Chrom

Z Multimediaexpo.cz

Chrom
Atomové číslo	24
Relativní atomová hmotnost	51,9961(6) amu
Elektronová konfigurace	[Ar] 3d5 4s1
Skupenství	Pevné
Teplota tání	1907 °C, (2180 K)
Teplota varu	2671 °C, (2944 K)
Elektronegativita (Pauling)	1,66
Hustota	7,15 g/cm3
Hustota při teplotě tání	6,3 g/cm3
Registrační číslo CAS	7440-47-3

Chrom, chemická značka Cr, (lat. Chromium) je světle bílý, lesklý, velmi tvrdý a zároveň křehký kov. Používá se v metalurgii při výrobě legovaných ocelí a dalších slitin, tenká vrstva chromu chrání povrch kovových předmětů před korozí a zvyšuje jejich tvrdost.

Obsah 1 Základní fyzikálně - chemické vlastnosti 2 Výskyt a výroba 3 Využití 4 Sloučeniny 5 Biologický význam 6 Regulace 7 Literatura 8 Reference 9 Externí odkazy

Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

Chrom je nejtvrdším elementárním kovem a vyznačuje se mimořádně nízkou reaktivitou a vysokou chemickou odolností. Byl objeven roku 1797 Louisem Nicolasem Vauquelinem. Patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-sféře.

Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Cr⁺³ a Cr⁺⁶, sloučeniny Cr⁺² jsou silnými redukčními činidly a za normálních podmínek jsou oxidovány vzdušným kyslíkem na trojmocné. Některé jeho sloučeniny mají oxidační číslo Cr⁺⁴.

Přes svoji značnou chemickou stálost se chrom pomalu rozpouští v neoxidujících kyselinách (kyselina chlorovodíková), zatímco kyseliny s oxidačním působením povrch kovu pasivují. Chrom se oxiduje při zahřívání v kyslíkovém plameni nebo s oxidačními činidly, jako jsou dusičnany nebo chlorečnany. Přímo se také slučuje s halogeny, se sírou, dusíkem, uhlíkem, křemíkem, borem a některými kovy, avšak teprve za žáru.

Výskyt a výroba

Chrom patří mezi prvky s poměrně značným zastoupením na Zemi i ve vesmíru. V zemské kůře činí průměrný obsah chromu kolem 0,1 – 0,2 g/kg. V mořské vodě se jeho koncentrace pohybuje pouze na úrovni 0,05 mikrogramů v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadají na jeden atom chromu přibližně 3 miliony atomů vodíku.

V přírodě se chrom vyskytuje velmi často současně s rudami železa například jako ruda chromit, chemicky podvojný oxid železnato-chromitý FeO . Cr₂O₃. Dalším důležitým minerálem chromu je krokoit, chemicky chroman olovnatý PbCrO₄. Malá množství chromu přispívají k zabarvení drahokamů smaragdu a rubínu.

Největším světové zásoby chromu jsou v Jihoafrické republice, která vyrábí přibližně polovinu veškeré světové produkce tohoto kovu. Dalšími význačnými producenty chromu jsou Kazachstán, Indie a Turecko.

Hlavním postupem metalurgického získávání chromu je redukce chromitu uhlíkem (koksem) ve vysoké peci:

FeCr₂O₄ + 4 C → Fe + 2 Cr + 4 CO

Výsledkem je přitom slitina chromu se železem – ferrochrom, který lze dále přímo používat při legování speciálních ocelí a slitin s obsahem Fe a Cr.

Výroba čistého chromu je poněkud komplikovanější. Nejprve je z chromové rudy působením roztaveného hydroxidu sodného (NaOH) připraven dvojchroman sodný Na₂Cr₂O₇, který je uhlíkem redukován za vzniku oxidu chromitého Cr₂O₃. Posledním krokem je redukce oxidu hliníkem nebo křemíkem za vzniku elementárního chromu.

Cr₂O₃ + 2 Al → 2 Cr + Al₂O₃

Využití

Největší podíl světové produkce chromu najde jednoznačně využití v metalurgickém průmyslu především při výrobě vysoce kvalitních ocelí. Obsah chromu ve slitině určuje především její tvrdost a mechanickou odolnost. Od obsahu cca. 12 % Cr rozpuštěného v tuhém roztoku je ocel korozivzdorná (pasivace povrchu). Cr zlepšuje také její žáruvzdornost a žárupevnost. ^[1] U nástrojových ocelí se používá jako legura pro zvýšení prokalitelnosti a tvrdosti (tvorba speciálních karbidů chromu). Podobné druhy ocelí s nižším zastoupením chromu slouží k výrobě geologických vrtných nástrojů, vysoce výkonných nožů pro stříhání kovů, frézovacích nástrojů pro opracování dřeva a v řadě podobných aplikací. Možnost kalitelnosti a korozivzdornosti ocelí legovaných Cr se využívá u chirurgických nástrojů, v potravinářském průmyslu, vodních strojích (odlitky vodních turbín) atd. Chrom se také přidává do mosazi, aby se tím zvětšila její tvrdost.

