ChemTech

Congnghehoahoc.org

Crom

Nguồn gốc, tính chất vật lý của Crom

Crom thuộc chu kỳ 4, nhóm VIB. Khối lượng phân tử 51,9661đvc, là nguyên tố có STT 24 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Crom có số oxi hoá đặc trưng nhất là +3 và kém đặc trưng hơn là +6.Ngoài ra trong các hợp chất crom còn các số oxi hoá 0, +1, +2, +3, +4 và +5. Crom ở dạng đơn chất là kim loại óng ánh màu trắng xám. Crom có nhiệt độ nóng chảy là 1875 0C; nhiệt độ sôi là 2197 0 C; nhiệt thăng hoa: 368,2(kJ/mol); tỉ khối:7,2(ở 200C); độ cứng (thang Moxơ):50C; độ dẫn điện (Hg =1). Crom rất tinh khiết dễ chế hoá cơ học nhưng khi lẫn những vết tạp chất thì trở nên cứng và giòn . Khối lượng trung bình của Crom trong vỏ trái đất là 122ppm, trong đất Crom dao động từ 11¸22 ppm và trong nước thì Crom có khoảng 1 µg/l. Trong nước ngầm thì khoảng 100 µg/l.

Crom được tìm thấy trước tiên ở dạng quặng Crom sắt (FeO.Cr2O3). Crom được sử dụng trong các hợp kim, trong mạ điện, hoặc trong các chất nhuộm màu.

Trong nước tự nhiên, Cr3+ tồn tại ở dạng Cr(OH)2+, Cr(OH)2 +, Cr(OH)4. Còn Cr6+ tồn tại ở dạng  CrO42- và Cr2O72-. Người ta cho rằng Cr3+ tạo phức bền với các amin và nó được bám vào các khoáng sét. Crom thường tồn tại trong nước cấp hai ở dạng Cr3+ , Cr6+. Crom không cần thiết lắm cho cây trồng nhưng lại là nguyên tố cần thiết cho động vật ở một giới hạn nhất định. Nếu vượt quá giới hạn đó thì Crom lại gây độc đối với động vật.

Tính chất hoá học và một số hợp chất quan trọng của Crom

1.Tính chất hoá học

Crom là chất khử giống như Al trên bề mặt được bao phủ bởi màng oxit mỏng, nó bền với không khí. Crom không phản ứng trực tiếp với H2. Ở điều kiện thường không phản ứng với O2, nhưng khi đốt cháy trong không khí tạo thành Cr2O3 :

4Cr (rắn) +3O2 =  2 Cr2O3               DeltaH =-1141KJ/Mol

Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, Crom còn phản ứng với các halogen.

Thế điện cực tiêu chuẩn của Crom là :E0 Cr2+/Cr =-0,91V.

Cr khử H+ trong các dung dịch HCl, H2SO4 loãng :

Cr  + 2H+ = Cr2+ +  H2

Crom thụ động trong axit HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội. Crom không tác dụng với nước do có lớp oxit bảo vệ và không tác dụng với H2

Crom tan trong dung dịch kiềm:

Cr + NaOH +H2O =NaCrO2 +3/2 H2

Crom tác dụng với muối của những kim loại có thế tiêu chuẩn cao hơn tạo thành muối Cr(II):

2. Các hợp chất quan trọng của Crom

Hợp chất Cr(II)

Các hợp chất Cr (II) người ta mới chỉ biết được một ít dẫn xuất CrO màu đen, Cr(OH)2 màu vàng, CrS màu đen, CrCl2 không màu….Các muối Cr(II) là những chất khử mạnh, chúng dễ bị oxi không khí oxi hoá

4[Cr(OH)6]2+  +O2  + 4H+   =  4[Cr(OH)6]3+  + 2H2O

Các hợp chất Cr(II) thực tế chỉ thể hiện tính bazơ, chẳng hạn CrO, Cr(OH)2 chỉ tương tác với các axit:

CrO + 2H3O+ +3 H2O  =  [Cr(OH)6]2+

Các phức aquơ  [Cr(OH)6]2+  và các hyđrat tinh thể CrSO4.7H2O có màu xanh nước biển. Phức chất hexaaqua [Cr(OH)6]2+  có cấu tạo bát diện ứng với cấu hình electron. [dlk]12[p(d)]3[d+]1

Hợp chất Cr(III)

