Укажите причину химической инертности хрома

Металлические детали содержащие хром не проявляют токсического действия на организм, поэтому применяются в медицинской практике. Сплавы Cr-Co используют хирургии. Укажите причину химической инертности хрома. Для подтверждения ответа приведите электронную конфигурацию и графическую схему в основном состоянии хрома и его Cr³⁺ и Cr⁶⁺.

Решение:

Основные принципы и правила, соответствии с которыми происходит заполнение уровней, подуровней и орбиталей:

1.Принцип наименьшей энергии:

Электрон занимает наиболее энергетически выгодную орбиталь, т.е. заполнение орбиталей в невозбужденном атоме осуществляется таким образом, чтобы энергия атома была минимальной.

2.Принцип Паули:

В одном атоме не может быть двух электронов, у которых значения всех четырех квантовых чисел были бы одинаковыми.

3.Правило Хунда:

В пределах подуровня электроны стремятся занять максимальное количество орбиталей.

Разберем электронную конфигурацию и графическую схему Cr, используя правила и принципы в соответствии с которыми происходит заполнение уровней, подуровней и орбиталей.

Электронная конфигурация хрома в основном состоянии ₂₄Cr[Ar]4s¹3d⁵.

4S подуровень заполняется раньше, чем 3d подуровень, т.к. энергия электрона на нем будет меньше, чем на нем будет меньше, чем 3d подуровень, согласно принципу наименьшей энергии. Валентные электроны склонны к «перескоку», т.к. если d-подуровень заполнен на половину или полностью d⁵ и d¹⁰, то атом более устойчив, поэтому электрон с 4s- подуровня переходит на 3d- подуровень.

Графическая схема заполнения электронами валентных орбиталей для нормального состояния атома хрома имеет вид :

₂₄Cr[Ar]­­­^(3d)­­­^(4s)Cr⁶⁺ [Ar] 4S⁰ 3d⁰; Cr⁶⁺ [Ar] –^3d– — ^4s–

Cr³⁺ [Ar] 4S⁰ 3d⁰; Cr³⁺ [Ar] ­^3d­­ —^4S–

При составлении графических схем распределения электронов в атоме пользуются следующими обозначениями:

Черта – орбиталь,

Стрелка – электрон:

Направление стрелки – ориентация его спина.

Хром имеет шесть валентных электронов, он может взаимодействовать с кислородом, у которого имеются два неспаренных валентных электрона.

₈O [Ar] ­¯^3S¯­^3p­­

Исходя, из графических схем следует, что при взаимодействии хрома с кислородом образуется оксид хрома, который покрывает поверхность хрома тончайшей, но очень тонкой защищающей металлический хром от воздействия кислорода, воды и углекислого газа.

Пассивирование хрома пленкой оксида делает его противокоррозионным материалом.