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Última atualização: 7 de dezembro de 2024

Cromo (Z=24): Um Metal Brilhante com Propriedades Notáveis

Modelo do átomo de cromo

História da descoberta do cromo

O cromo foi descoberto em 1797 pelo químico francês Louis Nicolas Vauquelin (1763–1829), enquanto analisava um mineral vermelho-vivo da Sibéria, a crocoíta (cromato de chumbo, PbCrO₄). Intrigado pelas cores variadas dos compostos obtidos, Vauquelin isolou um novo elemento metálico, que chamou de cromo, do grego chroma, que significa "cor", em referência às tonalidades brilhantes de seus compostos (verde, amarelo, laranja, vermelho). No mesmo ano, Vauquelin também descobriu o berílio, tornando 1797 um ano notável na história da química. O cromo metálico puro só foi isolado posteriormente, pois sua produção requer técnicas complexas de redução devido à sua forte afinidade com o oxigênio.

Estrutura e propriedades fundamentais

O cromo (símbolo Cr, número atômico 24) é um metal de transição do grupo 6 da tabela periódica. Seu átomo possui 24 prótons, geralmente 28 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{52}\mathrm{Cr}\)) e 24 elétrons com a configuração eletrônica [Ar] 3d⁵ 4s¹ (Ar = abreviação dos primeiros 18 elétrons do cromo).
À temperatura ambiente, o cromo é um metal sólido branco-prateado com um brilho metálico característico. É relativamente denso (densidade ≈ 7,19 g/cm³) e extremamente duro, classificando-se entre os metais mais duros. Possui excelente resistência à corrosão devido à formação espontânea de uma fina camada de óxido de cromo (Cr₂O₃), que o torna inerte no ar e na água. Ponto de fusão do cromo (estado líquido): 2.180 K (1.907 °C). Ponto de ebulição do cromo (estado gasoso): 2.944 K (2.671 °C).

Tabela de isótopos do cromo

Isótopos do cromo (propriedades físicas-chave)
Isótopo / NotaçãoPrótons (Z)Nêutrons (N)Massa atômica (u)Abundância naturalMeia-vida / EstabilidadeDecaimento / Observações
Cromo-50 — \(\,^{50}\mathrm{Cr}\,\)242649,946044 u≈ 4,345 %EstávelIsótopo estável mais leve do cromo natural.
Cromo-52 — \(\,^{52}\mathrm{Cr}\,\)242851,940507 u≈ 83,789 %EstávelIsótopo dominante do cromo; o mais abundante na natureza.
Cromo-53 — \(\,^{53}\mathrm{Cr}\,\)242952,940649 u≈ 9,501 %EstávelPossui um momento magnético nuclear; usado em RMN e como traçador isotópico.
Cromo-54 — \(\,^{54}\mathrm{Cr}\,\)243053,938880 u≈ 2,365 %EstávelIsótopo estável mais pesado do cromo natural.
Cromo-51 — \(\,^{51}\mathrm{Cr}\,\)242750,944767 uSintético≈ 27,7 diasRadioativo, captura eletrônica para \(\,^{51}\mathrm{V}\). Usado em medicina nuclear para marcar glóbulos vermelhos.
Cromo-48 — \(\,^{48}\mathrm{Cr}\,\)242447,954032 uSintético≈ 21,6 horasRadioativo, decaimento β⁺. Produzido em colisões de partículas de alta energia.

Configuração eletrônica e camadas eletrônicas do cromo

Nota:
Camadas eletrônicas: Como os elétrons se organizam ao redor do núcleo.

O cromo possui 24 elétrons distribuídos em quatro camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica apresenta uma particularidade notável: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹, ou simplificada: [Ar] 3d⁵ 4s¹. Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(13) N(1). A configuração atípica 3d⁵ 4s¹ (em vez de 3d⁴ 4s²) é explicada pela estabilidade particular de uma subcamada d semi-preenchida.

