CrCl_{3} + 3 H_{2} O$ ), ishqorning ortig‘ida — zumrad-yashil geksagidroksoxromat ( $Cr (OH)_{3} + 3 OH^{-} \overset{}{\to} [Cr (OH)_{6}]^{3 -}$ ). Cr³⁺ tuzlari eritmasi yashil yoki binafsha-yashil. Cr(VI): CrO₃ — to‘q qizil kislotali oksid; xromatlar (CrO₄²⁻) sariq, dixromatlar (Cr₂O₇²⁻) to‘q sariq — kislotali muhitda kuchli oksidlovchi. 14-lab. ishida: dixromat xlorid kislotada rux bilan avval yashil Cr³⁺ ga, yopiq probirkada esa havorang Cr²⁺ ga qaytariladi ( $Cr_{2} O_{7}^{2 -} + 3 Zn + 14 H^{+} \overset{}{\to} 2 Cr^{3 +} + 3 Zn^{2 +} + 7 H_{2} O$ , $2 Cr^{3 +} + Zn \overset{}{\to} 2 Cr^{2 +} + Zn^{2 +}$ ); ishqoriy muhitda H₂O₂ Cr(III) ni yana sariq xromatgacha oksidlaydi: $2 [Cr (OH)_{6}]^{3 -} + 3 H_{2} O_{2} \overset{}{\to} 2 CrO_{4}^{2 -} + 2 OH^{-} + 8 H_{2} O$ ; kislotada sulfit dixromatni yashil Cr³⁺ ga qaytaradi: $Cr_{2} O_{7}^{2 -} + 3 SO_{3}^{2 -} + 8 H^{+} \overset{}{\to} 2 Cr^{3 +} + 3 SO_{4}^{2 -} + 4 H_{2} O$ .

Muhit va rang: xromat ⇌ dixromat

Xromat va dixromat bir-biriga muhitga qarab o‘tadi: $2 CrO_{4}^{2 -} + 2 H^{+} \overset{}{⇌} Cr_{2} O_{7}^{2 -} + H_{2} O$ . Bu oksidlanish-qaytarilish emas — xrom +6 bo‘lib qoladi, faqat ion tarkibi o‘zgaradi. Le Shatelye prinsipi bo‘yicha H⁺ qo‘shilsa muvozanat o‘ngga (to‘q sariq), OH⁻ qo‘shilsa chapga (sariq) siljiydi: $Cr_{2} O_{7}^{2 -} + 2 OH^{-} \overset{}{\to} 2 CrO_{4}^{2 -} + H_{2} O$ . Aniqrog‘i eritmada uchta zarracha bor: CrO₄²⁻, HCrO₄⁻ va Cr₂O₇²⁻ (25 °C: $\lg K$ (2HCrO₄⁻ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O) = 1,76, HCrO₄⁻ ning p $K_{a}$ ≈ 6,1). Dixromat ulushi konsentratsiyaga ham bog‘liq: 0,04 mol/l eritmada pH < 5 da xromning ≈ 63 % i dixromat holida, qolgani HCrO₄⁻; pH > 8 da deyarli hammasi xromat. Grafikda shu taqsimot zaryad balansidan aniq hisoblanadi.

Marganets (33-§)

Marganets Mn — 25-element, VII B guruhcha: [Ar] 3d⁵ 4s². Oksidlanish darajalari +2, +4, +6, +7, har biri o‘z rangida: Mn²⁺ — juda och pushti (deyarli rangsiz), MnO₂ — qo‘ng‘ir-qora qattiq modda, manganat MnO₄²⁻ — yashil, permanganat MnO₄⁻ — binafsha. KMnO₄ («margansovka») — kuchli oksidlovchi, qaytarilish mahsuloti muhitga bog‘liq: kislotada $2 MnO_{4}^{-} + 5 SO_{3}^{2 -} + 6 H^{+} \overset{}{\to} 2 Mn^{2 +} + 5 SO_{4}^{2 -} + 3 H_{2} O$ , neytralda $2 MnO_{4}^{-} + 3 SO_{3}^{2 -} + H_{2} O \overset{}{\to} 2 MnO_{2} + 3 SO_{4}^{2 -} + 2 OH^{-}$ , ishqorda $2 MnO_{4}^{-} + SO_{3}^{2 -} + 2 OH^{-} \overset{}{\to} 2 MnO_{4}^{2 -} + SO_{4}^{2 -} + H_{2} O$ . Qizdirilganda kislorod ajratadi: $2 KMnO_{4} \overset{}{\to} K_{2} MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}$ . MnO₂ vodorod peroksid parchalanishining katalizatori: $2 H_{2} O_{2} \overset{}{\to} 2 H_{2} O + O_{2}$ . Marganets po‘lat ishlab chiqarishda kislorod va oltingugurtni bog‘laydi; marganetsli (Gadfild) po‘lat (≈ 11–14 % Mn, ≈ 1–1,3 % C) zarbdan sirti qattiqlashadi — ekskavator cho‘michlari, relslarning kesishma qismlari undan.

