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TRAVAUX PRATIQUES DE Chimie de coordination et descriptive des éléments de tran

TRAVAUX PRATIQUES DE Chimie de coordination et descriptive des éléments de transition MANIPULATION 2 : LE CHROME SMC VI GROUPE : 7 Réalisé par : - YASSIR EL AHMER - SBITI MOUHSINE - NACIRI OMAR Année universitaire : 2015/2016 III-1-Etude bibliographique Le chrome, le métal de transition qui fait rutiler les pare-chocs, est aussi très présent dans les peintures. Son nom fait d’ailleurs référence à la couleur. Généralités - Symbole : Cr - Numéro atomique : 24 - Électrons par niveau d’énergie : 2, 8, 13, 1 - Masse atomique : 51,9961 u - Isotopes les plus stables : 52Cr stable avec 28 neutrons (83,789 %), 53Cr stable avec 29 neutrons (9,501 %), 54Cr stable avec 30 neutrons (2,365 %), 50Cr avec une demi-viesupérieure à 180 millions de milliards d'années (4,31 %) - Série : métaux de transition - Groupe, période, bloc : 6, 4, d - Densité : 7,15 - Point de fusion : 1.907 °C - Point d’ébullition : 2.671 °C Historique du chrome - L'emploi du chrome dans certains objets métalliques est attesté en Chine voilà deux millénaires. C'est en 1798 que fut isolé le chrome métallique, par Nicolas Louis Vauquelin. Le nom « chrome » vient du grec chroma signifiant « couleur » car les composés du chrome sont extrêmement colorés. Propriétés du chrome - Le chrome se présente sous la forme d'un métal gris acier et dur. Sa principale particularité est de résister au ternissement et à la corrosion. Les états d'oxydation de +2 à +6 sont rencontrés. Le chrome hexavalent est particulièrement oxydant tandis que le chrome (II) est un réducteur. Utilisation du chrome - L'utilisation du chrome la plus connue est sans doute en métallurgie, pour donner un rendu brillant en plus d'améliorer la résistance à la corrosion. On emploie aussi le chrome comme catalyseur dans certaines hydrogénations. Les chromates, par leurs couleurs variés (nuances de jaune pour le chromate de plomb) se retrouvent dans les peintures, mais ils sont toxiques. Dans les verres, les sels de chrome ajoutent une touche de vert. Extraction du chrome - Lavage du sol : Cette technique permet de récupérer les métaux solubles dont le chrome dans la phase liquide après lavage des terres polluées. On peut utiliser des additifs pour améliorer l’extraction comme des bases, des acides, des surfactants, des agents chélatants. Les métaux, contenus dans la solution de lavage, peuvent être récupérés par des procédés électrochimiques, par précipitation ou échange d’ions, afin que la solution de lavage soit réutilisée. Il faut s’assurer, avant de remettre le sol en place, de l’absence de solution de lavage et de ses additifs dans celui-ci . - Electromigration : La méthode consiste à extraire le sol et à l’incuber en conditions alcalines afin de limiter l’adsorption des anions chromate entre deux électrodes. L’agent alcalinisant neutralise les ions H3O+ à l’anode et l’hypochlorite qui est ajouté àla cathode migre vers l’anode et oxyde le chrome qui se trouve sous la forme trivalente. Les essais en laboratoire ont montré que, pour que le rendement du procédé soit intéressant, il faut contrôler les valeurs de pH afin de rester dans la gamme qui favorise la désorption du Cr(VI) (pH supérieur à 8) . Le facteur limitant de cette technique est le pouvoir tampon du sol qui, s’il est important, limite l’efficacité. Minéralogie de chrome Le principal minerai de chrome est la chromite, de formule FeOCr2O3 quand elle est pure. La chromite est le seul minerai de chrome présentant une valeur économique. D’autres minéraux présentent des teneurs en chrome élevées, mais leur rareté, qui exclut leur exploitation industrielle, leur confère un intérêt d’ordre purement minéralogique. Le tableau 4 répertorie les principales espèces minérales du chrome, classées suivant leur rareté croissante, avec les teneurs en Cr2O3 correspondantes. La chromite est une variété du groupe des spinelles de formule générale R2O3MO avec[ R = Al, Fe(III), Cr et M = Mg, Fe(II), Zn, Mn]. Cr peut y être remplace par Al ou Fe(III), et Fe(II) par Mg. La plupart des chromites renferment aussi d’autres métaux tels que Ti, Mn, V, Ni, mais à l’état de traces. Il faut toutefois signaler le cas particulier des chromites de la partie polaire de l’Oural, caractérisées non seulement par de fortes teneurs en Ni, mais encore par la présence de 10 a 30 ppm de PGM (Platinum Croup Minerals). La variété magnésienne (Mg, Fe)OCr2O3, appelée magnesiochromite, est très répandue dans les gisements. La picotite (Mg, Fe) (Al, Fe, Cr)2O4, variété de spinelle vert sombre, peut évoluer vers la chromite a` l’intérieur d’un même gisement. Les minéraux tels que la bronzite (Mg, Fe)SiO2, les orthopyroxenes, les olivines, les plagioclases et les produits d’altération (serpentine, chlorite, talc, limonite) forment des inclusions interstitielles dans la chromite. D’autres minéraux (dolomie, magnétite, brucite, sépiolite, tourmalines chromifères, ouvarowite, kammererite, quartz, kaolin, pyrite, chlorites, goethite…) se présentent aussi en association avec la chromite, avec une importance variable. Métallurgie de chrome L'industrie prépare, outre le métal lui-même, les ferrochromes destinés à la sidérurgie. Des fontes contenant jusqu'à 70 % de chrome sont obtenues en réduisant la chromite par le charbon dans des fours électriques. Ces ferrochromes renferment de 0,02 à 10% de carbone, suivant que le garnissage intérieur des fours est en chromite, en magnésite ou en graphite ; on consomme environ 4 000 kWh par tonne de métal et la puissance optimale des fours est de 3 000 à 6 000 kW. Dans les fours Siemens-Martin, on obtient des ferrochromes à 30 à 40 % de chrome et 8 à 10 % de carbone. Le chrome pur s'obtient en trois étapes : - passage de la chromite à un bichromate alcalin ; - réduction de ce dernier par le soufre ou le charbon en oxyde Cr2O3 ; - enfin réduction de l'oxyde à haute température par l'aluminium en poudre ou le silicium. Le chrome fondu se rassemble au fond du creuset et il est recouvert par l'alumine fondue, colorée en rouge par de l'oxyde de chrome ; une seule opération peut fournir une centaine de kilogrammes de chrome titrant 99,5% . Les impuretés principales sont l'aluminium et le fer. La purification est difficile. Un chrome plus pur peut être obtenu par électrolyse soit d'une solution d'acide chromique additionnée d'acide sulfurique ou de sulfate de chrome (III), soit d'une solution renfermant des sulfates de chrome (II), de chrome (III) et d'ammonium. Dans certaines usines, la cuve électrolytique est séparée en deux compartiments par un diaphragme poreux, et alimentée par une solution d'alun de chrome ; le chrome électrolytique renferme toujours de l'hydrogène. Le chromage électrolytique utilise des bains d'acide chromique additionnés d'acide sulfurique ou parfois d'acide fluorhydrique. Les anodes solubles en chrome ne conviennent pas, car le métal ne resterait pas à l'état d'oxydation 6 dans le bain ; la température est maintenue constante : l'intensité de courant varie de 4 à 60 ampères par dm 2. Pour obtenir un chromage brillant et de haute qualité, il faut d'abord nickeler. Un procédé plus ancien consiste à recouvrir le fer ou l'acier avec un mélange de chrome en poudre et d'alumine et à chauffer trois ou quatre heures vers 1 300-1 400 0C en atmosphère d'hydrogène. Le chromage du fer ou de l'acier peut être réalisé par action de la vapeur de chlorure de chrome (II) vers 900-1 000 0C : Signalons enfin l'immersion dans un bain de chlorures de sodium, de baryum et de chrome (II) fondus maintenu entre 900 et 1 200 0C. III-2- But de la manipulation : Le but de cette manipulation est : - préparer les isomères cis et trans du complexe KCr(C2O4)2,(H2O)2,2H2O. - Faire des tests pour identifier les deux isomères III-3- Quelque réactions avec le chrome : III-3-1 : A : Cr(OH)3 D : HPbO2- B : [Cr(OH4),(OH2)2]- E : PbCrO4 C : [Cr(NH3)6]3+ III-3-2 : Le nom des complexes B et C : B: [Cr(OH4), (OH2)2]- : Tetra hydroxo diaqua chromate (III) C : [Cr(NH3)6]3+ : Hexaamine chrome(III) III-3-3 : Les complexes de chrome est généralement octaédrique : La géométrie des complexes B et C est octaédrique et l’état d’hybridation de l’ion central est d2sp3 X= OH- et H2O X=NH 3 III-3-4 : Réaction 1 : Par action de base forte, il y a formation d’un précipité : hydroxyde de chrome (A) [Cr(OH2)6]3+ + 3OH-  Cr(OH)3 (A) + 6 H2O Réaction 2 : Ce précipité est soluble dans un excés de base pour conduire à un ion complexe (B) Cr(OH)3 + OH- + 6 H2O  [Cr(OH4),(OH2)2]- (B) + 4H2O Réaction 3 : Par action de l’ammoniac il y a formation d’un précipité bleu clair (A) [Cr(OH2)6]3+ +6 NH3  Cr(OH)3 (A) + 3NH4+ + 3H2O +3NH3 Un grand excès d’ammoniac solubilise légèrement l’hydroxyde par formation d’ion aminés complexes (C) Cr(OH)3 + 6 NH3  [Cr(NH3)6]3+ (C)+ 3OH- A l’ébullition, l’élimination de l’excès de l’ammoniac entraine la décomposition des amines et la précipitation de l’hydroxyde (A) : [Cr(NH3)6]3+ + 3OH- Cr(OH)3 + 6 NH3 Réaction 4 : Par action des oxydants puissants tel que le dioxyde de plomb (PbO2) uploads/Finance/ chrome.pdf