KROMIUM: SIFAT, KARAKTERISTIK DAN KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The kromium (Cr) merupakan unsur logam Grup 6 (VIB) dari tabel periodik. Ton logam ini diproduksi setiap tahun melalui ekstraksi dari mineral kromit besi atau magnesium (FeCr ₂ O ₄ , MgCr ₂ O ₄ ), yang direduksi dengan batu bara untuk mendapatkan logam. Ia sangat reaktif, dan hanya dalam kondisi yang sangat reduksi ia dalam bentuk murni.

Namanya berasal dari kata Yunani 'chroma', yang berarti warna. Itu diberi nama ini karena warna ganda dan intens yang ditunjukkan oleh senyawa kromium, baik anorganik atau organik; dari padatan hitam atau larutan menjadi kuning, oranye, hijau, ungu, biru dan merah.

Buaya krom. Model Buaya Logam Krom Perak Perak. Sumber: Maxpixel

Namun, warna krom metalik dan karbidanya berwarna keabu-abuan keperakan. Karakteristik ini dimanfaatkan dalam teknik pelapisan krom untuk memberikan banyak struktur berkilau perak (seperti yang terlihat pada buaya pada gambar di atas). Jadi, dengan "mandi dengan krom", potongan-potongan tersebut diberi kilau dan ketahanan yang tinggi terhadap korosi.

Kromium dalam larutan bereaksi cepat dengan oksigen di udara membentuk oksida. Bergantung pada pH dan kondisi oksidatif medium, ia dapat memperoleh bilangan oksidasi yang berbeda, dengan (III) (Cr ³⁺ ) menjadi yang paling stabil dari semuanya. Akibatnya, kromium (III) oksida (Cr ₂ O ₃ ) hijau adalah oksidanya yang paling stabil.

Oksida ini dapat berinteraksi dengan logam lain di lingkungan, menyebabkan, misalnya, pigmen timbal merah Siberia (PbCrO ₄ ). Pigmen ini berwarna kuning-oranye atau merah (menurut alkalinitasnya), dan darinya ilmuwan Prancis Louis Nicolas Vauquelin mengisolasi logam tembaga, itulah sebabnya ia dianugerahi sebagai penemunya.

Mineral dan oksidanya, serta sebagian kecil dari tembaga metalik membuat elemen ini menempati urutan ke-22 yang paling melimpah di kerak bumi.

Sifat kimia kromium sangat beragam karena dapat membentuk ikatan dengan hampir seluruh tabel periodik. Setiap senyawanya menunjukkan warna yang bergantung pada bilangan oksidasi, serta spesies yang berinteraksi dengannya. Demikian juga, ia membentuk ikatan dengan karbon, mengintervensi sejumlah besar senyawa organologam.

Karakteristik dan sifat

Kromium adalah logam keperakan dalam bentuknya yang murni, dengan nomor atom 24 dan berat molekul kira-kira 52 g / mol ( ⁵² Cr, isotopnya yang paling stabil).

Mengingat ikatan logamnya yang kuat, ia memiliki titik leleh yang tinggi (1907 ºC) dan titik didih (2671 ºC). Selain itu, struktur kristalnya menjadikannya logam yang sangat padat (7,19 g / mL).

Ia tidak bereaksi dengan air untuk membentuk hidroksida, tetapi ia bereaksi dengan asam. Ini teroksidasi dengan oksigen di udara, umumnya menghasilkan oksida kromik, yang merupakan pigmen hijau yang banyak digunakan.

Lapisan oksida ini menciptakan apa yang disebut pasif, melindungi logam dari korosi lebih lanjut, karena oksigen tidak dapat menembus sinus logam.

Konfigurasi elektroniknya adalah 4s ¹ 3d ⁵ , dengan semua elektron tidak berpasangan, dan karena itu menunjukkan sifat paramagnetik. Namun, perkawinan spin elektronik dapat terjadi jika logam mengalami suhu rendah, memperoleh sifat lain seperti antiferromagnetisme.

