ક્રોમિયમ (Cr): એક વ્યાપક પુનરાવર્તન માર્ગદર્શિકા

ક્રોમિયમ (Cr) નો પરિચય

ક્રોમિયમ (Cr) એ ચાંદી-સફેદ, સખત અને બરડ સંક્રાંતિ ધાતુ છે. તે તેની ઊંચી ચમક, ઝાંખપ સામે પ્રતિકાર અને ઊંચા ગલનબિંદુ માટે ખૂબ મૂલ્યવાન છે. તેના વિવિધ ઉપયોગો, મિશ્ર ધાતુઓના ગુણધર્મોને વધારવાથી લઈને આકર્ષક પિગમેન્ટ્સ પ્રદાન કરવા સુધી, તેને વિવિધ ઔદ્યોગિક અને તકનીકી ક્ષેત્રોમાં એક મહત્વપૂર્ણ તત્વ બનાવે છે. તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો, ખાસ કરીને તેની પરિવર્તનશીલ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ અને રેડોક્સ વર્તનને સમજવું સ્પર્ધાત્મક પરીક્ષાઓ માટે આવશ્યક છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

સંજ્ઞા: Cr
પરમાણુ ક્રમાંક: 24
પરમાણુ દળ: 51.996 u
ઇલેક્ટ્રોનિક રચના: [Ar] 3d⁵ 4s¹ (અર્ધ-ભરાયેલા d-કક્ષકોની સ્થિરતાને કારણે અપવાદ)
સમૂહ: 6
આવર્ત: 4
બ્લોક: d-બ્લોક (સંક્રાંતિ ધાતુ)
સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: +2, +3, +6 (સૌથી સ્થિર: +3)
પ્રકૃતિ: સખત, ચળકતી, ચાંદી-સફેદ ધાતુ. ઘણા સંયોજનોમાં પેરામેગ્નેટિઝમ દર્શાવે છે.
ઘનતા: 7.19 g/cm³
ગલનબિંદુ: 1907 °C
ઉત્કલનબિંદુ: 2671 °C
પ્રતિક્રિયાત્મકતા: હવાના સંપર્કમાં આવતા નિષ્ક્રિય ઓક્સાઇડ સ્તર બનાવે છે, જે તેને કાટ સામે પ્રતિરોધક બનાવે છે.

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

ક્રોમિયમની ઇલેક્ટ્રોન રચના, [Ar] 3d⁵ 4s¹, એ ઔફબાઉ સિદ્ધાંતનો અપવાદ છે, જ્યાં 4s કક્ષકમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોન 3d કક્ષકમાં પ્રમોટ થાય છે જેથી વધુ સ્થિર અર્ધ-ભરાયેલ d-ઉપકક્ષક (3d⁵) અને અર્ધ-ભરાયેલ s-ઉપકક્ષક (4s¹) પ્રાપ્ત કરી શકાય.

ક્રોમિયમ વિવિધ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ દર્શાવે છે, જેમાં +2, +3, અને +6 સૌથી સામાન્ય અને મહત્વપૂર્ણ છે:

+2 ઓક્સિડેશન અવસ્થા: (દા.ત., CrCl₂, CrSO₄). સામાન્ય રીતે રિડ્યુસિંગ અને હવામાં અસ્થિર.
+3 ઓક્સિડેશન અવસ્થા: (દા.ત., Cr₂O₃, CrCl₃). સૌથી સ્થિર અને સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા. સંયોજનો ઘણીવાર લીલા અથવા જાંબલી અને ઉભયધર્મી હોય છે.
+6 ઓક્સિડેશન અવસ્થા: (દા.ત., K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇, CrO₃). અત્યંત ઓક્સિડાઇઝિંગ, ખાસ કરીને એસિડિક માધ્યમમાં. સંયોજનો સામાન્ય રીતે પીળા (ક્રોમેટ) અથવા નારંગી (ડાયક્રોમેટ) અને ઝેરી હોય છે.

