क्रोमियम (Cr): एक व्यापक पुनरीक्षण मार्गदर्शिका

क्रोमियम (Cr) का परिचय

क्रोमियम (Cr) एक चांदी-सफेद, कठोर और भंगुर संक्रमण धातु है। इसे इसकी उच्च चमक, धूमिल होने के प्रतिरोध और उच्च गलनांक के लिए अत्यधिक महत्व दिया जाता है। मिश्र धातुओं के गुणों को बढ़ाने से लेकर चमकीले रंगद्रव्य प्रदान करने तक, इसके विविध अनुप्रयोग इसे विभिन्न औद्योगिक और तकनीकी क्षेत्रों में एक महत्वपूर्ण तत्व बनाते हैं। प्रतियोगी परीक्षाओं के लिए इसके रासायनिक गुणों, विशेष रूप से इसकी परिवर्तनशील ऑक्सीकरण अवस्थाओं और रेडॉक्स व्यवहार को समझना आवश्यक है।

CBSE/JEE त्वरित पुनरीक्षण नोट्स

प्रतीक: Cr
परमाणु क्रमांक: 24
परमाणु द्रव्यमान: 51.996 u
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: [Ar] 3d⁵ 4s¹ (अर्ध-भरे d-कक्षकों की स्थिरता के कारण एक अपवाद)
समूह: 6
आवर्त: 4
ब्लॉक: d-ब्लॉक (संक्रमण धातु)
सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: +2, +3, +6 (सबसे स्थिर: +3)
प्रकृति: कठोर, चमकदार, चांदी-सफेद धातु। कई यौगिकों में अनुचुंबकत्व प्रदर्शित करता है।
घनत्व: 7.19 g/cm³
गलनांक: 1907 °C
क्वथनांक: 2671 °C
अभिक्रियाशीलता: हवा के संपर्क में आने पर एक निष्क्रिय ऑक्साइड परत बनाता है, जिससे यह संक्षारण प्रतिरोधी बन जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और बंधन व्यवहार

क्रोमियम का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास, [Ar] 3d⁵ 4s¹, ऑफबाऊ सिद्धांत का एक अपवाद है, जहाँ 4s कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन 3d कक्षक में चला जाता है ताकि अधिक स्थिर अर्ध-भरे d-उपकोश (3d⁵) और अर्ध-भरे s-उपकोश (4s¹) को प्राप्त किया जा सके।

क्रोमियम विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करता है, जिनमें +2, +3 और +6 सबसे सामान्य और महत्वपूर्ण हैं:

+2 ऑक्सीकरण अवस्था: (उदाहरण के लिए, CrCl₂, CrSO₄)। आमतौर पर अपचायक और हवा में अस्थिर।
+3 ऑक्सीकरण अवस्था: (उदाहरण के लिए, Cr₂O₃, CrCl₃)। सबसे स्थिर और सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था। यौगिक अक्सर हरे या बैंगनी होते हैं और उभयधर्मी होते हैं।
+6 ऑक्सीकरण अवस्था: (उदाहरण के लिए, K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇, CrO₃)। विशेष रूप से अम्लीय माध्यम में अत्यधिक ऑक्सीकारक। यौगिक आमतौर पर पीले (क्रोमेट) या नारंगी (डाइक्रोमेट) और जहरीले होते हैं।

क्रोमियम यौगिक, विशेष रूप से +3 ऑक्सीकरण अवस्था में, बंधन के लिए d-कक्षकों की उपलब्धता के कारण कई समन्वय संकुल बनाने के लिए जाने जाते हैं।

महत्वपूर्ण रासायनिक अभिक्रियाएँ

1. ऑक्सीजन के साथ अभिक्रियाएँ

उच्च तापमान पर, क्रोमियम ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके क्रोमियम(III) ऑक्साइड बनाता है। 4 Cr (s) + 3 O₂ (g) → 2 Cr₂O₃ (s)