Struktur kimia kromium

Oleh PNG Asli oleh Daniel Mayer, DrBob, ditelusuri di Inkscape oleh Pengguna: Stannered (Struktur kristal), melalui Wikimedia Commons

Bagaimana struktur logam krom? Dalam bentuk murni, kromium mengasumsikan struktur kristal kubik berpusat pada tubuh (cc atau bcc). Ini berarti atom kromium terletak di tengah kubus, yang ujung-ujungnya ditempati oleh krom lain (seperti pada gambar di atas).

Struktur ini bertanggung jawab atas kromium yang memiliki titik leleh dan titik didih tinggi, serta kekerasan tinggi. Atom tembaga tumpang tindih dengan orbital s dan d mereka untuk membentuk pita konduksi menurut teori pita.

Jadi, kedua band sudah setengah penuh. Mengapa? Karena konfigurasi elektroniknya adalah 4s ¹ 3d ⁵ dan sebagai orbital s ia dapat menampung dua elektron, dan orbital d sepuluh. Kemudian hanya setengah dari pita yang dibentuk oleh tumpang tindihnya ditempati oleh elektron.

Dengan dua perspektif ini - struktur kristal dan ikatan logam - banyak sifat fisik logam ini dapat dijelaskan dalam teori. Namun, tidak ada yang menjelaskan mengapa kromium dapat memiliki berbagai bilangan atau oksidasi.

Ini akan membutuhkan pemahaman yang mendalam tentang stabilitas atom sehubungan dengan putaran elektronik.

Bilangan oksidasi

Karena konfigurasi elektron dari kromium adalah 4s ¹ 3d ^{5 ia} dapat memperoleh hingga satu atau dua elektron (Cr ^1– dan Cr ^2– ), atau kehilangan mereka untuk memperoleh bilangan oksidasi yang berbeda.

Jadi, jika kromium kehilangan elektron, itu akan menjadi 4s ⁰ 3d ⁵ ; jika dia kalah tiga, 4s ⁰ 3d ³ ; dan jika kehilangan semuanya, atau sama, maka argon akan menjadi isoelektronik.

Kromium tidak kehilangan atau memperoleh elektron hanya dengan iseng: harus ada spesies yang menyumbangkan atau menerimanya untuk berpindah dari satu bilangan oksidasi ke bilangan oksidasi lainnya.

Chromium memiliki bilangan oksidasi berikut: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, dan +6. Dari jumlah tersebut, +3, Cr ³⁺ , adalah yang paling stabil dan karena itu dominan dari semuanya; diikuti oleh +6, Cr ⁶⁺ .

Cr (-2, -1 dan 0)

Chromium sangat kecil kemungkinannya untuk mendapatkan elektron, karena ini adalah logam, dan oleh karena itu sifatnya adalah menyumbangkannya. Namun, ia dapat berkoordinasi dengan ligan, yaitu molekul yang berinteraksi dengan pusat logam melalui ikatan datif.

Salah satu yang paling terkenal adalah karbon monoksida (CO), yang merupakan senyawa heksakarbonil dari kromium.

Senyawa ini memiliki rumus molekul Cr (CO) ₆ , dan karena ligannya netral dan tidak menghasilkan muatan apapun, maka Cr memiliki bilangan oksidasi 0.

Hal ini juga dapat diamati pada senyawa organologam lainnya seperti bis (benzena) kromium. Yang terakhir, kromium dikelilingi oleh dua cincin benzena dalam struktur molekul seperti sandwich:

Oleh Ben Mills, dari Wikimedia Commons

Banyak senyawa Cr (0) lainnya dapat muncul dari kedua senyawa organologam ini.

Garam telah ditemukan di mana mereka berinteraksi dengan kation natrium, yang menyiratkan bahwa Cr harus memiliki bilangan oksidasi negatif untuk menarik muatan positif: Cr (-2), Na ₂ dan Cr (-1), Na ₂ .

Cr (I) dan Cr (II)

Cr (I) atau Cr ¹⁺ diproduksi oleh oksidasi senyawa organologam yang baru saja dijelaskan. Hal ini dicapai dengan ligan oksidasi, seperti CN atau NO, sehingga membentuk, misalnya, senyawa K ₃ .

Di sini fakta bahwa terdapat tiga kation K ⁺ menunjukkan bahwa kompleks kromium memiliki tiga muatan negatif; demikian pula ligan CN ^- menyumbang lima muatan negatif, sehingga antara Cr dan NO mereka harus menambahkan dua muatan positif (-5 + 2 = -3).