V každodenním životě se s chromem setkáme spíše jako s materiálem, chránícím kovové povrchy před korozí za současné zvýšení jejich estetického vzhledu. Klasickým příkladem je chromování chirurgických nástrojů i jiných zařízení používaných v medicíně (sterilizátory, zubařské nástroje a podobné předměty sloužící k vyšetření pacienta). V civilním životě nalezneme chromované předměty často ve vybavení koupelen, jako součást luxusních automobilových doplňků a v řadě dalších aplikací.

Sloučeniny

Ve sloučeninách se chrom vyskytuje v mocenství Cr⁺², Cr⁺³ a Cr⁺⁶, výjimečně se setkáme i se sloučeninami Cr⁺⁴ a Cr⁺⁵.

Sloučeniny dvojmocného chromu jsou silná redukční činidla, působením vzdušného kyslíku se samovolně oxidují za vzniku Cr⁺³. Prakticky se využívají v analytické chemii při reduktometrických titracích jako jedny z nejsilnějších redukčních činidel. Obvykle se přitom připravují až v roztoku redukcí chromitých solí v kyselém prostředí zinkovým amalgámem, nad nímž jsou také dlouhodobě uchovávány bez přístupu vzduchu nad zinkovým amalgámem s kyselinou, což umožní uchovat kyselý roztok chromnaté soli i po dobu několika měsíců. Významnější a stálejší chromnaté soli jsou chlorid chromnatý CrCl₂ lépe Cr₂Cl₄ a síran chromnatý CrSO₄ a jeho podvojné soli.

Sloučeniny trojmocného chromu jsou neomezeně stálé a mají obvykle zelenou barvu. Soli trojmocného chromu slouží také ve sklářském průmyslu k barvení skla a kožedělném průmyslu při činění kůží.

• Oxid chromitý Cr₂O₃ se používá jako barevný pigment pod označením chromová zeleň. Oxid chromitý je inertní látka, protože se nerozpouští ve vodě, v kyselinách ani v zásadách. V laboratoři se velmi často připravuje efektivní reakcí, tepelným rozkladem dichromanu amonného, známou jako sopka.

(NH₄)₂Cr₂O₇ → N₂+Cr₂O₃+ 4 H₂O

• Hydroxid chromitý Cr(OH)₃ je šedozelená sraženina, která vzniká reakcí chromitých kationů s hydroxidovými aniony. V kyselém prostředí se rozpouští na chromité soli.

Cr(OH)₃+ 3 HCl → CrCl₃+ 3 H₂O

V zásaditém prostředí se rozpouští na chromitany.

Cr(OH)₃+OH^- → [Cr(OH)₄]^-

Z chromitanů se reakcí s oxidačními činidly připravují chromany.

[Cr(OH)₄]^-+ 2 H₂O₂ → CrO₇^2-+ 4 H₂O

• Chlorid chromitý CrCl₃ je v bezvodém stavu červenofialová látka. Z vodného roztoku lze získat chlorid chromitý jako hexahydrát CrCl₃.6 H₂O, který má smaragdově zelenou barvu. Chlorid chromitý tvoří s jinými chloridy komplexy, které mají nejčastěji složení M₂CrCl₅ pentachlorochromitanový anion(M - alkalický kov nebo amonný kation). Tyto látky mají nejčastěji červenou barvu a jsou stálé pouze v koncentrovaných roztocích v přítomnosti chlorovodíku. Ve zředěných roztocích se komplex rozpadá na původní chloridy.
• Síran chromitý Cr₂(SO₄)₃ je v bezvodém stavu bílý prášek. Z vodného roztoku lze získat síran chromitý jako oktadekahydrát Cr₂(SO₄)₃.18 H₂O. Při zahřívání se z krystalů síranu chromitého odštěpuje voda a vznikají zeleně zbarvené sírany chromité, které mají proměnné složení a jsou méně rozpustné ve vodě.
• Kamenec chromitý KCr(SO₄)₂.12 H₂O neboli dodekahydrát síranu draselnochromitého je tmavěfialová látka, která se používá v barvířství a koželužství.

Sloučeniny čtyřmocného chromu

• Oxid chromičitý CrO₂ se používá jako záznamový materiál, protože má feromagnetické vlastnosti.

Sloučeniny šestimocného chromu jsou středně silnými oxidačními činidly. Prakticky se s nimi setkáme jako se solemi kyseliny chromové, chromany(CrO₄)^2- nebo kyseliny dvojchromové, dvojchromany (Cr₂O₇)^2-. Chromany a dvojchromany v roztocích mohou navzájem přecházet mezi sebou v závislosti na pH prostředí. Přitom platí, že chromany jsou stálé v alkalickém prostředí a mají obvykle žlutou barvu. Dichromany jsou oranžové a jsou stabilní v kyselém pH.

2 CrO₄^2-+2 H⁺ → Cr₂O₇^2-+H₂O

Cr₂O₇^2-+2 OH^- → 2 CrO₄^2-+H₂O

• Oxid chromový CrO₃ je tmavěčervená látka, velmi silně hygroskopická, která vzniká reakcí dichromanu s koncentrovanou kyselinou sírovou. Má hořkokyselou chuť a je silně jedovatý. Při poutání vzdušné vlhkosti se oxid chromový postupně mění v zlatožlutou kyselinou chromovou H₂CrO₄, která je známa pouze v roztoku.
• Dichroman draselný K₂Cr₂O₇ se používá v analytické chemii jako primární oxidimetrický standard pro titrace, protože jej lze připravit ve velmi vysoké čistotě a je prakticky neomezeně stálý. Dichroman draselný se často používá jako oxidační činidlo v reakcích.
• Chroman olovnatý PbCrO₄ se v přírodě vyskytuje jako nerost krokoit. Je to žlutá, ve vodě nerozpustná sloučenina. Chroman olovnatý je rozpustný v roztocích hydroxidů, kdy dochází k tvorbě hydroxoolovnatanů. Při působení malého množství hydroxidu, vzniká z chromanu olovnatého zásaditý chroman olovnatý PbCrO₄.Pb(OH)₂, který má červenou barvu a používá se jako barva chromová červeň.

Při výrobě barev je důležitý hlavně chroman barnatý BaCrO₄, známý pod označením žlutý ultramarín a chroman olovnatý PbCrO₄ - chromová žluť a dnes už méně známá podvojná sůl chromanu zinečnatého a dichromanu draselného 3 ZnCrO₄.K₂Cr₂O₇ známá pod názvem zinková žluť.

Inhalace sloučenin šestimocného chromu vede k poškození dýchacích cest, nejčastěji perforace nosní přepážky a bronchitidy. U dlouhodobé expozice na kůži dochází ke vzniku dermatitidy, ekzémů a tzv. chromových vředů. Chromové sloučeniny vyvolávají také rakovinu plic.^[2]

Biologický význam

Biologické účinky chromu jsou silně závislé na mocenství, ve kterém se do organizmu dostává. Zatímco trojmocný chrom je pokládán za převážně prospěšný a je nezbytnou součástí každodenní stravy, pak naopak šestimocný chrom působí negativně a je pokládán za potenciální karcinogen. ^[3]

Z těchto důvodů je při provádění zdravotních studií nutno důsledně zkoumat ne pouze obsah chromu v prostředí, ale především to, v jaké formě (mocenství) se tento prvek setkává s živými organizmy.

Z potravin bohatých na trojmocný chrom lze uvést především melasu a přírodní hnědý cukr, červenou řepu, lesní plodiny, kvasnice a pivo. V prodávaných potravinových doplňcích se obvykle používá organická sloučenina pikolinát chromitý. ^[4] Doporučená denní dávka je přibližně 0,1 mg chromu.

Dostatečný obsah chromu v organizmu je důležitý pro správný metabolismus cukrů a tuků. Pomáhá stabilizovat hladinu krevního tuku a tlumí chuť na sladké potraviny. Farmaceutické přípravky s obsahem chromu jsou vhodné ke kontrole tělesné hmotnosti a také jako doplněk sportovní stravy pro údajný, ovšem neprokázaný růst svalové hmoty – viz kulturistika.

Regulace

Vzhledem ke škodlivosti chromu jsou zavedeny v České republice limity pro koncentrace jeho sloučenin v pracovním prostředí, a to pro sloučeniny šestimocného chromu na 0,1 mg.m^-3 a pro ostatní sloučeniny chromu na 1,5 mg.m^-3.^[5] Směrnice 2002/95/ES - RoHS - od 1. července 2006 omezuje použití šestimocného chromu v z elektrických a elektronických zařízení v Evropské unie.^[6] Vypouštění chromu do životní prostředí je povinné v České republice ohlašovat do integrovaného registru znečišťování, pokud podnik vypouští do ovzduší, vody nebo v odpadech více než 50 kilogramů.^[7]

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood - A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Reference

1. ↑
2. ↑ Bardoděj, Z.: Chemie v hygieně a toxikologii. LFH UK, Praha 1988.
3. ↑ . Dostupné online.  
4. ↑
5. ↑ IRZ: Látka: Chrom a sloučeniny (jako Cr)
6. ↑ Miroslav Šuta: Zákaz některých chemikálií v nových spotřebičích, Odpady, 11. září 2006
7. ↑ IRZ: Látka: Chrom a sloučeniny (jako Cr)

Externí odkazy

• Látka: Chrom a sloučeniny (jako Cr) v Integrovaném registru znečišťování
• Chemický vzdělávací portál
• Periodická tabulka prvků

Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu Chrom

Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010
Informace o článku. Článek je převzat z Wikipedie, otevřené encyklopedie, do které přispívají dobrovolníci z celého světa. Tento text je dostupný za podmínek Creative Commons 3.0 Unported – creativecommons.org. Originální článek na české Wikipedii