Cr2O3 khó nóng chảy và sôi ở 30270C. Cr2O3 tương đối trơ về mặt hoá học, nhất là sau khi đã nung nóng, nó không tan trong nước, dung dịch axit và kiềm, tính lưỡng tính của Cr2O3 chỉ thể hiện khi nấu chảy với kiềm hay Kaliđisunfat:

Cr2O3  + 2KOH  =  2KCrO+  H2O

Cr2O+ 3K2Cr2O=  Cr2(SO4)3  + 3K2SO4

Cr(III) hiđroxit: Cr(OH)3 có tính chất giống như nhôm hiđroxit, nó kết tủa dạng keo, màu lục nhạt, không tan trong nước và là chất lưỡng tính. Khi mới điều chế Cr(III) hiđroxit tan dễ dàng trong axit và dung dịch kiềm:

Cr(OH)+  3H3O+  =  [Cr(H2O)6]3+

Cr(OH)+  6 NH=  [Cr(NH)3](H2O)2]

Tất cả những ion này gọi chung là hiđroxo cromit, nó kém bền, khi đun nóng trong dung dịch thì phân huỷ tạo thành kết tủa Cr(OH)3. Sở dĩ như vậy là vì Cr(OH)3 có tính axit yếu hơn Al(OH)3.

Cr(III) hiđroxit tan không đáng kể trong dung dịch NH3 nhưng tan dễ dàng trong amoniac lỏng tạo thành phức hexaamino:

Cr(OH)+  6 NH=  [Cr(NH3)6](OH)3

Người ta đã biết được nhiều muối Cr(III), những muối này độc đối với người. Nhiều muối Cr(III) cũng có cấu tạo và tính chất giống với muối nhôm(III) bởi vì các ion Cr3+(0,57 A0) và Al3+(0,61 A0) có kích thước gần giống nhau.

Dung dịch muối Cr(III) có màu tím đỏ ở nhiệt độ thường nhưng có màu lục nhạt khi đun nóng, màu tím đỏ là màu đặc trưng của ion [Cr(H2O)6]3+.Muối có tính thuận từ, rất bền trong không khí khô và bị thuỷ phân mạnh hơn muối Cr(II). Trong môi trường axit,ion Cr3+có thể bị khử đến Cr2+ bởi kẽm.Nhưng trong môi trường kiềm nó có thể bị H2O2, PbO2, nước Clo, nước Brom oxi hoá đến Cromat:

2CrCl3  +10KOH  + 3H2O2  =  2K2CrO4  +  6KCl  +  8H2O

Do có bán kính bé và điện tích lớn, ion Cr3+ là một trong những chất tạo phức mạnh nhất, nó có thể tạo nên phức chất với hầu hết phối tủ đã biết. Tuy nhiên, độ bền của các phức chất còn tuỳ thuộc vào bản chất của phối tử và cấu hình của phức chất.

Trong dung dịch Cr(III) Clorua có thể kết hợp với những Clorua kim loại kiềm tạo thành phức chất màu đỏ hồng:

CrCl3  +  3KCl  =  K3 [CrCl6 ]

Vì ở trạng thái trung gian, ion vừa có tính chất oxi hoá (trong môi trường axit), vừa có tính khử (trong môi trường bazơ).

Người ta đã biết nhiều các phức với số phối trí hai, ba, bốn nhân của Cr(III), trong đó có thể có các phân tử trung hoà: NH3, -NH2, -CH2-CH2-NH2 hoặc gốc axit: SO42-, C2O42-, SeO42-, CH3COO

Hợp chất Cr(VI)

Các hợp chất Cr(VI) có tính oxi hoá mạnh, đó cũng là nguyên nhân và tác nhân gây bệnh của Crom đối với cơ thể.

Crom (VI) oxit (CrO3) là chất oxi hoá mạnh, nó oxi hoá  I2, S, P, C, CO, HBr… và nhiều chất hữu cơ khác.Là anhiđrit axit, CrO3 dễ tan trong nước và kết hợp với nước tạo thành axit, là axit Cromic (H2CrO4) và axit poli Cromic (H2Cr2O7, H2Cr3O10, H2Cr4O13).

