Chrom

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Chrom
wanad ← chrom → mangan
Wygląd
srebrzystoszary
Chrom
Widmo emisyjne chromu
Widmo emisyjne chromu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. chrom, Cr, 24
(łac. chromium)
Grupa, okres, blok 6 (VIB), 4, d
Stopień utlenienia VI, III, II
Właściwości metaliczne metal przejściowy
Właściwości tlenków kwasowe, zasadowe lub amfoteryczne – w zależności od wartościowości
Masa atomowa 51,9961(6)[a][3] u
Stan skupienia stały
Gęstość 7,14[1]
Temperatura topnienia 1857 °C[1]
Temperatura wrzenia 2572 °C[1]
Numer CAS 7440-47-3
PubChem 23976[4]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Wikisłownik Hasło chrom w Wikisłowniku

Chrom (Cr, łac. chromium) – pierwiastek chemiczny, metal przejściowy z bloku d układu okresowego. Ma 13 izotopów, od 45Cr do 57Cr, z czego trwałe są izotopy 50, 52, 53 i 54. Został odkryty w roku 1797 przez Louisa Nicolasa Vauqellina.

Nazwa[edytuj | edytuj kod]

Nazwa wywodzi się od greckiego słowa "chroma" oznaczającego "kolor"[5]. Chrom na różnych stopniach utlenienia tworzy liczne związki, które mają różne barwy. Np. rubin to kryształ korundu z niewielką domieszką atomów chromu(III).

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

Występuje w skorupie ziemskiej w ilościach ok. 102 ppm, głównie w postaci minerałów chromitu i krokoitu.

Z punktu widzenia odżywiania najlepszym źródłem chromu są drożdże piekarskie, a także kolby kukurydzy, gotowana wołowina, jabłka, kasze, chleb gruboziarnisty oraz płatki zbożowe.

Produkcja przemysłowa[edytuj | edytuj kod]

Udział państw świata w produkcji chromu w 2002 roku
Żelazochrom
Chrom o czystości >99,999% = 5N+, oraz sześcian wykonany z chromu o czystości 99,96% = 3N6
Chrom wyprodukowany metodą aluminotermiczną
Światowy trend w produkcji chromu

Światowe wydobycie chromitu (FeCr2O4) wyniosło w roku 2002 ok. 13,5 mln ton. Wyprodukowano z niego ok. 6,1 mln ton chromu w postaci żelazochromu (stopu chromu i żelaza o średniej zawartości chromu 57%) i stali nierdzewnej (zawartość chromu ok. 17%). Najwięksi producenci żelazochromu w 2002 to (wartości szacunkowe, bez USA, które nie ujawniły danych): RPA (44%), Kazachstan (17%), Chiny (8%), Indie (6%), Zimbabwe (5%), Finlandia (5%) Rosja (4%), Brazylia (3%) i Szwecja (2%); reszta krajów wytworzyła ok. 6% światowej produkcji[6].

Dwa główne produkty wytwarzane z rudy chromu to żelazochrom i chrom metaliczny. Procesy ich produkcji różnią się znacząco. W celu otrzymania żelazochromu, chromit redukowany jest w piecu łukowym lub za pomocą aluminium (lub krzemu) w procesie aluminotermicznym[7]. W celu otrzymania czystego chromu, żelazo z rudy oddzielane jest w dwuetapowym procesie. W pierwszym etapie chromit ogrzewany jest w obecności powietrza z mieszaniną CaCO3 i Na2CO3, w wyniku czego chrom ulega utlenieniu do stopnia VI (chromiany, CrO2−4), podczas gdy żelazo tworzy nierozpuszczalny w wodzie Fe2O3. Chromiany wymywane są następnie z mieszaniny w podwyższonej temperaturze i przekształcany w dwuchromian (Cr2O2−7), za pomocą kwasu siarkowego[7]:

4 FeCr2O4 + 8 Na2CO3 + 7 O2 → 8 Na2CrO4 + 2 Fe2O3 + 8 CO2
2 Na2CrO4 + H2SO4 → Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O

Otrzymany dwuchromian może zostać zredukowany za pomocą węgla do Cr2O3, który redukowany jest dalej do chromu metalicznego metodą aluminotermiczną[7]:

Na2Cr2O7 + 2 C → Cr2O3 + Na2CO3 + CO
Cr2O3 + 2 Al → Al2O3 + 2 Cr

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Chrom metaliczny jest srebrzystoszarym metalem (z błękitnym połyskiem w świetle); na powietrzu reaguje z tlenem, ulega pasywacji i powstaje tlenek chromu(III), który tworzy powłokę ochronną i zabezpiecza postępowaniu korozji na metalu. Z kwasami reaguje łatwiej niż molibden i wolfram. Rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie solnym i siarkowym (o ile nie jest szczególnie wysokiej czystości), natomiast w stężonym i rozcieńczonym kwasie azotowym oraz w wodzie królewskiej ulega pasywacji[8].

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Ze względu na swoje antykorozyjne właściwości, chrom jest stosowany jako zewnętrzna warstwa pokrywająca elementy stalowe, poprawiająca ich wygląd oraz chroniąca przed korozją. Warstwa taka spełnia swoje zadanie pod warunkiem, że jest szczelna i ciągła. W przypadku nieciągłości powłoki chromowej powstaje ogniwo korozyjne, gdzie stal pełni rolę utleniającej się anody.

Corrosion Cr-coated Fe polish labels.svg

Powłoki nakładane w celach dekoracyjnych są zazwyczaj cienkie (poniżej 1 μm). Osadza się je na podwarstwie miedzi i niklu. Powłoki nakładane w celach technicznych (np. dla polepszenia właściwości ciernych względem stali, poprawy odporności na ścieranie) mają zazwyczaj grubość 5 – 200 μm (niekiedy do 1 mm). Powłoki o grubości większej niż 25 μm charakteryzują się bardzo wysoką twardością – do ok. 1000 HV, są jednak kruche. Na przedmioty podlegające ścieraniu i pracujące w warunkach niedostatecznego smarowania (np. cylindry w silnikach spalinowych nakłada się porowatą warstwę chromu. We wgłębieniach i porach warstwy zbiera się smar ułatwiający poślizg. Wytwarzanie warstw porowatych polega na dodatkowej obróbce anodowej chromowanego przedmiotu.

Chrom jest także składnikiem stali nierdzewnych (chromowych). Stal taka jest stosowana m.in. w armaturze łazienkowej lub w samochodach, ale także w produkcji samolotów, broni i pojazdów wojskowych.

Barwniki i pigmenty[edytuj | edytuj kod]

Minerał krokoit (chromian ołowiu PbCrO4) znalazł zastosowanie jako żółty pigment wkrótce po jego odkryciu. Po opracowaniu metod syntezy, żółcień chromowa obok żółcieni kadmowej była najczęściej stosowanym pigmentem, co zawdzięczała jaskrawej barwie i odporności na fotodegradację. Używano ich m.in. do malowania szkolnych autobusów w USA oraz pojazdów pocztowych w Niemczech. Zastosowanie to jednak zostało ograniczone w trosce o środowisko. Zastępowane są barwnikami organicznymi, niezawierającymi metali ciężkich. Inne pigmenty oparte na chromie, to np. czerwień chromowa (zasadowy chromian ołowiu (PbCrO4·Pb(OH)2). Zieleń chromowa to mieszanina błękitu pruskiego i żółcieni chromowej, podczas gdy zieleń chromowa tlenkowa to tlenek chromu(III)[9].

Związki[edytuj | edytuj kod]

Najważniejszym związkiem jest FeCr2O4 (FeO•Cr2O3), czyli chromit, mający silne własności diamagnetyczne. Stosowany jest jako aktywna warstwa w taśmach magnetycznych.

Roztwory soli Cr(III) i Cr(VI) mają bardzo intensywne barwy (zieloną i pomarańczową), co jest wykorzystywane w fotochemii i technikach kolorymetrycznych.

Roztwór K2Cr2O7 w stęzonym kwasie siarkowym (chromianka) ma silne właściwości utleniające i może służyć do mycia szkła laboratoryjnego.

Tlenek chromu(III) (zieleń chromowa) jest używany jako pigment.

Sole chromu(VI) są toksyczne i mają właściwości rakotwórcze.

Znaczenie biologiczne[edytuj | edytuj kod]

Chrom jest obecny w centrach aktywnych wielu enzymów i jest niezbędnym do życia mikroelementem. Ułatwia przenikanie glukozy z krwi do komórek. Zmniejsza zapotrzebowanie na insulinę. Współdziała z tym hormonem w syntezie białek. Zmniejsza ryzyko zawału serca i rozwoju miażdżycy, ponieważ obniża stężenie całkowitego cholesterolu i jego frakcji LDL (tzw. zły cholesterol), a zwiększa ilość HDL (tzw. dobry cholesterol).

Niedobór tego pierwiastka (na +3 stopniu utlenienia) może mieć wpływ na rozwój cukrzycy u dorosłych oraz chorób układu krążenia.

Nawet niewielkie ilości chromu na +6 stopniu utlenienia mają działanie szkodliwe dla zdrowia człowieka. W codziennym życiu kontakt z materiałami zawierającymi chrom, takimi jak skóry garbowane chromowo, środki wybielające, farby i lakiery zawierające chrom, może prowadzić do wystąpienia reakcji uczuleniowych. Chrom jest najczęstszą przyczyna zawodowego wyprysku kontaktowego. Większe stężenia chromu sześciowartościowego ma działanie toksyczne, mutagenne i kancerogenne. Chrom sześciowartościowy ma zdolność penetracji błon komórkowych i przedostawania się do wnętrza komórki, gdzie ulega redukcji do chromu trójwartościowego, który sam nie jest w stanie dostać się do wnętrza komórek, uwalniając przy tym elektrony, które uszkadzają błonę. Sam chrom trójwartościowy znajdujący się we wnętrzu komórki tworzy związki kompleksowe, między innymi z DNA uszkadzając go tym samym, co może prowadzić w rezultacie do powstania nowotworu.

Uwagi

  1. Liczba w nawiasie oznacza niepewność ostatniego podanego miejsca po przecinku.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Chrom (ang. • pol.) w katalogu produktów Sigma-Aldrich.
  2. Chrom (ang.). The Chemical Database. The Department of Chemistry, University of Akron. [dostęp 2012-10-03].
  3. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number (ang.). Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, IUPAC, 2013-09-24. [dostęp 2013-12-02].
  4. Chrom – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  5. Chrom
  6. John F Papp: Mineral Yearbook 2002: Chromium. United States Geological Survey. [dostęp 2010-11-7].
  7. 7,0 7,1 7,2 Chromite. W: John F Papp: Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets, and Uses. Wyd. 7. SME, 2006. ISBN 9780873352338. [dostęp 2010-11-7].
  8. N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the elements. Oxford; New York: Pergamon Press, 1984, s. 1170. ISBN 0-08-022057-6.
  9. Rutherford John Gettens. Painting Materials: A Short Encyclopaedia. , s. 105–106, 1966. Courier Dover Publications. 

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Wikiquote-logo.svg
Zobacz w Wikicytatach kolekcję cytatów
Chrom

Star of life.svg Zapoznaj się z zastrzeżeniami dotyczącymi pojęć medycznych i pokrewnych w Wikipedii.