Los hidruros de cromo son compuestos de cromo e hidrógeno , y posiblemente otros elementos. Existen compuestos intermetálicos con cantidades no del todo estequiométricas de hidrógeno, así como moléculas altamente reactivas. Cuando están presentes en bajas concentraciones, el hidrógeno y otros elementos determinados aleados con cromo actúan como agentes suavizantes que permiten el movimiento de dislocaciones que de otro modo no se producirían en las redes cristalinas de los átomos de cromo.
El hidrógeno presente en aleaciones típicas de hidruro de cromo puede contribuir sólo con unos pocos cientos de partes por millón en peso a temperatura ambiente. Variar la cantidad de hidrógeno y otros elementos de aleación, y su forma en el hidruro de cromo, ya sea como elementos solutos o como fases precipitadas, acelera el movimiento de dislocaciones en el cromo y, por lo tanto, controla cualidades como la dureza , la ductilidad y la resistencia a la tracción del hidruro de cromo resultante.
Incluso en el estrecho rango de concentraciones que componen el hidruro de cromo, las mezclas de hidrógeno y cromo pueden formar varias estructuras diferentes, con propiedades muy diferentes. Comprender dichas propiedades es esencial para fabricar hidruro de cromo de calidad. A temperatura ambiente , la forma más estable de cromo puro es el cromo α de estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC). Es un metal bastante duro que puede disolver solo una pequeña concentración de hidrógeno.
Puede presentarse como un sólido de color marrón opaco o gris oscuro en dos formas cristalinas diferentes: cúbico centrado en las caras con fórmula CrH ~2 o un sólido hexagonal compacto con fórmula CrH ~1 . El hidruro de cromo es importante en el cromado , siendo un intermediario en la formación de la placa de cromo.
Ollard y Bradley investigaron mediante cristalografía de rayos X un alótropo aparentemente inusual del cromo en forma de cristal hexagonal; sin embargo, no se dieron cuenta de que contenía hidrógeno. [1] La sustancia cristalina compacta hexagonal que descubrieron en realidad contiene CrH x con x entre 0,5 y 1. [2] La red para la forma hexagonal tenía dimensiones de celda unitaria a = 0,271 nm y c = 0,441 nm. [3] La forma cristalina se ha descrito como una estructura anti- NiAs y se conoce como fase β. [4] También conocido como ε-CrH, el grupo espacial es Fm 3 m con hidrógeno solo en sitios octaédricos. [5]
También se puede producir una fase cúbica centrada en las caras (fcc) de hidruro de cromo cuando se electrodeposita cromo. Cloyd A. Snavely utilizó cromato en jarabe de azúcar enfriado a aproximadamente 5 °C y con una densidad de corriente de 1290 amperios por metro cuadrado. La dimensión de la celda unitaria en el material fue de 0,386 nm. El material es frágil y se descompone fácilmente con el calor. La composición es CrH x , con x entre 1 y 2. [2] Para una densidad de corriente superior a 1800 amperios por metro cuadrado y a bajas temperaturas, se creó la forma compacta hexagonal, pero si la corriente era menor o la temperatura era mayor, entonces se depositaba cromo metálico cúbico centrado en el cuerpo regular. [6] La condición para preferir la formación de hidruro de cromo cúbico centrado en las caras es un pH alto. [3] La forma fcc de CrH tiene átomos de hidrógeno en sitios octaédricos en el grupo espacial P6 3 /mmc. [5]
El CrH cúbico centrado en las caras tenía la composición CrH 1,7 . [3] Pero en teoría sería CrH 2 si la sustancia fuera pura y todos los sitios tetraédricos estuvieran ocupados por átomos de hidrógeno. La sustancia sólida CrH 2 aparece como un color gris opaco o marrón. Su superficie se raya fácilmente, pero eso se debe a la fragilidad del hidruro. [3]
El hidruro de cromo cúbico centrado en la cara también se forma temporalmente cuando el metal de cromo se graba con ácido clorhídrico . [7]