Jika NO netral, maka itu adalah Cr (II), tetapi jika NO bermuatan positif (NO ⁺ ), maka itu adalah Cr (I).

Sedangkan senyawa Cr (II) lebih melimpah, diantaranya sebagai berikut: chromium (II) chloride (CrCl ₂ ), chromous acetate (Cr ₂ (O ₂ CCH ₃ ) ₄ ), chromium oxide ( II) (CrO), chromium (II) sulfide (CrS), dan lainnya.

Cr (III)

Dari semuanya, ini adalah yang memiliki stabilitas terbesar, karena sebenarnya merupakan produk dari banyak reaksi oksidatif ion kromat. Mungkin stabilitas adalah karena d nya ³ konfigurasi elektronik , di mana tiga elektron menempati tiga yang lebih rendah-energi orbital d dibandingkan dengan dua yang lebih energik lainnya (d-orbital penggandaan).

Senyawa yang paling mewakili bilangan oksidasi ini adalah kromium (III) oksida (Cr ₂ O ₃ ). Bergantung pada ligan yang berkoordinasi dengannya, kompleks akan menunjukkan satu warna atau warna lainnya. Contoh senyawa ini adalah: Cl, Cr (OH) ₃ , CrF ₃ , ³⁺ , dll.

Meskipun rumus kimia sekilas tidak menunjukkannya, kromium biasanya memiliki bola koordinasi oktahedron dalam kompleksnya; yaitu, ia terletak di tengah sebuah oktahedron di mana simpulnya diposisikan oleh ligan (total enam).

Cr (IV) dan Cr (V)

Senyawa di mana Cr ⁵⁺ berpartisipasi sangat sedikit, karena ketidakstabilan elektronik atom tersebut, selain fakta bahwa ia mudah teroksidasi menjadi Cr ⁶⁺ , jauh lebih stabil karena bersifat isoelektronik sehubungan dengan gas mulia argon.

Namun, senyawa Cr (V) dapat disintesis dalam kondisi tertentu, seperti tekanan tinggi. Demikian juga, mereka cenderung terurai pada suhu sedang, yang membuat kemungkinan penerapannya tidak mungkin karena tidak memiliki ketahanan termal. Beberapa di antaranya adalah: CrF ₅ dan K ₃ (O ₂ ^2- adalah anion peroksida).

Di sisi lain, Cr ⁴⁺ relatif lebih stabil, mampu mensintesis senyawa halogenasinya: CrF ₄ , CrCl ₄ dan CrBr ₄ . Namun, senyawa ini juga rentan terurai oleh reaksi redoks untuk menghasilkan atom kromium dengan bilangan oksidasi yang lebih baik (seperti +3 atau +6).

Cr (VI): pasangan kromat-dikromat

2 ^2- + 2H ⁺ (Kuning) => ^2- + H ₂ O (Oranye)

Persamaan di atas sesuai dengan dimerisasi asam dari dua ion kromat untuk menghasilkan dikromat. Variasi pH menyebabkan perubahan interaksi di sekitar pusat logam Cr ⁶⁺ , juga terlihat pada warna larutan (dari kuning menjadi oranye atau sebaliknya). Dikromat terdiri dari jembatan O ₃ Cr-O-CrO ₃ .

Senyawa Cr (VI) memiliki karakteristik berbahaya bahkan karsinogenik bagi tubuh manusia dan hewan.

Bagaimana? Penelitian menyatakan bahwa ion CrO ₄ ^2- melintasi membran sel melalui aksi protein pengangkut sulfat (kedua ion sebenarnya berukuran sama).

Agen pereduksi di dalam sel mereduksi Cr (VI) menjadi Cr (III), yang terakumulasi dengan berkoordinasi secara ireversibel ke situs tertentu pada makromolekul (seperti DNA).

Setelah sel terkontaminasi oleh kelebihan kromium, ia tidak dapat keluar karena kurangnya mekanisme yang mengangkutnya kembali melalui membran.