2. अम्लों के साथ अभिक्रियाएँ

गैर-ऑक्सीकारक अम्ल (उदाहरण के लिए, HCl, H₂SO₄ (तनु)): क्रोमियम धीरे-धीरे अभिक्रिया करके हाइड्रोजन मुक्त करता है, जिससे Cr(II) लवण बनते हैं। Cr (s) + 2 HCl (aq) → CrCl₂ (aq) + H₂ (g)
ऑक्सीकारक अम्ल (उदाहरण के लिए, HNO₃, H₂SO₄ (सांद्र)): क्रोमियम अपनी सतह पर क्रोमियम(III) ऑक्साइड की एक सुरक्षात्मक, अभेद्य परत के निर्माण के कारण निष्क्रिय हो जाता है।

3. क्रोमाइट अयस्क (FeCr₂O₄) से पोटेशियम डाइक्रोमेट (K₂Cr₂O₇) का निर्माण

पोटेशियम डाइक्रोमेट एक महत्वपूर्ण ऑक्सीकारक है और इसके निर्माण में तीन मुख्य चरण शामिल हैं:

चरण 1: क्रोमाइट अयस्क को सोडा ऐश (Na₂CO₃) और हवा के साथ भर्जित करना। 4 FeCr₂O₄ (s) + 8 Na₂CO₃ (s) + 7 O₂ (g) → 8 Na₂CrO₄ (aq) + 2 Fe₂O₃ (s) + 8 CO₂ (g) (सोडियम क्रोमेट का पीला घोल बनता है)
चरण 2: सोडियम क्रोमेट को अम्लीयकरण द्वारा सोडियम डाइक्रोमेट में परिवर्तित करना। 2 Na₂CrO₄ (aq) + H₂SO₄ (aq) → Na₂Cr₂O₇ (aq) + Na₂SO₄ (aq) + H₂O (l) (डाइक्रोमेट बनने के कारण पीले क्रोमेट का घोल नारंगी हो जाता है)
चरण 3: सोडियम डाइक्रोमेट को पोटेशियम डाइक्रोमेट में परिवर्तित करना। Na₂Cr₂O₇ (aq) + 2 KCl (aq) → K₂Cr₂O₇ (s) + 2 NaCl (aq) (पोटेशियम डाइक्रोमेट, कम घुलनशील होने के कारण, क्रिस्टलीकृत हो जाता है।)

4. क्रोमेट (CrO₄²⁻) और डाइक्रोमेट (Cr₂O₇²⁻) आयनों का अंतरा-परिवर्तन

क्रोमेट और डाइक्रोमेट आयन संतुलन में होते हैं, जो pH-निर्भर होता है।

अम्लीय माध्यम में (pH < 7): पीला क्रोमेट नारंगी डाइक्रोमेट में परिवर्तित हो जाता है। 2 CrO₄²⁻ (aq, yellow) + 2 H⁺ (aq) ⇌ Cr₂O₇²⁻ (aq, orange) + H₂O (l)
क्षारीय माध्यम में (pH > 7): नारंगी डाइक्रोमेट पीले क्रोमेट में परिवर्तित हो जाता है। Cr₂O₇²⁻ (aq, orange) + 2 OH⁻ (aq) ⇌ 2 CrO₄²⁻ (aq, yellow) + H₂O (l)

5. पोटेशियम डाइक्रोमेट (K₂Cr₂O₇) के ऑक्सीकारक गुणधर्म

पोटेशियम डाइक्रोमेट अम्लीय माध्यम में एक प्रबल ऑक्सीकारक है, जहाँ Cr(VI) Cr(III) में अपचयित हो जाता है।

आयनिक अर्ध-अभिक्रिया: Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
आयोडाइड का आयोडीन में ऑक्सीकरण: 6 I⁻ (aq) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) → 3 I₂ (s) + 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
फेरस आयनों का फेरिक आयनों में ऑक्सीकरण: 6 Fe²⁺ (aq) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) → 6 Fe³⁺ (aq) + 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
सल्फाइट/सल्फर डाइऑक्साइड का सल्फेट में ऑक्सीकरण: 3 SO₂ (g) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 2 H⁺ (aq) → 3 SO₄²⁻ (aq) + 2 Cr³⁺ (aq) + H₂O (l)