Estrutura detalhada das camadas

Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Essa camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos como 2s² 2p⁶. Essa camada também está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 13 elétrons distribuídos como 3s² 3p⁶ 3d⁵. Os orbitais 3s e 3p estão completos, enquanto os cinco orbitais 3d contêm cada um um elétron não pareado, criando uma configuração semi-preenchida particularmente estável.
Camada N (n=4): contém apenas 1 elétron na subcamada 4s. Esse arranjo anormal (apenas um elétron 4s em vez de dois) resulta de uma transferência energeticamene favorável para a subcamada 3d.

Elétrons de valência e estados de oxidação

Os 6 elétrons das camadas externas (3d⁵ 4s¹) são os elétrons de valência do cromo. Essa configuração explica suas variadas propriedades químicas:
Ao perder 1 elétron 4s, o cromo pode formar o íon Cr⁺ (raro).
Ao perder o elétron 4s e 1 elétron 3d, forma o íon Cr²⁺ (estado de oxidação +2).
O estado de oxidação +3 (Cr³⁺) é muito comum e estável, formando muitos compostos coloridos.
O estado de oxidação +6 (Cr⁶⁺) existe em cromatos (CrO₄²⁻) e dicromatos (Cr₂O₇²⁻), compostos oxidantes poderosos.

A configuração eletrônica particular do cromo, com sua subcamada 3d semi-preenchida, confere-lhe uma estabilidade magnética excepcional. Os cinco elétrons não pareados fazem do cromo um metal paramagnético. Essa estrutura também explica a grande variedade de cores de seus compostos: o verde-esmeralda do Cr³⁺, o laranja-vivo dos dicromatos e o amarelo dos cromatos.

Reatividade química

O cromo apresenta uma reatividade química paradoxal. À temperatura ambiente, é notavelmente inerte devido à camada de óxido Cr₂O₃ que se forma espontaneamente em sua superfície, protegendo-o da corrosão. Essa passivação explica seu uso na proteção de outros metais. No entanto, em altas temperaturas, o cromo reage vigorosamente com oxigênio, halogênios, enxofre e nitrogênio. O cromo pode existir em vários estados de oxidação, principalmente +2, +3 e +6. Os compostos de cromo(III) são geralmente verdes e estáveis, enquanto os de cromo(VI) são amarelos a vermelho-alaranjados e altamente oxidantes. O cromo resiste à maioria dos ácidos diluídos devido à sua camada passiva, mas pode ser atacado por ácido clorídrico concentrado e quente. Os compostos de cromo(VI) são tóxicos e requerem manuseio cuidadoso.

Aplicações industriais e tecnológicas do cromo

Papel na astrofísica e cosmologia

O cromo é sintetizado principalmente em estrelas massivas durante a queima explosiva de silício que precede as supernovas do tipo II. Também se forma por captura lenta de nêutrons em uma fase tardia da evolução de estrelas de massa baixa a intermediária (aproximadamente 0,6 a 10 massas solares). A abundância relativa dos isótopos de cromo em meteoritos primitivos fornece pistas valiosas sobre as condições físicas no disco protoplanetário e os estágios iniciais da formação do sistema solar.

O cromo desempenha um papel importante na espectroscopia estelar. As linhas de absorção do cromo neutro (Cr I) e ionizado (Cr II) são usadas para determinar a composição química, temperatura efetiva e metalicidade das estrelas. O estudo da relação cromo/ferro em estrelas antigas de nossa galáxia ajuda a entender a evolução química da Via Láctea e as contribuições relativas dos diferentes tipos de supernovas para o enriquecimento do meio interestelar. Certas estrelas peculiares, chamadas estrelas quimicamente peculiares, mostram superabundâncias de cromo devido a processos de difusão radiativa em suas atmosferas.

Nota:
O cromo é relativamente abundante na crosta terrestre, ocupando a 21.ª posição com cerca de 0,014% em massa. Encontra-se principalmente na forma de cromita (FeCr₂O₄), o único minério de cromo economicamente explorável. Os principais depósitos estão na África do Sul, Cazaquistão e Índia. A extração de cromo metálico requer uma redução do minério, geralmente por aluminotermia ou eletrólise. Embora a extração seja menos complexa do que a do titânio, a produção de cromo de alta pureza para aplicações especializadas permanece tecnicamente exigente. A demanda global por cromo não para de crescer, impulsionada principalmente pela indústria do aço inoxidável, que consome cerca de 85% da produção mundial.

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