La forma hexagonal cambia espontáneamente a cromo normal en 40 días, mientras que la otra forma (cúbica centrada en las caras) cambia a la forma cúbica centrada en el cuerpo del cromo en 230 días a temperatura ambiente. Ollard ya había notado que durante esta transformación se desprende hidrógeno, pero no estaba seguro de que el hidrógeno fuera un componente esencial de la sustancia, ya que el cromo electrodepositado generalmente contenía hidrógeno. Colin G Fink observó que si la forma hexagonal se calentaba en una llama, el hidrógeno se quemaría rápidamente. [6]
La galvanoplastia de cromo metálico a partir de una solución de cromato implica la formación de hidruro de cromo. Si la temperatura es lo suficientemente alta, el hidruro de cromo se descompone rápidamente a medida que se forma, produciendo cromo cúbico centrado en el cuerpo microcristalino. Por lo tanto, para garantizar que el hidruro se descomponga con la suficiente rapidez y suavidad, el cromo debe galvanizarse a una temperatura adecuadamente alta (aproximadamente de 60 °C a 75 °C, según las condiciones). A medida que el hidruro se descompone, la superficie galvanizada se agrieta. El agrietamiento se puede controlar y puede haber hasta 40 grietas por milímetro. Las sustancias en la superficie galvanizada, principalmente sesquióxido de cromo , son succionadas hacia las grietas a medida que se forman. Las grietas se curan y las capas galvanizadas más nuevas se agrietarán de manera diferente. Cuando se observa con un microscopio, el cromo galvanizado parecerá estar en forma de cristales con ángulos de 120° y 60°, pero estos son los fantasmas de los cristales de hidruro originales; Los cristales reales que finalmente se forman en el recubrimiento son mucho más pequeños y están compuestos de cromo cúbico centrado en el cuerpo. [3]
El hidruro de cromo superhexagonal [ cuando se define como? ] también se ha producido exponiendo películas de cromo al hidrógeno bajo alta presión y temperatura. [8]
En 1926, T. Weichselfelder y B. Thiede afirmaron haber preparado trihidruro de cromo sólido haciendo reaccionar hidrógeno con cloruro de cromo y bromuro de fenilmagnesio en éter, formando un precipitado negro. [9] [10]
El CrH sólido hexagonal puede arder en el aire con una llama azulada. Es inflamable con una cerilla encendida. [11]
El contenido de hidrógeno del hidruro de cromo oscila entre cero y unos pocos cientos de partes por millón en peso para aleaciones simples de cromo-hidrógeno. Estos valores varían según los elementos de aleación , como hierro , manganeso , vanadio , titanio [12] , etc.
Se pueden formar aleaciones con un contenido de hidrógeno significativamente superior a unos pocos cientos de partes por millón, pero requieren presiones extraordinariamente altas para ser estables. En tales condiciones, el contenido de hidrógeno puede contribuir hasta el 0,96% de su peso, punto en el que alcanza lo que se llama un límite de fase de compuesto lineal. A medida que el contenido de hidrógeno se mueve más allá del límite de fase de compuesto lineal, el sistema cromo-hidrógeno deja de comportarse como una aleación y, en su lugar, forma una serie de compuestos estequiométricos no metálicos, cada uno de los cuales requiere una presión aún mayor para la estabilidad. El primer compuesto de este tipo encontrado es el hidruro de dicromo ( Cr
2H ), donde la relación cromo-hidrógeno es 1/0,5, lo que corresponde a un contenido de hidrógeno del 0,96%. Dos de estos compuestos son metaestables a presiones ambientales, lo que significa que se descomponen en períodos prolongados de tiempo, en lugar de hacerlo instantáneamente. El otro compuesto de este tipo es el hidruro de cromo (I) , que es varias veces más estable. Ambos compuestos son estables a temperaturas criogénicas y persisten indefinidamente, aunque no se conocen los detalles precisos. [13] -
A menudo se añaden otros materiales a la mezcla de cromo e hidrógeno para producir una aleación de hidruro de cromo con las propiedades deseadas. El titanio en el hidruro de cromo hace que la forma β-cromo de la solución de cromo e hidrógeno sea más estable. [ cita requerida ]
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