குரோமியம் (Cr): ஒரு விரிவான திருத்த வழிகாட்டி

குரோமியம் (Cr) அறிமுகம்

குரோமியம் (Cr) என்பது ஒரு வெள்ளி-வெள்ளை நிறம் கொண்ட, கடினமான மற்றும் நொறுங்கும் தன்மை கொண்ட இடைநிலை உலோகம் ஆகும். இது அதன் உயர் பளபளப்பு, மங்குதல் எதிர்ப்பு மற்றும் உயர் உருகுநிலை காரணமாக மிகவும் மதிப்புமிக்கது. உலோகக்கலவைகளின் பண்புகளை மேம்படுத்துவதில் இருந்து துடிப்பான நிறமிகளை வழங்குவது வரை அதன் பலவிதமான பயன்பாடுகள், இதை பல்வேறு தொழில்துறை மற்றும் தொழில்நுட்பத் துறைகளில் ஒரு முக்கியமான தனிமமாக ஆக்குகின்றன. அதன் ரசாயனப் பண்புகள், குறிப்பாக அதன் மாறுபட்ட ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள் மற்றும் ரிடாக்ஸ் நடத்தை ஆகியவை போட்டித் தேர்வுகளுக்கு அவசியமானவை.

CBSE/JEE விரைவு திருத்தக் குறிப்புகள்

குறியீடு: Cr
அணு எண்: 24
அணு நிறை: 51.996 u
மின்னணு அமைப்பு: [Ar] 3d⁵ 4s¹ (அரை நிரப்பப்பட்ட d-ஆர்பிட்டால்களின் நிலைத்தன்மை காரணமாக ஒரு விதிவிலக்கு)
தொகுதி: 6
வரிசை: 4
பிளாக்: d-பிளாக் (இடைநிலை உலோகம்)
பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்: +2, +3, +6 (மிகவும் நிலையானது: +3)
தன்மை: கடினமான, பளபளப்பான, வெள்ளி-வெள்ளை உலோகம். பல சேர்மங்களில் காந்தத்தன்மையைக் (paramagnetism) காட்டுகிறது.
அடர்த்தி: 7.19 g/cm³
உருகுநிலை: 1907 °C
கொதிநிலை: 2671 °C
வினைத்திறன்: காற்றுடன் வெளிப்படும் போது ஒரு மந்தமான ஆக்சைடு அடுக்கை உருவாக்குகிறது, இது அரிப்பிற்கு எதிர்ப்புத் தெரிவிக்கிறது.

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

குரோமியத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு, [Ar] 3d⁵ 4s¹, ஆஃபா தத்துவத்திற்கு (Aufbau principle) ஒரு விதிவிலக்காகும். இதில் 4s ஆர்பிட்டாலில் இருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் 3d ஆர்பிட்டாலுக்கு நகர்ந்து, மேலும் நிலையான அரை நிரப்பப்பட்ட d-துணைக்கூட்டை (3d⁵) மற்றும் ஒரு அரை நிரப்பப்பட்ட s-துணைக்கூட்டை (4s¹) அடைய உதவுகிறது.

குரோமியம் பல்வேறு ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைக் காட்டுகிறது, அவற்றுள் +2, +3, மற்றும் +6 ஆகியவை மிகவும் பொதுவான மற்றும் முக்கியமானவை:

+2 ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: (எ.கா., CrCl₂, CrSO₄). பொதுவாக ஒடுக்கும் தன்மை கொண்டது மற்றும் காற்றில் நிலைப்புத்தன்மையற்றது.
+3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: (எ.கா., Cr₂O₃, CrCl₃). இதுவே மிகவும் நிலையான மற்றும் பொதுவான ஆக்சிஜனேற்ற நிலை. இதன் சேர்மங்கள் பெரும்பாலும் பச்சை அல்லது ஊதா நிறத்தில் இருக்கும் மற்றும் ஈரியல்பு கொண்டவை (amphoteric).
+6 ஆக்சிஜனேற்ற நிலை: (எ.கா., K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇, CrO₃). மிகவும் ஆக்சிஜனேற்ற தன்மை கொண்டது, குறிப்பாக அமில ஊடகத்தில். இதன் சேர்மங்கள் பொதுவாக மஞ்சள் (குரோமேட்டுகள்) அல்லது ஆரஞ்சு (டைகுரோமேட்டுகள்) நிறத்தில் இருக்கும் மற்றும் நச்சுத்தன்மை வாய்ந்தவை.

குரோமியம் சேர்மங்கள், குறிப்பாக +3 ஆக்சிஜனேற்ற நிலையில் உள்ளவை, பிணைப்பிற்கு d-ஆர்பிட்டால்கள் கிடைப்பதன் காரணமாக ஏராளமான அணைவுச் சேர்மங்களை (coordination complexes) உருவாக்குகின்றன.