Oksidlanish darajasi va xossalar

d-elementlarda oksidlanish darajasi ortishi bilan oksid va gidroksidlarning xossasi asosli → amfoter → kislotali tomon o‘zgaradi: CrO (asosli) → Cr₂O₃ (amfoter) → CrO₃ (kislotali, unga H₂CrO₄ va H₂Cr₂O₇ mos keladi); MnO (asosli) → MnO₂ (amfoter) → Mn₂O₇ (kislotali, HMnO₄). Eng past daraja — qaytaruvchi (Cr²⁺ havoda oksidlanadi), eng yuqorisi — oksidlovchi (Cr₂O₇²⁻, MnO₄⁻). Ranglar to‘lmagan d-qavat elektronlarining yorug‘lik yutishidan (Cr³⁺, Cr²⁺, Mn²⁺) yoki kislorod va metall orasidagi zaryad ko‘chishidan (CrO₄²⁻, MnO₄⁻ — bu ionlarda d-elektron yo‘q, lekin juda kuchli rangli).

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: Cr(VI) birikmalari — xromatlar, dixromatlar, CrO₃ — zaharli va kanserogen (Xalqaro saraton tadqiqotlari agentligi, IARC, 1-guruh): changi yoki tumani nafas bilan kirsa o‘pka saratoni xavfini oshiradi, teri va shilliq qavatni yallig‘laydi, allergiya chaqiradi. Ular bilan faqat qo‘lqop, himoya ko‘zoynagi va tortish shkafida, oz miqdorda ishlanadi; chiqindisi rakovinaga to‘kilmaydi — yig‘iladi va Cr(III) gacha qaytariladi. Metall xrom va Cr(III) birikmalari ancha kam xavfli. KMnO₄ kristallari va quyuq eritmasi terini kuydiradi; kristallari glitserin kabi organik moddalar bilan yong‘in chiqarishi mumkin. Kislotani suvga quying, aksincha emas. Model: Cr(VI) taqsimoti aniq (Cruywagen va boshq., 1998, 25 °C, ion kuchi 0,1 M); probirkalarda pH taxminiy, reaksiyalar stexiometriya bo‘yicha, rux va havo bilan sekin jarayonlar model vaqtida (1 s ≈ 1 min). Ranglar Ber–Lambert qonuni bo‘yicha taxminiy. Po‘lat korroziyasi — faqat sifat modeli (1 s ≈ 1 kun).

Bilasizmi?

Xrom nomi yunoncha «chroma» — «rang» so‘zidan olingan: uning birikmalari qizil, to‘q sariq, sariq, yashil, binafsha va havorang bo‘ladi. Yoqutning qizil rangi Al₂O₃ kristallidagi oz miqdordagi Cr³⁺ ionlaridan, zumradning yashil rangi ham asosan Cr³⁺ dan (ba’zan vanadiydan).
Xrom Moos shkalasi bo‘yicha 8,5 qattiqlikka ega — sof metallar ichida eng qattig‘i: elementlar orasida undan faqat olmos (uglerod) va bor qattiqroq.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Cho‘yan va po‘lat olish — 9-sinf
Metallar va qotishmalar — 9-sinf
Ishqoriy metallar va soda — 9-sinf
Alyuminiy va uning birikmalari — 9-sinf
Mis, kumush, oltin va rux — 9-sinf
Temir va uning birikmalari — 9-sinf
s- va p-elementlar qonuniyatlari — 1-kurs
d- va f-elementlar: rang, redoks — 1-kurs
Kompleks birikmalar va ligandlar — 1-kurs
Kimyo zavodi: reaktor va sexlar — 4-kurs