Axit Cromic và axit poli Cromic là những axit rất độc với người, không bền, chỉ tồn tại ở dạng dung dịch. Dung dịch axit Cromic (H2CrO4)  có màu vàng, dung dịch axit đicromic H2Cr2O7 có màu da cam, màu của axit đậm dần tới màu đỏ khi số nguyên tử Cr trong phân tử tăng.Do vậy, khi các dung dịch axit trên tác dụng với dung dịch kiềm nó có thể tạo nên các muối Cromat, đicromat, tricromat…

Muối Cromat có màu vàng, còn muối đicromat có màu da cam. Các muối này là những chất oxi hoá mạnh, tính chất này thể hiện rõ trong môi trường axit:

2CrO42-  +  16H+  +  6e  =  2Cr3+  +  8H2O

Những muối cromat và đicromat thường gặp là: Na2CrO4; K2CrO4; PbCrO4; NiCrO4; ZnCrO4; K2Cr2O7; Na2Cr2O7 và (NH4)2Cr2O7.Trong đó các muối PbCrO4; NiCrO4 và ZnCrO4 được dùng nhiều trong công nghệ chất màu, sơn, mạ …

Crom là chất đứng đầu trong danh mục các chất gây ô nhiễm độc hại. Trong nước thải mạ điện có mặt ở dạng anion như Cromat (CrO42-)  ; đicromat (Cr2O72-) và bicromat HCrO4. Tuỳ thuộc vào pH, vào nồng độ Crom mà Cr(VI) tồn tại với hằng số cân bằng

H2CrO<->  H+  +  HCrO4   K1  =  0,18 (pK1 = 6,15)

HCrO4  <->  H+  +  CrO42-       K2  =  3,2.10-7(pK2 = 5,65)

2HCrO4  <->  Cr2O72-  +  H2O  K3  =  33,3(pK3 = 14,56)

Cr(VI) độc đối với cơ thể sống hơn so với Cr(III).

Vai trò và tác dụng sinh lý của Crom

1. Vai trò của Crom

Crom là một nguyên tố vi lượng. Qua nghiên cứu, người ta thấy ở nồng độ thấp Crom đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất như chuyển hoá glucozơ trong máu.

Với đặc tính lý hoá của Crom (bền ở nhịêt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo màu tốt…) nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi.Trong luyện kim Crom được dùng để sản xuất các hợp kim với Niken và Molipden (Mo), để sản xuất thép chống mòn và sử dụng trong công nghệ chế tạo máy. Crom được mạ lên bề mặt kim loại tạo nên lớp mạ có độ bền hoá học cao, chịu được mài mòn, bề mặt sáng đẹp, phản xạ ánh sáng tốt.Trong công nghiệp da Crom được dùng làm chất tẩy và chất làm bền da (Crom(III)sunfat được sử dụng với tư cách là một hoá chất chính, tương tác giữa Cr3+ và chất Collugen làm cho da bền có khả năng chống co ngót ngay cả ở nhiệt độ cao). Ngoài ra Crom  còn được dùng làm sắc tố để pha sơn và mực, làm cao su và gốm…

2. Độc tính của Crom

*Các kết quả nghiên cứu cho thấy Crom dù chỉ với một liều lượng nhỏ cũng là nguyên nhân chính gây tác hại nghề nghịêp.Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) đã phân các chất hoá học theo 4 nhóm có khả năng gây ung thư:

  • Nhóm 1: Tác nhân là chất gây ung thư ở người
  • Nhóm 2A: Tác nhân có thể gây ung thư ở người
  • Nhóm 2B: Tác nhân có lẽ gây ung thư ở người
    • Nhóm3: Tác nhân không thể phân loại dựa trên tính gây ung thư ở người
      • Nhóm 4: Tác nhân có lẽ không gây ung thư ở người

*IARC đã xếp Crom (VI) vào nhóm 1(Tác nhân là chất gây ung thư ở người ) và Crom(III) vào nhóm 3 (Tác nhân không thể phân loại dựa trên tính gây ung thư ở người).

Qúa trình trao đổi chất

Trong nước, Crom tồn tại hai dạng Cr(III) và Cr(IV). Nhìn chung, sự hấp thụ của Crom vào cơ thể con người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó. Cr(VI) hấp thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) ( mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thu) và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Crom (III) chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr(VI) lên tới 50%. Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều Crom nhất. Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường: hô hấp, tiêu hoá và khi tiếp xúc trực tiếp với da.Con đường xâm nhập, đào thải Crom ở cơ thể người chủ yếu qua con đường thức ăn, Cr(VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng , tác động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư, tuy nhiên với hàm lượng cao Crom làm kết tủa các prôtêin, các axit nuclêic và ức chế hệ thống men cơ bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đường nào Crom cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/l; sau đó chúng chuyển vào hồng cầu và hoà tan nhanh trong hồng cầu nhanh 10 ÷ 20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng , được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu. Từ các cơ quan phủ tạng Crom hoà tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm.

