Cromo: proprietà, preparazione e composti

Il cromo ha numero atomico 24 e peso atomico 51.996 u.m.a. La sua configurazione elettronica è [Ar] 3d⁵ 4s¹. Fu scoperto nel 1797 dal chimico francese Louis-Nicholas Vauquelin

Proprietà

E’ un metallo duro, lucido, di colore grigio acciaio; fonde con difficoltà ed è resistente alla corrosione.

I numeri di ossidazione più comuni del cromo sono +2, +3, +6 di cui +3 è il più stabile. Lo stato di ossidazione +6 non è stabile per il cromo: infatti i suoi composti sono ossidanti e tendono a ridursi a sali di cromo (III).

Gli effetti tossici e cancerogeni del cromo esavalente sono principalmente imputati a questa caratteristica che lo rende molto aggressivo nei confronti dei sistemi biologici. Il principale minerale del cromo è la cromite FeCr₂O₄ ossido doppio appartenente alla famiglia degli spinelli come la magnetite con la quale spesso si può confondere. La cromite si rinviene generalmente in sciami di piccoli granuli incorporati in rocce eruttive basiche.

Preparazione

Per riduzione con carbone dalla cromite si ottiene la lega ferro-cromo usata direttamente per preparare gli acciai al cromo:

FeCr₂O₄ + 4 C → Fe + 2 Cr + 4 CO

Per ottenere il metallo puro la cromite viene sottoposta a fusione alcalina ossidante che converte il cromo (III) in cromo (VI). La massa viene lisciviata, separata dal precipitato di idrossido di ferro (III) e viene quindi precipitato il bicromato. Quest’ultimo viene trasformato in ossido per riduzione con carbone e l’ossido successivamente ridotto per allumino-termia:

Na₂Cr₂O₇ + 2 C → Cr₂O₃ + Na₂CO₃ + CO

Cr₂O₃ + 2 Al → 2 Cr + Al₂O₃

Il cromo, nonostante che i suoi potenziali di riduzione lo pongano tra i metalli riducenti, è particolarmente inerte a causa di una pellicola di ossido che lo protegge da ulteriori attacchi.

Tale fenomeno è detto passivazione del metallo. Tale pellicola possiede un’altra proprietà: è dinamicamente stabile ovvero, qualora il film di ossido venisse danneggiato localmente, è in grado di riformarsi purché l’ambiente circostante abbia sufficiente potere ossidante e l’atmosfera costituisce una fonte di ossigeno sufficiente. Il cromo costituisce uno dei componenti fondamentali degli acciai e viene usato per ricoprire il ferro ottenendo un effetto ornamentale e protettivo allo stesso tempo.

Alogenuri e ossoalogenuri.

Negli stati di ossidazione superiori sono noti solo i fluoruri CrF₆ e CrF₅. Il primo è un solido giallo, assai instabile, il secondo fonde a 30°C e si idrolizza istantaneamente in acqua. Dei tetralogenuri sono noti CrF₄ , CrCl₄ e CrBr₄. Esistono tutti i trialogenuri CrX₃ che si possono ottenere in diversi modi tra cui la sintesi diretta; sono solidi, colorati che cristallizzano formando vari idrati tra cui CrX₃∙ 6 H₂O e CrF₃∙ 3 H₂O.

I dialogenuri CrX₂ sono tutti noti e si possono ottenere trattando il metallo con acido HX; lo ioduro si ottiene per sintesi diretta.

Nello stato di ossidazione VI esistono due tipi di ossoalogenuri: anionici come CrO₃Cl^– e molecolari come il fluoruro e il cloruro di cromile. CrO₂F₂ è un liquido scuro che bolle a 117°C e si può ottenere analogamente al fluoruro.

Ossidi e ossoanioni.

L’ossido di cromo (VI) , CrO₃ si ottiene trattando con acido solforico concentrato soluzioni sature di bicromati. Una particolare menzione merita la miscela cromica meglio nota come misto cromico: essa si ottiene mescolando acido solforico concentrato a bicromato di potassio a caldo.

Viene principalmente utilizzata per la pulizia della vetreria di laboratorio a causa della sinergia delle proprietà solventi e mineralizzanti dell’acido solforico concentrato e la capacità ossidativa dell’acido cromico che si forma disciogliendo il bicromato in ambiente acido. Il misto cromico viene utilizzato più volte fin quando avviene un suo passaggio di colore dall’arancio al verde, che indica la riduzione del cromo (VI) a Cr (III), ci mostra la sua inutilizzabilità.

I principali anioni del cromo (VI) sono il cromato CrO₄^2- e il bicromato Cr₂O₇^2-. Lo ione cromato è giallo, ha geometria tetraedrica ed è stabile in ambiente alcalino. I cromati si ottengono per arrostimento della cromite con soda e calce; in laboratorio si può ossidare un cromito con acqua ossigenata in ambiente alcalino:

2 Cr[OH)₅(H₂O)]^2- + 3 H₂O₂ → 2 CrO₄^2- + 10 H₂O

Per acidificazione delle soluzioni di cromato il colore vira dal giallo all’arancio per formazione dello ione bicromato Cr₂O₇^2- . Questo ione è in equilibrio con lo ione cromato:

2 CrO₄^2- + 2 H⁺ ⇌ Cr₂O₇^2- + H₂O

I bicromati sono energici ossidanti in ambiente acido:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^– → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O     E_o = + 1.33 V

Nello stato di ossidazione III il cromo ha un comportamento cationico. L’ossido Cr₂O₃ si forma per combustione dell’elemento: è un solido verde anfotero. Trattato con acidi dà sali del catione Cr³⁺, con basi dà invece cromiti contenenti idrossocomplessi.

Stato di ossidazione II

Nello stato di ossidazione II il cromo è notevolmente riducente, in soluzione acquosa è rapidamente ossidato dall’aria. Sali blu di Cr II si ottengono sciogliendo il metallo in acidi non ossidanti.

L’ossido nero CrO si ottiene trattando con acido nitrico diluito l’amalgama di cromo; è un energico riducente e, per riscaldamento all’aria dà Cr₂O₃. Dalle soluzioni di Cr II precipita per alcalinizzazione l’idrossido giallo Cr(OH)₂.