CHROOM (III) OXIDE: STRUCTUUR, NOMENCLATUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK - CHEMIE - 2026

Het chroom (III) oxide of chroom is een anorganische groene vaste stof gevormd brandend metaal chroom (Cr) in zuurstof (O ₂ ), waardoor de chroomoxidatietoestand 3+ overblijft. De chemische formule is Cr ₂ O ₃ . In de natuur wordt het gevonden in het Eskolaite-mineraal. Er zijn geen bruikbare natuurlijke afzettingen van chroom (III) oxide bekend.

Het kan met name worden bereid door verhitten Cr ₂ O ₃ hydraat (Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O) volledig te verwijderen water. Het wordt ook verkregen als een product van de calcinering van chroom (VI) oxide (CrO ₃ ).

Chroom (III) oxide pigment. FK1954. Bron: Wikipedia Commons

De beste manier om het zuiver te verkrijgen, is door ontleding van ammoniumdichromaat (NH ₄ ) ₂ Cr ₂ O ₇ bij 200 ºC. Industrieel wordt het geproduceerd door reductie van vast natriumdichromaat (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) met zwavel.

Als het fijn verdeeld is, heeft het een heldergroene kleur met een gelige tint. Maar als de deeltjes groter zijn, vertoont het een blauwachtige tint. Chroomoxide is het meest stabiele groene pigment dat bekend is. Door zijn thermische en chemische bestendigheid is het een waardevolle keramische kleurstof.

Het wordt onder meer gebruikt in industriële coatings, vernissen, in de bouw, in sieraden, als kleurstof in cosmetica of in farmaceutische producten.

Structuur

Het α-Cr ₂ O ₃ oxide heeft de korundachtige structuur. Het kristalsysteem is hexagonaal rhombohedraal. Het is isomorf met α-aluminiumoxide en α-Fe ₂ O ₃ .

Eskolaiet, een natuurlijk mineraal van chroom (III) oxide, heeft de onderstaande structuur:

Kristallijne structuur van het mineraal Eskolaíta. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Eskolaite_structure.jpg. Bron: Wikipedia Commons

Nomenclatuur

- Chroom (III) oxide.

- Groen chroomoxide.

- Dichroomtrioxide.

- Chroom-sesquioxide.

- Chromia.

- Eskolaíta: chroom (III) oxide mineraal.

- Het hydraat: Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O (waarbij n ≅ 2) wordt chroom (III) oxidehydraat of Guignet Green genoemd.

Chroom (III) oxidehydraat. W. Oelen. Bron: Wikipedia Commons

Eigendommen

Fysieke toestand

Kristallijne vaste stof.

Mohs-hardheid

9 (de kristallen zijn extreem hard).

Molecuulgewicht

151,99 g / mol.

Smeltpunt

Het smelt bij 2435 ° C, maar begint te verdampen bij 2000 ° C en vormt wolken van groene rook.

Dichtheid

5,22 g / cm ³

Oplosbaarheid

Als het tot hoge temperaturen is verhit, is het praktisch onoplosbaar in water (3 microgram / l bij 20 ° C); onoplosbaar in alcoholen en aceton; slecht oplosbaar in zuren en logen; sOplosbaar in perchloorzuur (HClO ₄ ) voor 70%, waarin het ontleedt.

pH

6.

Brekingsindex

2551.

Andere eigenschappen

- Als het sterk wordt gecalcineerd, wordt het inert voor zuren en basen. Anders zijn Cr ₂ O ₃ en zijn gehydrateerde vorm Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O amfoteer, lossen ze gemakkelijk op in zuur om ³⁺ waterionen te geven , en in geconcentreerde alkali om "chromieten" te vormen.

- Wanneer gecalcineerd, is het chemisch resistent tegen zuren, logen en hoge temperaturen. Het is extreem stabiel tot SO ₂ .

- Het heeft een uitstekende weerstand tegen licht omdat de kristallen ondoorzichtigheid, hoge UV-demping en transparantie voor zichtbaar licht hebben.

- Het is een extreem hard materiaal, het kan kwarts, topaas en zirkonium krassen.

- Zijn hydraat Cr ₂ O ₃ .nH ₂ O (waarbij n ≅ 2) geen thermische stabiliteit heeft, zijn hydratatiewater beperkt zijn toepasbaarheid tot minder dan 260 ºC. Het heeft een laag kleurvermogen en een beperkt aantal tinten.

- Maar dat hydraat heeft een zeer schone en heldere blauwgroene tint. Het is semi-transparant, vertoont een lage opaciteit, uitstekende weerstand tegen licht en weerstand tegen alkaliën.

- Cr ₂ O _{3 is} niet geclassificeerd als gevaarlijk materiaal en wordt beschouwd als een inert fijn poeder. Het is niet onderworpen aan internationale transportvoorschriften.

- Het irriteert de huid of slijmvliezen niet.

Toepassingen

In de keramiek- en glasindustrie

Vanwege zijn hoge bestendigheid tegen hitte en chemicaliën, wordt gecalcineerd Cr ₂ O ₃ gebruikt als kleurstof of verglaasbaar pigment bij de vervaardiging van keramiek, in porseleinemail en glasmengsels.

In industriële coatings

Chroom (III) oxide keramiek biedt uitstekende weerstand tegen de meeste corrosieve omgevingen. Dit alles door het mechanisme van uitsluiting van het substraat van de omgeving eromheen.

Om deze reden wordt het in coatings gebruikt om corrosie van veel materialen te voorkomen, doordat het wordt aangebracht door middel van thermisch spuiten (verneveling of hete spray).

Het wordt ook gebruikt als bescherming tegen abrasieve slijtage (wanneer materiaalverwijdering wordt veroorzaakt door deeltjes die over een oppervlak bewegen).