Penggunaan Chromium

Sebagai pewarna atau pigmen

Chromium memiliki berbagai aplikasi, mulai dari pewarna untuk berbagai jenis kain, hingga pelindung yang menghiasi bagian logam dalam apa yang dikenal sebagai pelapisan krom, yang dapat dibuat dengan logam murni, atau dengan senyawa Cr (III) atau Cr (VI).

Chromic fluoride (CrF ₃ ), misalnya, digunakan sebagai pewarna untuk kain wol; kromat sulfat (Cr ₂ (SO ₄ ) ₃ ), digunakan untuk mewarnai enamel, keramik, cat, tinta, pernis, dan juga digunakan untuk logam krom; dan oksida kromik (Cr ₂ O ₃ ) juga digunakan jika diperlukan warna hijau yang menarik.

Oleh karena itu, setiap mineral kromium dengan warna pekat dapat ditakdirkan untuk menodai suatu struktur, tetapi setelah itu muncul fakta apakah senyawa ini berbahaya atau tidak bagi lingkungan atau bagi kesehatan individu.

Padahal, sifat racunnya digunakan untuk mengawetkan kayu dan permukaan lain dari serangan serangga.

Dalam krom atau metalurgi

Sejumlah kecil kromium juga ditambahkan ke baja untuk memperkuatnya melawan oksidasi dan untuk meningkatkan kilauannya. Hal ini disebabkan karena mampu membentuk karbida keabu-abuan (Cr ₃ C ₂ ) yang sangat resisten saat bereaksi dengan oksigen di udara.

Karena krom dapat dipoles hingga permukaan mengkilap, krom kemudian menampilkan desain dan warna perak sebagai alternatif yang lebih murah untuk keperluan ini.

Nutrisi

Beberapa memperdebatkan apakah kromium dapat dianggap sebagai elemen penting, yaitu sangat diperlukan dalam makanan sehari-hari. Ini ada di beberapa makanan dalam konsentrasi yang sangat kecil, seperti daun hijau dan tomat.

Demikian pula, ada suplemen protein yang mengatur aktivitas insulin dan meningkatkan pertumbuhan otot, seperti halnya kromium polynicotinate.

Di mana letaknya?

Sumber: Pixabay

Kromium ditemukan dalam berbagai macam mineral dan permata seperti rubi dan zamrud. Mineral utama dari mana kromium diekstraksi adalah kromit (MCr ₂ O ₄ ), di mana M dapat berupa logam lain yang terkait dengan kromium oksida. Tambang ini berlimpah di Afrika Selatan, India, Turki, Finlandia, Brasil, dan negara lain.

Setiap sumber memiliki satu atau lebih varian kromit. Dengan cara ini, untuk setiap M (Fe, Mg, Mn, Zn, dll.), Mineral kromium yang berbeda muncul.

Untuk mengekstraksi logam, perlu untuk mengurangi mineral, yaitu membuat pusat logam kromium mendapatkan elektron dengan aksi zat pereduksi. Ini dilakukan dengan karbon atau aluminium:

FeCr ₂ O ₄ + 4C => Fe + 2Cr + 4CO

Juga, kromit (PbCrO ₄ ) ditemukan.

Secara umum, dalam setiap mineral di mana ion Cr ³⁺ dapat menggantikan Al ³⁺ , keduanya dengan jari-jari ionik yang sedikit mirip, itu merupakan pengotor yang menghasilkan sumber alami lain dari logam yang luar biasa, tetapi berbahaya ini.

Referensi

1. Tenenbaum E. Chromium. Diambil dari: chemistry.pomona.edu
2. Wikipedia. (2018). Chromium. Diambil dari: en.wikipedia.org
3. Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (6 April 2018). Apa Perbedaan Antara Chrome dan Chromium? Diambil dari: thoughtco.com
4. NV Mandich. (sembilan belas sembilan puluh lima). Kimia Chromium. . Diambil dari: citeseerx.ist.psu.edu
5. Kimia LibreTexts. Kimia Chromium. Diambil dari: chem.libretexts.org
6. Saul 1. Shupack. (1991). Kimia Chromium dan Beberapa Masalah Analisis yang Dihasilkan. Ditinjau dari: ncbi.nlm.nih.gov
7. Advameg, Inc. (2018). Chromium. Diambil dari: chemistryexplained.com