Baixe Estudo do Cromo e Seus Principais Íons e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! Titulo: Estudo do Cromo e Seus Principais Ânions Introdução O metal cromo é produzido em grande escala e extensivamente empregado em ligas com ferro e metais não ferrosos, e em revestimentos obtidos por eletrodeposição. O cromo é o vigésimo primeiro elemento mais abundante na crosta terrestre, em peso. Ele é quase tão abundante quanto o cloro. O único minério de cromo de importância comercial é a cromita, FeCr2O4. O cromo é obtido em duas formas: ferrocrômio e cromo metálico puro, dependendo do uso a que se destina. O ferrocrômio é uma liga de ferro, cromo e carbono, obtido pela redução da cromita com carbono. Diversas etapas são necessárias para a obtenção de cromo puro. Inicialmente, a cromita é fundida com NaOH ao ar. Nesse processo o cromo é oxidado a cromato de sódio: 2FeCrIII2O4 + 8 NaOH + 3 ½ O2 4Na2[CrVIO4] + Fe2O3 + 4 H2O O Fe2O3 é insolúvel, mas o cromato de sódio é solúvel. Assim o Na2[CrO4] é extraído com água e acidificado para obter dicromato de sódio. Este é menos solúvel e pode ser precipitado. O dicromato de sódio é aquecido com carbono precipitado reduzido a Cr2O3: Na2[Cr2O7] + 2 C Cr2O3 + Na2CO3 + CO Finalmente o Cr2O3 é reduzido com Al ou Si para produzir o metal: Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3 Como o metal é quebradiço, raramente é usado puro, sendo empregado na obtenção de ligas não ferrosas. Ou, alternativamente, Cr2O3 é dissolvido em ácido sulfúrico e depositado eletroliticamente sobre a superfície de um metal. 1 Estados de oxidação A configuração eletrônica do Cr no estado fundamental é de d5s1, com orbitais semi preenchidos estáveis. Analisando essa configuração eletrônica pressupõe que formem compostos onde o metal se encontra nos estados de oxidação entre (+I) e (+VI). Os íons nos estados (+II), (+III) e (+VI) são os metais importantes. O Cr (+II) é redutor, o (+III) é o mais estável e importante e o Cr(+VI) é fortemente oxidante. Compostos dos elementos no estado de oxidação (+VI) Um número restrito de compostos de Cr(+VI) é conhecido. São agentes oxidantes muito fortes e compreendem os cromatos [CrO4]2-, os dicromatos, [Cr2O7]2-, trióxido de cromo, CrO3, oxo haletos, CrO3X- e CrO2X2 (X= F, Cl, Br ou I), CrOX4 ( X= F ou Cl), e CrF6. Cromato e Dicromato O cromato de sódio, Na2CrO4, é um sólido amarelo, que a rigor deveria ser chamado cromato (VI) de sódio. O método de preparação seria a fusão com NaOH. Também pode ser obtido pela fusão com Na2CO3: 4FeCr2O4 + 8 Na2CO3 + 7O2 8 Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8 CO2 É um composto muito solúvel em água e um forte agente oxidante. O dicromato de sódio, Na2Cr2O7, é um sólido cor laranja, obtido pela acidificação de uma solução de cromato. É menos solúvel em água, sendo largamente usado como agente oxidante. Em análise volumétrica (titulações), é preferível usar K2Cr2O7 no lugar de Na2Cr2O7, pois o composto de sódio é higroscópico enquanto o de potássio não. Compostos Dos Elementos No Estado De Oxidação (+III) Cromo: Os compostos de Cr3+ (ou compostos crômicos) são os mais importantes e estáveis desse elemento, embora esse íon seja muito estável em soluções 2 Propriedades de cromatos, CrO42- e dicromatos Cr2O72- No tubo que continha a solução de cloreto de cromo e hidróxido de sódio em excesso, foram adicionados algumas gotas de peróxido de hidrogênio. Em seguida, o tubo de ensaio foi levado a chama do bico de bunsen para evaporar os excessos de peróxido de hidrogênio. Adicionou-se, então, à solução algumas gotas de acido clorídrico. Após adicionou-se novamente ao tubo de ensaio algumas gotas de hidróxido de sódio. Resultados e Discussão Decomposição do dicromato de amônio Ao aquecer-se uma pequena quantidade de dicromato de amônio, (NH3)2Cr2O7, um sal brilhante que possui