முக்கியமான வேதியியல் வினைகள்

1. ஆக்ஸிஜனுடன் வினைகள்

அதிக வெப்பநிலையில், குரோமியம் ஆக்ஸிஜனுடன் வினைபுரிந்து குரோமியம்(III) ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. 4 Cr (s) + 3 O₂ (g) → 2 Cr₂O₃ (s)

2. அமிலங்களுடன் வினைகள்

ஆக்சிஜனேற்றமில்லா அமிலங்கள் (எ.கா., HCl, H₂SO₄ (நீர்த்த)): குரோமியம் மெதுவாக வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜனை வெளியிட்டு Cr(II) உப்புகளை உருவாக்குகிறது. Cr (s) + 2 HCl (aq) → CrCl₂ (aq) + H₂ (g)
ஆக்சிஜனேற்ற அமிலங்கள் (எ.கா., HNO₃, H₂SO₄ (செறிவூட்டப்பட்ட)): குரோமியத்தின் மேற்பரப்பில் குரோமியம்(III) ஆக்சைடின் ஒரு பாதுகாப்பு, ஊடுருவ முடியாத அடுக்கு உருவாவதால் அது மந்தமாகிறது.

3. குரோமைட் தாதுவிலிருந்து (FeCr₂O₄) பொட்டாசியம் டைகுரோமேட் (K₂Cr₂O₇) தயாரித்தல்

பொட்டாசியம் டைகுரோமேட் ஒரு முக்கிய ஆக்சிஜனேற்ற காரணி மற்றும் அதன் தயாரிப்பில் மூன்று முக்கிய படிகள் உள்ளன:

படி 1: குரோமைட் தாதுவை சோடா சாம்பல் (Na₂CO₃) மற்றும் காற்றுடன் வறுத்தல் (Roasting). 4 FeCr₂O₄ (s) + 8 Na₂CO₃ (s) + 7 O₂ (g) → 8 Na₂CrO₄ (aq) + 2 Fe₂O₃ (s) + 8 CO₂ (g) (சோடியம் குரோமேட்டின் மஞ்சள் கரைசல் உருவாகிறது)
படி 2: அமிலமயமாக்கல் மூலம் சோடியம் குரோமேட்டை சோடியம் டைகுரோமேட்டாக மாற்றுதல். 2 Na₂CrO₄ (aq) + H₂SO₄ (aq) → Na₂Cr₂O₇ (aq) + Na₂SO₄ (aq) + H₂O (l) (டைகுரோமேட் உருவாவதால் மஞ்சள் குரோமேட் கரைசல் ஆரஞ்சு நிறமாக மாறுகிறது)
படி 3: சோடியம் டைகுரோமேட்டை பொட்டாசியம் டைகுரோமேட்டாக மாற்றுதல். Na₂Cr₂O₇ (aq) + 2 KCl (aq) → K₂Cr₂O₇ (s) + 2 NaCl (aq) (பொட்டாசியம் டைகுரோமேட், குறைந்த கரைதிறன் கொண்டதாக இருப்பதால், படிகமாகிறது.)

4. குரோமேட் (CrO₄²⁻) மற்றும் டைகுரோமேட் (Cr₂O₇²⁻) அயனிகளின் பரஸ்பர மாற்றம்

குரோமேட் மற்றும் டைகுரோமேட் அயனிகள் சமநிலையில் உள்ளன, இது pH-ஐப் பொறுத்தது.

அமில ஊடகத்தில் (pH < 7): மஞ்சள் குரோமேட் ஆரஞ்சு டைகுரோமேட்டாக மாறுகிறது. 2 CrO₄²⁻ (aq, yellow) + 2 H⁺ (aq) ⇌ Cr₂O₇²⁻ (aq, orange) + H₂O (l)
கார ஊடகத்தில் (pH > 7): ஆரஞ்சு டைகுரோமேட் மஞ்சள் குரோமேட்டாக மாறுகிறது. Cr₂O₇²⁻ (aq, orange) + 2 OH⁻ (aq) ⇌ 2 CrO₄²⁻ (aq, yellow) + H₂O (l)

5. பொட்டாசியம் டைகுரோமேட்டின் (K₂Cr₂O₇) ஆக்சிஜனேற்ற பண்புகள்

பொட்டாசியம் டைகுரோமேட் அமில ஊடகத்தில் ஒரு வலிமையான ஆக்சிஜனேற்ற காரணி ஆகும், அங்கு Cr(VI) ஆனது Cr(III) ஆக ஒடுக்கப்படுகிறது.

அயனி அரை-வினை (Ionic half-reaction): Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
அயோடைடை அயோடினாக ஆக்சிஜனேற்றம்: 6 I⁻ (aq) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) → 3 I₂ (s) + 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
ஃபெரஸ் அயனிகளை ஃபெரிக் அயனிகளாக ஆக்சிஜனேற்றம்: 6 Fe²⁺ (aq) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 14 H⁺ (aq) → 6 Fe³⁺ (aq) + 2 Cr³⁺ (aq) + 7 H₂O (l)
சல்பைட்/சல்பர் டை ஆக்சைடை சல்பேட்டாக ஆக்சிஜனேற்றம்: 3 SO₂ (g) + Cr₂O₇²⁻ (aq) + 2 H⁺ (aq) → 3 SO₄²⁻ (aq) + 2 Cr³⁺ (aq) + H₂O (l)

6. குரோமைல் குளோரைடு சோதனை (குளோரைடு அயனிகளுக்கு)

இது குளோரைடு அயனிகளுக்கான ஒரு குறிப்பிட்ட சோதனை ஆகும், இது ஆவியாகும் குரோமைல் குளோரைடை உருவாக்குகிறது.

திட உலோக குளோரைடுடன் (எ.கா., NaCl) மற்றும் செறிவூட்டப்பட்ட H₂SO₄ உடன் K₂Cr₂O₇ இன் வினை: K₂Cr₂O₇ (s) + 4 NaCl (s) + 6 H₂SO₄ (conc.) → 2 CrO₂Cl₂ (g, red-orange vapours) + 2 KHSO₄ (aq) + 4 NaHSO₄ (aq) + 3 H₂O (l)
உறுதிப்படுத்தல்: குரோமைல் குளோரைடின் சிவப்பு-ஆரஞ்சு ஆவிகள் NaOH கரைசலுக்குள் செலுத்தப்பட்டு, சோடியம் குரோமேட்டின் மஞ்சள் கரைசலை உருவாக்குகிறது. CrO₂Cl₂ (g) + 4 NaOH (aq) → Na₂CrO₄ (aq, yellow) + 2 NaCl (aq) + 2 H₂O (l) மஞ்சள் கரைசலுடன் ஈய அசெடேட்டைச் சேர்க்கும்போது ஈய குரோமேட்டின் (PbCrO₄) மஞ்சள் வீழ்படிவு கிடைக்கும்.

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

உலோகவியல் (Metallurgy): குரோமியம் துருப்பிடிக்காத எஃகு (எ.கா., 18/8 துருப்பிடிக்காத எஃகுக்கு 18% Cr, 8% Ni) மற்றும் பிற உலோகக்கலவைகளில் (எ.கா., நிக்ரோம்) அதன் கடினத்தன்மை, அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் அதிக வெப்பநிலை வலிமை காரணமாக ஒரு முக்கிய அங்கமாக உள்ளது.
மின்முலாம் பூசுதல் (Electroplating): குரோமியம் பூச்சு (chrome plating) உலோகப் பொருட்களுக்கு கடினமான, பளபளப்பான, அரிப்பு எதிர்ப்பு பூச்சு அளிக்கிறது.
நிறமிகள் (Pigments): குரோமியம் சேர்மங்கள் நிறமிகளாக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
- குரோமியம்(III) ஆக்சைடு (Cr₂O₃) “குரோம் பச்சை” ஆகும்.
- ஈய குரோமேட் (PbCrO₄) “குரோம் மஞ்சள்” ஆகும்.
வினைவேக மாற்றி (Catalysis): குரோமியம் சேர்மங்கள் பல்வேறு கரிம மற்றும் கனிம வினைகளில் வினைவேக மாற்றிகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
தோல் பதப்படுத்துதல் (Tanning): குரோமியம்(III) உப்புகள் (எ.கா., அடிப்படை குரோமியம் சல்பேட்) தோலை அதிக நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் நீடித்த உழைப்பிற்கு தோல் பதப்படுத்தலில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

அத்தியாவசிய நுண்ணிய தனிமம் (Cr(III)): மூன்று இணைதிறன் குரோமியம் (Cr(III)) மனிதர்களுக்கு ஒரு அத்தியாவசிய நுண்ணிய தனிமமாகக் கருதப்படுகிறது, இது குளுக்கோஸ் மற்றும் லிப்பிட் வளர்சிதை மாற்றத்தில், குறிப்பாக இன்சுலின் செயல்பாட்டை மேம்படுத்துவதில் ஒரு பங்கைக் கொண்டுள்ளது.
நச்சுத்தன்மை (Cr(VI)): ஆறு இணைதிறன் குரோமியம் (Cr(VI)) சேர்மங்கள் அதிக நச்சுத்தன்மை வாய்ந்தவை மற்றும் புற்றுநோயை உண்டாக்கும் தன்மை கொண்டவை (carcinogenic). அவை சக்திவாய்ந்த ஆக்சிஜனேற்ற காரணிகள் மற்றும் சுவாசப் பிரச்சினைகள், தோல் புண்கள் மற்றும் புற்றுநோய் அபாயம் அதிகரிப்பது உள்ளிட்ட கடுமையான உடல்நலப் பிரச்சினைகளை ஏற்படுத்தும். Cr(III) மற்றும் Cr(VI) க்கு இடையிலான இந்த நச்சுத்தன்மை வேறுபாடு மிகவும் முக்கியமானது.