6. क्रोमिल क्लोराइड परीक्षण (क्लोराइड आयनों के लिए)

यह क्लोराइड आयनों के लिए एक विशिष्ट परीक्षण है, जिससे वाष्पशील क्रोमिल क्लोराइड बनता है।

ठोस धातु क्लोराइड (उदाहरण के लिए, NaCl) और सांद्र H₂SO₄ की K₂Cr₂O₇ के साथ अभिक्रिया: K₂Cr₂O₇ (s) + 4 NaCl (s) + 6 H₂SO₄ (conc.) → 2 CrO₂Cl₂ (g, red-orange vapours) + 2 KHSO₄ (aq) + 4 NaHSO₄ (aq) + 3 H₂O (l)
पुष्टि: क्रोमिल क्लोराइड के लाल-नारंगी वाष्पों को NaOH विलयन में प्रवाहित किया जाता है, जिससे सोडियम क्रोमेट का पीला विलयन बनता है। CrO₂Cl₂ (g) + 4 NaOH (aq) → Na₂CrO₄ (aq, yellow) + 2 NaCl (aq) + 2 H₂O (l) पीले विलयन में लेड एसीटेट मिलाने पर लेड क्रोमेट (PbCrO₄) का पीला अवक्षेप प्राप्त होता है।

औद्योगिक और जैविक महत्व

औद्योगिक महत्व

धातु विज्ञान: क्रोमियम स्टेनलेस स्टील (उदाहरण के लिए, 18/8 स्टेनलेस स्टील के लिए 18% Cr, 8% Ni) और अन्य मिश्र धातुओं (उदाहरण के लिए, नाइक्रोम) में अपनी कठोरता, संक्षारण प्रतिरोध और उच्च तापमान शक्ति के कारण एक प्रमुख घटक है।
इलेक्ट्रोप्लेटिंग: क्रोमियम प्लेटिंग (क्रोम प्लेटिंग) धातु की वस्तुओं को एक कठोर, चमकदार, संक्षारण प्रतिरोधी परत प्रदान करती है।
रंगद्रव्य: क्रोमियम यौगिकों का व्यापक रूप से रंगद्रव्यों के रूप में उपयोग किया जाता है।
- क्रोमियम(III) ऑक्साइड (Cr₂O₃) “क्रोम ग्रीन” है।
- लेड क्रोमेट (PbCrO₄) “क्रोम येलो” है।
उत्प्रेरण: क्रोमियम यौगिकों का उपयोग विभिन्न कार्बनिक और अकार्बनिक अभिक्रियाओं में उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
चमड़ा कमाना: क्रोमियम(III) लवण (जैसे, बेसिक क्रोमियम सल्फेट) का उपयोग चमड़े को अधिक लचीला और टिकाऊ बनाने के लिए चमड़ा कमाने में किया जाता है।

जैविक महत्व

आवश्यक सूक्ष्म तत्व (Cr(III)): त्रिसंयोजी क्रोमियम (Cr(III)) को मनुष्यों में एक आवश्यक सूक्ष्म तत्व माना जाता है, जो ग्लूकोज और लिपिड चयापचय में, विशेष रूप से इंसुलिन की क्रिया को बढ़ाने में भूमिका निभाता है।
विषाक्तता (Cr(VI)): हेक्सावैलेंट क्रोमियम (Cr(VI)) यौगिक अत्यधिक जहरीले और कैंसरजनक होते हैं। वे प्रबल ऑक्सीकारक एजेंट हैं और श्वसन संबंधी समस्याओं, त्वचा के अल्सर और कैंसर के बढ़ते जोखिम सहित गंभीर स्वास्थ्य समस्याओं का कारण बन सकते हैं। Cr(III) और Cr(VI) के बीच विषाक्तता का यह अंतर महत्वपूर्ण है।