In deze gevallen genereert het aanbrengen van een Cr ₂ O _3- coating door middel van plasma-afzetting een hoge slijtvastheid.

De twee voorgaande cases zijn bijvoorbeeld bruikbaar bij gasturbinemotoren in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

In de vuurvaste industrie

Het wordt gebruikt bij de productie van thermische en chemisch bestendige bakstenen, bekledingsmaterialen en vuurvast beton op basis van aluminiumoxide.

In aanbouw

Omdat het uitermate goed bestand is tegen atmosferische omstandigheden, licht en hitte, wordt het toegepast als gesteentekorrels kleurstof voor asfaltdaken, betoncement, hoogwaardige industriële coatings voor buiten, staalconstructies en gevelcoatings (emulgeerbare verven).

Als pigment in verschillende toepassingen

Het is bestand tegen vulkanisatieomstandigheden en wordt niet afgebroken, daarom wordt het gebruikt bij rubberpigmentatie.

Omdat het niet giftig is, wordt het gebruikt als pigment voor speelgoed, cosmetica (vooral het hydraat), plastic, drukinkten, verven die in contact komen met voedsel en farmaceutische producten.

In de pigmentindustrie wordt het gebruikt als grondstof om penetrerende kleurstoffen te produceren die chroom bevatten en in pigmenten op basis van gemengde metaaloxidefasen. Het wordt ook gebruikt als verfkleurstof voor het coaten van spoelen.

Het hydraat heeft een transparantie die de formulering van polychromatische afwerkingen in de auto-industrie mogelijk maakt (metalen afwerkingen voor auto's).

Vanwege zijn unieke eigenschap om infraroodstraling (IR) op een vergelijkbare manier te reflecteren als chlorofyl in planten, lijkt het onder infrarood licht op gebladerte. Om deze reden wordt het veel gebruikt in camouflagelakken of coatings voor militaire toepassingen.

In sieraden

Het wordt gebruikt als kleurstof voor synthetische edelstenen. Wanneer Cr ₂ O ₃ wordt geïntroduceerd als verontreiniging in het kristalrooster van α-Al ₂ O ₃ , zoals in de halfedelstenen minerale robijn, de kleur rood in plaats van groen.

Het wordt ook gebruikt als slijp- en polijstmiddel vanwege zijn hoge hardheid en schurende eigenschappen.

Bij katalyse van chemische reacties

Ondersteund op aluminiumoxide (Al ₂ O ₃ ) of andere oxiden, wordt het in de organische chemie gebruikt als katalysator, bijvoorbeeld bij de hydrogenering van esters of aldehyden om alcoholen te vormen en bij de cyclisatie van koolwaterstoffen. Het katalyseert de reactie van stikstof (N ₂ ) met waterstof (H ₂ ) om ammoniak (NH ₃ ) te vormen.

Vanwege zijn oxidatie-reductiecapaciteit, samen met chroom (VI) oxide, speelt het een belangrijke rol bij de dehydrogenering van alkanen met CO ₂ om propeen en isobuteen te produceren, aangezien de deactivatie-reactivering cyclus van de katalysator gemakkelijk uitvoerbaar is. Het wordt ook gebruikt als katalysator in anorganische chemie.

Bij de fabricage van chroom

Het wordt gebruikt bij de aluminotherme productie van zuiver chroommetaal. Hiervoor moet het worden verwarmd tot 1000 ºC om de korrelgrootte te vergroten.

Bereiding van chroommetaal door aluminothermische reductie van chroom (III) oxide. Rando Tuvikene. Bron: Wikipedia Commons

Op magnetische materialen

Het is in kleine hoeveelheden toegevoegd aan magnetische materialen in audio- en videobanden, waardoor de geluidskoppen een zelfreinigend effect hebben.

Recente innovaties

Pigmenten met een verbeterde reflectie van het nabije IR zijn verkregen door nanodeeltjes van Cr ₂ O _{3 te} doteren met zouten van elementen die tot de groep van zeldzame aarden behoren, zoals lanthaan en praseodymium.

Door de concentratie van deze elementen te verhogen, neemt de nabij-infrarode zonnereflectie toe zonder de groene kleur van het Cr ₂ O _3- pigment aan te tasten .

Hierdoor kan het gedoteerde Cr ₂ O ₃ worden geclassificeerd als een "koud" pigment, aangezien het geschikt is voor het beheersen van warmteaccumulatie.

Toegepast op onder meer plafonds, auto's en stoffering, bereikt het een hoge reflectie van IR-zonlicht, waardoor de toename van warmte in de omgeving aanzienlijk kan worden verminderd.

Referenties

1. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedie van chemische technologie. Deel 19. Vierde editie. John Wiley & Sons.
3. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (1990). Vijfde editie. Deel A7 en A20. VCH Verlagsgesellschaft mbH.
4. Amerikaanse elementen. (2019). Chroom (III) oxide. Opgehaald van americanelements.com.
5. Nationale bibliotheek van geneeskunde. (2019). Chroom (III) oxide. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
6. Dorfman, Mitchell R. (2012). Thermische spuitcoatings. In Handbook of Environmental Degradation of Materials. Hoofdstuk 19. Hersteld van sciencedirect.com.
7. Takehira, K. et al. (2004). CO ₂ -dehydrogenering van propaan over Cr-MCM-41-katalysator. In Studies in Surface Science and Catalysis 153. Hersteld van sciencedirect.com.
8. Selvam Sangeetha et al. (2012). Functionele pigmenten van chroom (III) oxide nanodeeltjes. Kleurstoffen en pigmenten 94 (2012) 548-552. Opgehaald van sciencedirect.com.