coloração laranja-intensa, observou- se uma reação violenta, originando um composto com textura farelenta, de cor verde escura, de baixa densidade, identificado como óxido crômico, Cr2O3. A reação é descrita por: (NH3)2Cr2O7(s) N2(g) + 4H2O(vap) + Cr2O3(s) Nesta reação, o dicromato de amônio sofre redução, com o cromo passando do estado de oxidação +VI para o estado de oxidação +III: [Cr2O7]2- Cr2O3 (+6) (-2) (+3) (-2) A variação de cor na mudança do estado de oxidação se deve à variação da transição de elétrons no subnível d. O cromo no estado fundamental se apresenta com a seguinte estrutura: No estado de oxidação +VI, a configuração do cromo é a seguinte: Enquanto no estado de oxidação +III, a configuração do cromo é: 5 Assim, na formação dos compostos, as hibridizações com o cromo +VI ocupam orbitais de energias mais baixas, e, portanto, emitem ondas eletromagnéticas com energias menores, enquanto que os compostos com o cromo +III ocupam orbitais com energia mais alta, e emitem ondas eletromagnéticas com energias maiores, o que justifica a coloração laranja para o composto (NH4)2Cr2O7 e verde para o composto Cr2O3. A variação do NOX se justifica pela forte ação oxidante do cromo +VI. Obtenção de cromato Quando a mistura de Cr2O3 e NaOH foi aquecida, obteve-se um sólido de coloração amarelo-esverdeada. Este sólido é o cromato de sódio, NaCrO4, um dos produtos da reação: Cr2O3(s) + 4NaOH(s) + O2 → 2Na2CrO4(s) + 2H2O O cromato de sódio tem coloração amarelo-vivo. O tom esverdeado deve-se, provavelmente, a resíduos de óxido crômico que restaram ser reagir, misturados ao produto da reação. Quando adicionou-se ácido sulfúrico ao cromato de sódio, obteve-se um produto de cor laranja, porém, esbranquiçado. Este resultado deve-se aos dois produtos formados na reação: 2Na2CrO4(s) + H2SO4(aq) → Na2Cr2O7(s) + Na2SO4(s) + H2O(vap) A coloração laranja indica a formação do dicromato de sódio, que possui esta cor devido ao ânion dicromato (isto quer dizer que qualquer composto que tenha o dicromato como ânion possui esta cor característica). Já a cor esbranquiçada deve-se à formação do sulfato de sódio, um sólido branco, que, apesar de ser solúvel em água, não chega a se dissolver completamente devido à quantidade de água disponível. Caráter anfótero do cromo Após a adição de aproximadamente 5 gotas de solução de NaOH 6 mol/L à uma pequena quantidade de solução de CrCl3 3 mol/L, notou-se a rápida 6 formação de um precipitado verde. Este precipitado é o hidróxido de cromo, formado na reação: CrCl3(aq) + 3NaOH(aq) → Cr(OH)3(s) + 3NaCl(aq) Agitando-se o tubo, o precipitado foi dissolvido, e mesmo com a contínua adição de solução de NaOH, o precipitado não voltou a se formar. Isto aconteceu porque o Cr(OH)3 reage novamente com o NaOH, pela seguinte reação: NaOH(aq) + Cr(OH)3 → Na[Cr(OH)4](aq) Este composto, Na[Cr(OH)4], é um sal complexo chamado tetrahidróxicromato (I) de sódio, ou cromito de sódio. Formou-se então uma solução de cor verde intensa, pois o cromito de sódio é uma substância solúvel. Novamente vemos a coloração verde, tanto no hidróxido de cromo quanto no sal complexo, pois em ambos os compostos, o cromo apresenta-se no estado de oxidação +III. Em outro tubo, repetindo-se o procedimento de adição de NaOH 6 mol/L à solução de CrCl3 3 mol/L até a precipitação de Cr(OH)3, e, em seguida, adicionando-se ácido clorídrico, obteve-se uma solução de cor verde-azulada. A reação que se processa é a seguinte: 3HCl(aq) + Cr(OH)3(s) + 3H2O(l) → [Cr(H2O)6]Cl3 Novamente, tem-se a formação de um sal complexo, o cloreto de hexaaquocromo (III), também solúvel. Neste complexo, nota-se uma coloração azulada, pois com a presença de seis ligantes, níveis de energia mais alta são preenchidos, ainda que o cromo assuma o estado de oxidação +III, da mesma forma que no complexo verde. Propriedades de cromatos e dicromatos 7