Króm

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
24 vanádiumkrómmangán
-

Cr

Mo
Általános
Név, vegyjel, rendszám króm, Cr, 24
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező 6, 4, d
Megjelenés ezüstös fém
Chromium crystals and 1cm3 cube.jpg
Atomtömeg 51,9961(6)  g/mol
Elektronszerkezet [Ar] 3d5 4s1
Elektronok héjanként 2, 8, 13, 1
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 7,15 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 6,3 g/cm³
Olvadáspont 2180 K
(1907 °C, 3465 °F)
Forráspont 2944 K
(2671 °C, 4840 °F)
Olvadáshő\Delta_{fus}{H}^\ominus 21,0 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 339,5 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 23,35 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1656 1807 1991 2223 2530 2942
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös tércentrált
Oxidációs szám 6, 3, 2
(erősen savas oxid)
Elektronegativitás 1,66 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 652,9 kJ/mol
2.: 1590,6 kJ/mol
3.: 2987 kJ/mol
Atomsugár 140 pm
Atomsugár (számított) 166 pm
Kovalens sugár 127 pm
Egyebek
Mágnesség antiferromágneses
(vagy: spin sűrűség hullám)
Fajlagos ellenállás (20 °C) 125 nΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 93,9 W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 4,9 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 5940 m/s
Young-modulus 279 GPa
Nyírási modulus 115 GPa
Kompressziós modulus 160 GPa
Poisson-tényező 0,21
Mohs-keménység 8,5
Vickers-keménység 1060 MPa
Brinell-keménység 1120 HB
CAS-szám 7440-47-3
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A króm izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
50Cr 4,345% > 1,3 E18 év εε - 50Ti
51Cr mest. 27,7025 nap ε - 51V
γ 0,320 -
52Cr 83,789% Cr stabil 28 neutronnal
53Cr 9,501% Cr stabil 29 neutronnal
54Cr 2,365% Cr stabil 30 neutronnal
Hivatkozások

A króm a periódusos rendszer egyik kémiai eleme, vegyjele Cr , rendszáma 24, nyelvújításkori neve fösteny[1]. Ezüstfehér, jól fényezhető, magas olvadáspontú, kemény fém. A neve az ógörög chroma szóból ered, ami szín, színest jelent, mivel a króm vegyületei különböző színűek (narancssárga, zöld, kék, ibolya…).

Jellemzői[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Átmenetifém, a jellemző elektroneloszlása 4s13d5. A krómnak van a legtöbb párosítatlan elektronja, ami befolyásolja a fémes rácsot összetartó erők nagyságát. Ezért magas az olvadáspontja, igen kemény, nehezen megmunkálható. Ezüstfehér, kissé kékes árnyalatú, szép fémfényű. Kémiai hatásokkal szemben rendkívül ellenálló, mivel felületén vékony de igen ellenálló oxidréteg keletkezik.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Krokoit kristályok

Johann Gottlob Lehmann, 1761. július 26-án felfedezett az Ural hegységben egy vöröses narancssárga ásványt amit elnevezett szibériai vörös ólomnak. A tévesen meghatározott ásvány, mint ólom, vas és szelén vegyülete, tulajdonképpen vörösólomérc (krokoit vagy kallochrom) és ólom-kromátot (PbCrO4) tartalmaz.

Peter Simon Pallas 1770-ben ugyanazon tájakon járt mint Lehmann, és ő is rátalált az érdekes színű ásványra. Ezúttal az ólomkromát bevonult a festészetbe mint élénk sárga értékes pigment.

Nicolas Louis Vauquelin 1797-ben hozzájutott vörösólomérc mintákhoz. Sósav hatására sikerült előállítani a króm-trioxidot (CrO3). Egy évvel később, az előállított króm-trioxidból, szénkemencében hevítve sikerült kinyerni a krómot. Később sikerült kimutatni króm nyomokat egyes drágakövekben (rubin, smaragd) és a meteoritok túlnyomó részében. Az 1800-as évek folyamán a króm nagy részét a pigment gyártás és a bőripar használta. A fémipar fejlődésével, az előállított króm 85%-át itt hasznosítják és a többit a vegyiparban.

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Krómvaskő

A legfontosabb ásványa a krómvaskő vagy kromit (FeO·Cr2O3). A világ kromit termelésének nagy része Dél-Afrikából származik, de fontos termelők még: Kazahsztán, India, Oroszország és Törökország. Más ásványa a vörös ólomérc (krokoit) (PbCrO4) és elég ritkán előfordul elemi állapotban is.

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A természetben előforduló ásványokból előbb az oxidját állítják elő, és ebből aluminotermiás eljárással állítják elő a krómot. Az oxid redukálható még szilíciummal vagy kalciummal.