Độ độc hại

Các nghiên cứu cho thấy con người hấp thụ Cr6+ nhiều hơn Cr3+nhưng độc tính của Cr6+ lại cao hơn Cr3+ gấp khoảng 100 lần.

Ảnh hưởng của crom đối với động thực vật:

Người ta đã khảo sát ảnh hưởng của hợp chất Crom lên sự sống của cá chép bằng cách ngâm trứng cá sau khi đã thụ tinh vào nước có chứa Crom (VI). Khi nồng độ Crom từ 3,9 – 9,6 mmol/l và ở pH = 8, Crom không ảnh hưởng đến tỷ lệ trứng nở nhưng khi nồng độ Crom đạt đến 9,6 mmol/ và ở pH = 6,3 tỉ lệ cá mắc bệnh khác nhau về da và tử vong tăng. Nếu ngâm trứng vào dung dịch Crom (VI) có nồng độ 3,9 mmol/l và ở pH = 6,3 thì tỉ lệ cá mắc bệnh tuỷ sống tăng lên, mang và vây khô hơn, khả năng chịu lạnh kém hơn. Người ta cũng thấy crom có gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển của thực vật: gây bệnh vàng lá cho lúa.

Ảnh hưởng của crom đối với con người:

Nước thải sinh hoạt có thể chứa lượng crom tới 0,7µg/ml mà chủ yếu ở dạng Cr(VI) có độc tính với nhiều loại động vật có vú.Crom(VI) dù chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây độc đối với con người. Nếu Crom có nồng độ lớn hơn giá trị 0,1mg/l gây rối loạn sức khoẻ như nôn mửa…Khi thâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm –SH trong enzim và làm mất hoạt tính của enzim gây ra rất nhiều bệnh đối với con người:

– Crom và các hợp chất của crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da..Bề mặt da là bộ phận dễ bi ảnh hưởng. Niêm mạc mũi dễ bị loét. Phần sụn của vách mũi dễ bị thủng. Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng và loét sâu, có thể bị loét đến xương. Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với prôtêin tạo thành phản ứng kháng nguyên. Kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát. Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành tràm hoá.

– Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi. Khi ở dạng CrO3 hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm.

– Nhiễm độc Crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan,loét da,viêm da tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phổi, viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim…

Các tác giả Langard và Vigander đã kiểm tra các công nhân NaUy làm việc trong các nhà máy sản xuất màu Crom có nồng độ Cr(VI) là 0,05mg/m3 phát hiện rằng khả năng liên quan đến ung thư phổi cao hơn người bình thường 44 lần [30]. Nghiên cứu những người công nhân làm việc ở nhà máy sản xuất chất mầu New Jersey chỉ ra rằng những người công nhân làm việc 2 năm thì khả năng mắc bệnh cao hơn 1,6 lần và nếu 10 năm thì khả năng này là 1,9 lần so với người bình thường [31]. Nguy cơ mắc bệnh ung thư dạ dày và tuyến tụy cũng tăng lên đối với công nhân nhà máy sơn có sử dụng chì và kẽm Cromat làm nguyên liệu.

Những công việc có thể gây nhiễm độc Crom:Chế tạo ắcquy, luyện kim, sản xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, keo dán, ximăng, đồ gốm, muối crom , bột màu, men sứ, thuỷ tinh, bản kẽm, cao su, gạch chịu lửa, xà phòng, hợp kim nhôm, thợ xây dựng, mạ điện, mạ crom.. Đặc biệt ngành mạ Crom thường được tiến hành ở nhiệt độ khoảng trên 400C và hơi dung dịch axit cromic có nồng độ cao (thường lớn hơn 200g/l) sẽ tác động đến hệ thống hô hấp của công nhân. Hàm lượng Crom có trong nước ngọt khoảng 0,1-6 µg/mlvà trong nước biển là 0,2-50µg/l.Trong các loại thức ăn, hàm lượng Crom khoảng từ 20-600mg/kg. Trong nước Crom chỉ tồn tại ở hai dạng Cr3+, Cr6+ nhưng dạng Cr3+ thường gặp hơn.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: