UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II SCUOLA INTERUNIVERSITARIA CAMPANA DI SPECIALIZZAZIONE ALL’INSEGNAMENTO VIII CICLO TESINA DEL CORSO Chimica.

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1 UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II SCUOLA INTERUNIVERSITARIA CAMPANA DI SPECIALIZZAZIONE ALL’INSEGNAMENTO VIII CICLO TESINA DEL CORSO Chimica degli elementi Prof. Andini

2 Destinatari: II anno (ISTITUTO TECNICO)Destinatari: II anno (ISTITUTO TECNICO) Tempi: 1 lezioni da 55 minutiTempi: 1 lezioni da 55 minuti Collegamenti interdisciplinari: storia, letteratura, chimica dei materiali;scienze della terra.Collegamenti interdisciplinari: storia, letteratura, chimica dei materiali;scienze della terra. Prerequisiti: definizioni di chimica di base (numero atomico, peso atomico, numero di ossidazione, proprietà chimiche e fisiche, tavola periodica.)Prerequisiti: definizioni di chimica di base (numero atomico, peso atomico, numero di ossidazione, proprietà chimiche e fisiche, tavola periodica.) Obiettivi:descrivere le caratteristiche e le applicazioni dell’elemento chimico “Cromo”.Obiettivi: descrivere le caratteristiche e le applicazioni dell’elemento chimico “Cromo”. Metodologia:lezione frontale, attività di didattica interattiva e partecipata, lavoro di gruppo.Metodologia: lezione frontale, attività di didattica interattiva e partecipata, lavoro di gruppo. Strumenti: lavagna, libro di testo, utilizzo di sussidi multimedialiStrumenti: lavagna, libro di testo, utilizzo di sussidi multimediali Verifica: di tipo orale e corredata da test a risposta apertaVerifica: di tipo orale e corredata da test a risposta aperta

3 isotopiisotopi 52 Cr, 53 Cr e 54 Cr.

4 Il Cromo CARATTERISTICHE:Il cromo è un metallo duro, lucido, color grigio acciaio; può essere facilmente lucidato, fonde con difficoltà ed è molto resistente alla corrosione.

5 Principali caratteristiche Massa atomica51.99 uma Energia di prima ionizzazione 651.74 kJ/mol Elettronegatività1.66 Temperatura di fusione 1875 o C Temperatura di ebollizione 2665 o C Stato di aggregazionesolido Densità7.19 g/cm 3 Stati di ossidazione2,3,4,5,6 Periodo: 4 Blocco: d Z : 24 Configurazione elettronica : [Ar] 3d 5 4s 1

6 Storia Il cromo fu scoperto da Louis-Nicholas Vauquelin in Francia nel 1797 nel minerale crocoite (PbCrO 4 ). Nel 1822 cominciò lo sviluppo dei composti del cromo nella produzione di pigmenti coloranti, ossidanti, concianti. Nel 1865 cominciò a diffondersi il suo uso nelle leghe metalliche, già sperimentato da Faraday nel 1821. A partire dal 1926 furono introdotti i processi di cromatura.

7 Storia Origine del nome Il nome cromo deriva dalla parola greca “chroma” che significa colore. Esso si riferisce ai numerosi composti colorati che questo elemento può formare: –Cr 2 O 3 usato come pigmento verde (verde di Guignet) per vernici e ceramiche; –PbCrO 4 di colore giallo usato come pigmento per la segnaletica stradale; –CrO 3 di colore rosso.

8 Introduzione più comuni stati di ossidazione del cromo sono +2, +3 e +6, di cui +3 è il più stabile; stati +4 e +5 sono relativamente rari. I composti del cromo +6 (cromo esavalente) sono potenti ossidanti. stati di ossidazionecromo esavalente

9 usi In metallurgia, per conferire resistenza alla corrosione ed una finitura lucidametallurgia Per smalti e vernici.smaltivernici Ruolo Biologico.

10 Produzione È un elemento poco diffuso sulla superficie terrestre. Il cromo non si trova in natura allo stato elementare. Il più importante minerale è la cromite (FeCr 2 O 4 ), che si trova in Turchia, USA, in Sud Africa. L’altro minerale più importante è la crocoite PbCrO 4, molto diffuso in Russia, Brasile e Turchia

11 1.La cromite, finemente polverizzata e mescolata con soda, viene arrostita in forni ad atmosfera ossidante. Il cromo viene trasformato in cromato sodico, passando dallo stato di ossidazione +3 a +6: che, essendo solubile in acqua, può essere estratto dalla massa solida. 2.Il liquido di estrazione viene poi acidificato per formare il dicromato, che, può essere cristallizzato in forma pura: 3.Il dicromato viene ridotto ad ossido di Cr(III) con C: Come si ottiene?

12 4.L’ossido viene infine ridotto con Si o Al: Per le applicazioni siderurgiche Si ottiene la lega ferrocromo, usata nella produzione di acciai speciali, caratterizzati da una particolare tenacia (acciai rapidi) o dalla resistenza alla corrosione (acciai inossidabili)

13 Composti del Cr (II) Le soluzioni di Cr (II) hanno un magnifico colore blu, si ottengono per riduzione di Cr (III) con zinco in soluzione acida; vanno conservate al di fuori del contatto dell’aria Nello stato di ossidazione +2, il cromo ha un’elevata tendenza a cedere elettroni (riducente) I composti di Cr (II) sono usati per la riduzione di composti organici o, ad esempio, per ottenere azoto puro, privo di ossigeno.

14 Lo stato di ossidazione +3 è il più importante nella chimica del cromo; Lo ione Cr 3 + in soluzione acquosa è di colore violetto; L’ossido di cromo (III) Cr 2 O 3, di colore verde, è tra i composti più importanti, si prepara: oppure per riduzione Il Cr 2 O 3 viene usato nella produzione di vetri colorati. Il Cr (III) è responsabile del colore verde dello smeraldo, in cui va a sostituire alcuni atomi di alluminio: Il Cr (III) si trova anche nel rubino, naturale o sintetico. I sali di Cr(III) si legano facilmente alle proteine ed è per questo motivo che vengono utilizzati nella concia delle pelli. Composti del Cr (III)

15 Composti del Cr (IV) L’unico composto del Cr (IV) degno di nota è il CrO 2 che si ottiene per decomposizione termica del CrO 3, ha proprietà magnetiche e per questo motivo viene utilizzato per la produzione di nastri magnetici di registrazione. Composti del Cr (V) La chimica del Cr(V) va ricordata solamente per il fatto che si ritiene che tali ioni, insieme all’alluminio, sono catalizzatori per la produzione di macromolecole.

16 Composti del Cr (VI) CrO 3 è molto solubile in acqua e in vari solventi organici; ha un’elevata tendenza ad acquistare elettroni (ossidante) per cui è impiegato nelle sintesi organiche (reattivo di Jones); è altamente velenoso. In soluzione basica l’anidride cromica forma lo ione cromato CrO 4 2- giallo, che in ambiente acido è in equilibrio con lo ione dicromato Cr 2 O 7 2- di colore arancio: Lo ione dicromato è un forte ossidante in soluzione acida; Lo ione cromato è ossidante in soluzione basica. Il Cr (VI) è tossico-nocivo.

17 Principali usi del cromo Galvanostegia –Cromatura –Cromatazione –Cromizzazione Metallurgia Tintoria Conceria Galvanostegia Ricoprimento per elettrolisi di metalli comuni con altri aventi particolari caratteristiche.

18 Principali usi del cromo Cromatura a spessore ottenuta tramite processo galvanico, per ridare un determinato spessore ad un oggetto, sempre di ferro o acciaio, consumatosi durante l'utilizzo e rendendolo idoneo al reimpiego, sfruttando le caratteristiche di durezza del cromo, previa rettifica del pezzo stesso.rettifica Cromatura tradizionale (in uso nel campo dell'arredamento) prevede l'immersione del pezzo da cromare in una serie di bagni. Prima viene sgrassato e pulito perfettamente e poi immerso in una soluzione elettrolitica di soda caustica, soluzione elettrolitica di acido cloridrico con relativi bagni di lavaggio. Il bagno principale (dove il pezzo sosta più a lungo) è quello della soluzione elettrolitica di nichel. IL nichel uniforma il più possibile la superficie metallica a livello microscopico. Dopo un ulteriore lavaggio avviene l'immersione nella vasca della soluzione elettrolitica del cromo. Negli ultimi anni, oltre al cromo esavalente, si usa sempre di più il cromo trivalente, definito 'ecologico'. Cromatura satinata (opaca) per la quale il processo è simile tranne che per l'ultimo bagno dove, con l'uso di particolari olii, si creano delle microbolle uniformemente distribuite sulla superficie del pezzo che danno il caratteristico aspetto opaco alla superficie stessa.

19 Principali usi del cromo Cromatazione La capacità dei cromati o bicromati di inibire la corrosione dei metalli ferrosi e non ferrosi mediante la formazione di un sottile strato di passivazione sulla superficie del metallo. Il bagno di cromatazione chimica consiste in tutti i casi in una soluzione che comprende due costituenti fondamentali: composti di cromo esavalente, sia sotto forma di acido cromico, che di cromati e bicromati, oppure probabili combinazioni di questi componenti; composti organici ed inorganici che vengono denominati attivatori o catalizzatori. Cromizzazione Processo di diffusione gassosa di cromo sul ferro,per il quale si possono convertire superfici di normale acciaio a superfici di acciaio inossidabile

20 Principali usi del cromo Cromatura, Cromatazione e Cromizzazione Sono processi di rivestimento galvanici. Questi trattamenti stanno però diventando sempre più critici e costosi in termini di impatto ambientale. Cromatura Sistema Ni/Cr Cromatura dura Cromatazione Cromizzazione

21 I materiali di lavorazione sono tossici e potenzialmente cancerogeni. Il rendimento elettrochimico del processo di cromatura è molto basso, e la percentuale di cromo depositato è minima rispetto a quella che finisce nelle acque reflue. Elevati consumi di acque di processo e di materie prime. In molti paesi si stanno adottando provvedimenti (vincoli imposti da norme sempre più severe riguardo la tutela della salute e dell’ambiente) per limitare l'utilizzo dei processi galvanici. Fattori di criticità ambientale dei processi di cromatura galvanici

22 Conceria I composti del Cr sono utilizzati nell’industria della concia delle pelli (dal XIX secolo): il Cr (III) si lega al collagene delle pelli in modo irreversibile impedendo così la putrefazione delle pelli stesse; sostanze che rendono più morbida la pelle e nello stesso tempo la preparano alla successiva colorazione. Tintoria Nella produzione di pigmenti Cr 2 O 3 è usato come pigmento verde PbCrO 4 è usato come pigmento puro (giallo cromo)

23 Assorbimento e Tossicità del cromo Il cromo viene assorbito attraverso l'apparato respiratorio ed attraverso la cute. In particolare il Cr (VI ) viene assorbito più facilmente, viene trasformato nelle cellule in Cr (IV ) e quindi, in Cr (III), che si lega all’albumina ed alle altre proteine plasmatiche e quindi viene eliminato. La tossicità del cromo può derivare dall'eccessiva esposizione ai processi industriali. Le manifestazioni patologiche possono riguardare: –la cute (irritazione della mucosa nasale, ulcerazione del setto, sindromi asmatiformi), –l'apparato digerente (gastroduodeniti, coliti), –l'apparato urinario.

24 Tossicità del cromo Il Cromo (VI) è definito tossico-nocivo E’ talmente corrosivo che, se a lungo respirato, provoca la perforazione del setto nasale. E’, inoltre, riconosciuto come sostanza cancerogena, responsabile di neoplasie polmonari. A1: il composto è cancerogeno accertato per l'uomo; A2: il composto cancerogeno sospetto per l'uomo; C: valore massimo da non superare. Tutti i valori sono espressi come contenuto in Cr.

25 E a livello biologico a cosa serve? Il cromo è presente nel nostro organismo in piccole quantità, nell’ordine dei microgrammi è coinvolto nel metabolismo degli zuccheri e dei grassi. Numerosi studi hanno documentato che una delle principali funzioni del cromo è quella di favorire l’equilibrio degli zuccheri nel sangue, ottimizzando l’azione dell’insulina.