Хром (стр. 2 )

с повышением валентного состояния химического элемента усиливается кислотный и ослабевает основный характер его оксидов и гидроксидов.

Так, оксид двухвалентного хрома является основным оксидом и легко взаимодействует с сильными кислотами; оксид хрома (III) проявляет уже амфотерные свойства и реагирует как с кислотами, так и с щелочами; оксид шестивалентного хрома принадлежит к группе кислотных оксидов и не образует солей при взаимодействии с сильными кислотами, зато вступает во взаимодействие с сильными основаниями.

Соединения хрома различной валентности окрашены в разные цвета: двухвалентного – как правило, в голубой (похожий на цвет соединений двухвалентной меди); трехвалентного – в зеленый или сине-фиолетовый; шестивалентного – обычно в желтый или оранжевый. Поэтому в большинстве случаев о валентности хрома в том или ином соединении можно судить по его цвету.

Помимо обычных соединений хром (особенно в трех - и двухвалентном состоянии) проявляет большую склонность к образованию различных комплексов как катионного типа, так и анионного. При этом практически всегда координационное число хрома равно 6.

Соединения двухвалентного хрома

Оксид хрома (II) CrO можно получить, растворив металлический хром в ртути (тем самым, получив сплав на основе ртути – амальгаму) и окисляя образовавшийся сплав кислородом воздуха при незначительном нагревании. Но в данном случае оксид двухвалентного хрома всегда содержит примесь оксида хрома (III) Cr2O3. Чистый CrO образуется при разложении гексакарбонила хрома Cr(CO)6 в вакууме при 300оС. Последнее соединение примечательно тем, что содержит хром в степени окисления, формально равной «0».

Оксид хрома (II) представляет собой кристаллическое вещество, окрашенное в черный или красный цвет, нерастворимое в воде и устойчивое при комнатной температуре. С химической точки зрения, CrO характеризуется сильными восстановительными свойствами (как и все соединения двухвалентного хрома) и ярко выраженным основным характером.

Примером восстановительных свойств CrO может служить его нагревание на воздухе, в результате которого он превращается в оксид трехвалентного хрома:

Основность CrO проявляется во взаимодействии с сильными неокисляющими кислотами (в отсутствие кислорода воздуха или других окислителей): оксид двухвалентного хрома медленно растворяется в таких кислотах с образованием соответствующих солей хрома (II):

Окисляющими кислотами, такими как концентрированная азотная кислота, CrO сразу переводится в соли хрома (III):

Гидроксид хрома (II) Cr(OH)2 выпадает в виде желтого или коричневого осадка при добавлении щелочей к растворам солей двухвалентного хрома:

Как и все соединения двухвалентного хрома, Cr(OH)2 проявляет сильные восстановительные свойства. Даже при обычном стоянии на воздухе он постепенно окисляется до гидроксида трехвалентного хрома, что хорошо заметно по изменению окраски с желто-коричневой на зеленую:

Опять же из-за сильных восстановительных свойств при прокаливании Cr(OH)2 на воздухе никогда не получается CrO:

Если нагревание проводить в присутствии щелочей, то конечным продуктом реакции будет соединение шестивалентного хрома – хромат щелочного металла:

С точки зрения кислотно-основного взаимодействия гидроксид хрома(II) является слабым основанием и поэтому взаимодействует только с сильными кислотами: причем с неокисляющими кислотами в отсутствие окислителей он образует соли двухвалентного хрома, с окисляющими кислотами одновременно с растворением осадка происходит окисление хрома до трехвалентного состояния:

Соли хрома (II). При растворении в неокисляющих кислотах металлический хром сначала переходит в двухвалентное состояние, но поскольку ионы Cr2+ легко окисляются до катионов Cr3+, в присутствии кислорода воздуха конечными продуктами взаимодействия всегда являются соли трехвалентного хрома:

Если растворение хрома в кислотах проводить в инертной атмосфере, реакция остановится на образовании солей двухвалентного хрома. Это и есть один из способов их получения.

Другие способы получения солей хрома (II) – это растворение CrO или Cr(OH)2 в соответствующих кислотах или восстановление солей трехвалентного хрома металлическим цинком:

Все реакции следует проводить в отсутствие окислителей, в том числе кислорода воздуха.

Растворы солей двухвалентного хрома окрашены в небесно-голубой цвет, присущий гидратированному катиону Cr2+, вернее, аквакомплексу [Cr(H2O)6]2+. Поскольку этот комплекс (в отсутствие окислителей) весьма прочен, соли двухвалентного хрома и сильных кислот практически не подвергаются гидролизу. Их водные растворы показывают нейтральную реакцию среды. Кроме аквакомплексов, соли хрома (II) образуют многочисленные комплексные соединения с различными лигандами, окрашенными в большинстве случаев в синие цвета различных оттенков.

Самым важным химическим свойством солей хрома(II) является их сильная восстановительная способность. Они легко окисляются даже кислородом воздуха, что используется в газовом анализе для количественного поглощения O2.

Соединения трехвалентного хрома

Оксид хрома (III) Cr2O3 обычно получается в виде нерастворимого в воде темно-зеленого порошка, если реакция проводилась при комнатной температуре или при незначительном нагревании. При повышенных температурах он образуется в виде черных мелких кристаллов, которые при растирании переходят в зеленый порошок. В любом виде оксид хрома (III) обладает высокой твердостью, соизмеримой с твердостью корунда, и поэтому он используется для полировки различных поверхностей.

Получить оксид трехвалентного хрома можно многими методами: непосредственным соединением простых веществ, прокаливанием нитрата хрома (III) или оксида шестивалентного хрома и т. д. Но в лабораторных условиях обычно прибегают к термическому разложению гидроксида хрома (III) или дихромата аммония:

Оксид хрома (III), особенно предварительно прокаленный, довольно инертен, но при сильном нагревании он с большим трудом реагирует с сильными кислотами:

С водными растворами сильных оснований реакция практически не идет даже при длительном кипячении. Однако оксид хрома взаимодействует с расплавленными щелочами или оксидами активных металлов. В этом случае продуктами реакции являются хромиты (соединения, содержащие трехвалентный хром в составе аниона), окрашенные в зеленый цвет:

Следовательно, Cr2O3 является амфотерным оксидом, причем его основные свойства незначительно преобладают над кислотными.

Помимо амфотерности, оксиду хрома (III) присущи слабые окислительные и восстановительные свойства. Например, при нагревании в атмосфере водорода или угарного газа (оксида двухвалентного углерода) он выступает как окислитель и восстанавливается до оксида двухвалентного хрома:

Восстановительные свойства Cr2O3 проявляются при его сплавлении с щелочами или карбонатами щелочных металлов в присутствии окислителей, например хлората калия или нитрата натрия. В этих реакциях каждый атом хрома теряет по три электрона и переходит в шестивалентное состояние:

Оксид трехвалентного хрома довольно токсичен. Попадая на кожу, он способен вызывать экзему и другие кожные заболевания. Особенно опасно вдыхание аэрозоля оксида, поскольку при этом поражаются слизистые оболочки дыхательной системы организма.

Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3, или правильнее, гидратированный оксид трехвалентного хрома с переменным содержанием воды Cr2O3∙nH2O, представляет собой нерастворимое в воде аморфное вещество, окрашенное в серо-зеленый цвет.

Обычно его получают добавлением небольших количеств разбавленных щелочей к растворам солей хрома (III):