ક્રોમિયમના સંયોજનો, ખાસ કરીને +3 ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં, d-કક્ષકોની બંધન માટેની ઉપલબ્ધતાને કારણે અસંખ્ય સંકલન સંકુલ (coordination complexes) બનાવવા માટે જાણીતા છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

1. ઓક્સિજન સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ

ઊંચા તાપમાને, ક્રોમિયમ ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ક્રોમિયમ(III) ઓક્સાઇડ બનાવે છે. 4 Cr (s) + 3 O₂ (g) → 2 Cr₂O₃ (s)

2. એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ

બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ (દા.ત., HCl, H₂SO₄ (મંદ)): ક્રોમિયમ ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન મુક્ત કરે છે, અને Cr(II) ક્ષાર બનાવે છે. Cr (s) + 2 HCl (aq) → CrCl₂ (aq) + H₂ (g)
ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ (દા.ત., HNO₃, H₂SO₄ (સાંદ્ર)): ક્રોમિયમ તેની સપાટી પર ક્રોમિયમ(III) ઓક્સાઇડનું રક્ષણાત્મક, અભેદ્ય સ્તર બનવાને કારણે નિષ્ક્રિય બને છે.

3. ક્રોમાઇટ અયસ્ક (FeCr₂O₄) માંથી પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ (K₂Cr₂O₇) ની બનાવટ

પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ એક મહત્વપૂર્ણ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે અને તેની બનાવટમાં ત્રણ મુખ્ય પગલાં શામેલ છે:

પગલું 1: ક્રોમાઇટ અયસ્કને સોડા એશ (Na₂CO₃) અને હવા સાથે શેકવો (Roasting). 4 FeCr₂O₄ (s) + 8 Na₂CO₃ (s) + 7 O₂ (g) → 8 Na₂CrO₄ (aq) + 2 Fe₂O₃ (s) + 8 CO₂ (g) (સોડિયમ ક્રોમેટનું પીળું દ્રાવણ બને છે)
પગલું 2: સોડિયમ ક્રોમેટને એસિડિકરણ દ્વારા સોડિયમ ડાયક્રોમેટમાં રૂપાંતર. 2 Na₂CrO₄ (aq) + H₂SO₄ (aq) → Na₂Cr₂O₇ (aq) + Na₂SO₄ (aq) + H₂O (l) (ડાયક્રોમેટ બનવાને કારણે પીળું ક્રોમેટ દ્રાવણ નારંગી રંગનું બને છે)
પગલું 3: સોડિયમ ડાયક્રોમેટને પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટમાં રૂપાંતર. Na₂Cr₂O₇ (aq) + 2 KCl (aq) → K₂Cr₂O₇ (s) + 2 NaCl (aq) (ઓછું દ્રાવ્ય હોવાને કારણે પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ સ્ફટિકીકૃત થાય છે.)

4. ક્રોમેટ (CrO₄²⁻) અને ડાયક્રોમેટ (Cr₂O₇²⁻) આયનોનું આંતરરૂપાંતરણ

ક્રોમેટ અને ડાયક્રોમેટ આયનો સંતુલનમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે pH-આધારિત છે.

એસિડિક માધ્યમમાં (pH < 7): પીળો ક્રોમેટ નારંગી ડાયક્રોમેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. 2 CrO₄²⁻ (aq, yellow) + 2 H⁺ (aq) ⇌ Cr₂O₇²⁻ (aq, orange) + H₂O (l)
આલ્કલાઇન માધ્યમમાં (pH > 7): નારંગી ડાયક્રોમેટ પીળા ક્રોમેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. Cr₂O₇²⁻ (aq, orange) + 2 OH⁻ (aq) ⇌ 2 CrO₄²⁻ (aq, yellow) + H₂O (l)

5. પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ (K₂Cr₂O₇) ના ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મો

પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ એસિડિક માધ્યમમાં એક પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, જ્યાં Cr(VI) નું Cr(III) માં રિડક્શન થાય છે.

આયનીય અર્ધ-પ્રતિક્રિયા: Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
આયોડાઇડનું આયોડિનમાં ઓક્સિડેશન: 6 I⁻ (aq) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) → 3 I₂ (s) + 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
ફેરસ આયનોનું ફેરિક આયનોમાં ઓક્સિડેશન: 6 Fe²⁺ (aq) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) → 6 Fe³⁺ (aq) + 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
સલ્ફાઇટ/સલ્ફર ડાયોક્સાઇડનું સલ્ફેટમાં ઓક્સિડેશન: 3 SO₂ (g) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 2 H⁺ (aq) → 3 SO₄²⁻ (aq) + 2 Cr³⁺ (aq) + H₂O (l)

6. ક્રોમિલ ક્લોરાઇડ કસોટી (ક્લોરાઇડ આયનો માટે)

આ ક્લોરાઇડ આયનો માટેની એક વિશિષ્ટ કસોટી છે, જે બાષ્પશીલ ક્રોમિલ ક્લોરાઇડ બનાવે છે.

ઘન ધાતુ ક્લોરાઇડ (દા.ત., NaCl) અને સાંદ્ર H₂SO₄ સાથે K₂Cr₂O₇ ની પ્રતિક્રિયા: K₂Cr₂O₇ (s) + 4 NaCl (s) + 6 H₂SO₄ (conc.) → 2 CrO₂Cl₂ (g, red-orange vapours) + 2 KHSO₄ (aq) + 4 NaHSO₄ (aq) + 3 H₂O (l)
પુષ્ટિ: ક્રોમિલ ક્લોરાઇડની લાલ-નારંગી વરાળને NaOH દ્રાવણમાં પસાર કરવામાં આવે છે, જે સોડિયમ ક્રોમેટનું પીળું દ્રાવણ બનાવે છે. CrO₂Cl₂ (g) + 4 NaOH (aq) → Na₂CrO₄ (aq, yellow) + 2 NaCl (aq) + 2 H₂O (l) પીળા દ્રાવણમાં લેડ એસિટેટ ઉમેરવાથી લેડ ક્રોમેટ (PbCrO₄) ના પીળા અવક્ષેપ મળે છે.

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

ધાતુશાસ્ત્ર: ક્રોમિયમ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ (દા.ત., 18% Cr, 8% Ni ફોર 18/8 સ્ટેનલેસ સ્ટીલ) અને અન્ય મિશ્ર ધાતુઓ (દા.ત., નાઇક્રોમ) માં તેની કઠિનતા, કાટ પ્રતિકાર અને ઊંચા તાપમાનની શક્તિને કારણે એક મુખ્ય ઘટક છે.
ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ: ક્રોમિયમ પ્લેટિંગ (ક્રોમ પ્લેટિંગ) ધાતુની વસ્તુઓને સખત, ચળકતી, કાટ-પ્રતિરોધક ફિનિશ પ્રદાન કરે છે.
પિગમેન્ટ્સ: ક્રોમિયમ સંયોજનો પિગમેન્ટ્સ તરીકે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
- ક્રોમિયમ(III) ઓક્સાઇડ (Cr₂O₃) ને “ક્રોમ ગ્રીન” કહેવાય છે.
- લેડ ક્રોમેટ (PbCrO₄) ને “ક્રોમ યલો” કહેવાય છે.
ઉત્પ્રેરક: ક્રોમિયમ સંયોજનો વિવિધ કાર્બનિક અને અકાર્બનિક પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
ટેનિંગ: ક્રોમિયમ(III) ક્ષાર (દા.ત., બેઝિક ક્રોમિયમ સલ્ફેટ) ચામડાને વધુ લવચીક અને ટકાઉ બનાવવા માટે તેના ટેનિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.

જૈવિક મહત્વ

આવશ્યક ટ્રેસ તત્વ (Cr(III)): ટ્રાઇવેલન્ટ ક્રોમિયમ (Cr(III)) મનુષ્યોમાં એક આવશ્યક ટ્રેસ તત્વ માનવામાં આવે છે, જે ગ્લુકોઝ અને લિપિડ ચયાપચયમાં ભૂમિકા ભજવે છે, ખાસ કરીને ઇન્સ્યુલિનની ક્રિયાને વધારવામાં.
ઝેરીપણું (Cr(VI)): હેક્સાવેલેન્ટ ક્રોમિયમ (Cr(VI)) સંયોજનો અત્યંત ઝેરી અને કાર્સિનોજેનિક હોય છે. તે પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે અને શ્વસન સંબંધી સમસ્યાઓ, ત્વચાના અલ્સર અને કેન્સરના જોખમમાં વધારો સહિત ગંભીર સ્વાસ્થ્ય સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે છે. Cr(III) અને Cr(VI) વચ્ચે ઝેરીપણાનો આ તફાવત નિર્ણાયક છે.