\mathrm{Cr_2O_3 + 2\ Al \rightarrow 2\ Cr + Al_2O_3}\,\!

Sóiból elektrolízissel leválasztható, de az eljárást csak védőréteg leválasztására (krómozás) használják. Ipari célokra nem célszerű a tiszta króm előállítása. A tiszta fém rideg és törékeny, sokkal fontosabbak ötvözetei és ezek előállítására a ferrokrómot használják. A ferrokróm 60% krómot tartalmaz és a krómvaskő szénnel történő redukciójával készül.

Kémiai tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Vegyületeiben a króm oxidációs száma 0 és +6 között változhat, de azok a vegyületek gyakoriak melyben +2, +3, illetve +6 az oxidációs száma (+3 a legstabilabb). A +6 oxidációs számú vegyületei erős oxidálószerek. A híg sósavban és kénsavban oldódik (bizonyos körülmények között elég energikusan). A salétromsav és a királyvíz hidegen nem támadja meg a krómot, de melegen nagyon lassan oldják. A salétromsav a króm felületét passziválja és a passzivált krómot még a meleg sósav sem támadja meg. Magas hőmérsékleten reagál egyes nemfémekkel (halogének, kén, oxigén, nitrogén, szén, szilícium és bór). Nagy mennyiségű hidrogént tud elnyelni és interszticiális hidridet képez.

Vegyületei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Oxidációs szám +2[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Króm(II)-oxid. A króm-amalgám levegőn végbemenő oxidációjával keletkezik. Fekete színű, hevítésre az oxidáció továbbmegy és króm(III)-oxid keletkezik.
  • Króm(II)-klorid. Ha a króm(III)-kloridot izzásig hevítjük hidrogén áramban, vagy a krómot HCl áramban, króm(II)-klorid keletkezik. A vízmentes króm(II)-klorid kristályai színtelenek, az oldata azonban kék színű. Gáz állapotban egész 1500 °C-ig a képlete Cr2Cl4.
  • Króm(II)-szulfát. Könnyen előállítható a króm(III)-szulfát redukciójával savas közegben cinkkel. Előállítható a króm oldásával kénsavban, semleges gáz jelenlétében (H2, vagy CO2), mivel az oxigén jelenlétében a króm(II) oxidálódik króm(III)-ig. Hasonlóan előállítható más króm(II) só. Ezek vizes oldatban, vagy hidratált kristályos alakban kék színűek, de a vízmentes alak más színű. A króm(II) vegyületei sok szempontból hasonlítanak a vas(II) vegyületeihez (ugyanazokkal a vegyszerekkel képez csapadékot, ammóniumsók jelenlétében nem lehet ammóniával kicsapatni), de erősebb redukálószerek mint a vas(II) sói. Vizes oldatban instabilok és légmentes körülmények között is lassan oxidálódnak:

\mathrm{Cr^{2+} + H_3O^+ \rightarrow Cr^{3+} + 1/2\ H_2 + H_2O}\,\!

Oxidációs szám +3[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Króm(III)-oxid, dikróm-trioxid, Cr2O3. A króm legállandóbb oxidja, előállítható a króm-trioxid hevítésével:

\mathrm{4\ CrO_3 \rightarrow 2\ Cr_2O_3 + 3\ O_2}\,\!

vagy a dinátrium-dikromát szénnel vagy kénnel történő redukciójával:

\mathrm{Na_2Cr_2O_7 + S \rightarrow Cr_2O_3 + Na_2SO_4}\,\!

Az így előállított króm-oxid zöld színű, vízben oldhatatlan por. Felhasználják mint pigment (olajfestékek, üveg, porcelán színezésére), fémkróm előállítására, valamint csiszolóanyagként. A kristályos alakot a króm-oxid hidrátjának a hevítésével állítják elő, és a kristályai fémes csillogású fekete színűek, de porítva ugyancsak zöld színű por keletkezik. A króm-oxid hidrát Cr2O3·nH2O hidroxid ionok jelenlétében (például ammónia hozzáadásával) csapódik ki a króm(III) sók oldatából. Váltakozó mennyiségű vizet tartalmaz, kékeszöld színű, nagy térfogatú csapadék. Friss állapotban savakban és lúgokban oldódik, de lassan vizet veszít és oldhatósága csökken.

  • Króm(III)-klorid. Előállítható klór izzásba hozott krómon keresztül történő áramoltatásával, vagy izzó króm-oxid és faszén keverékén keresztül:

\mathrm{Cr_2O_3 + 3\ C + 3\ Cl_2 \rightarrow 2\ CrCl_3 + 3\ CO}\,\!

Az így előállított króm-triklorid vízmentes állapotban vöröseslila kristályos só. Hideg vízben nem oldódik, és forró vízben is csak nagyon lassan. Kevés króm(II)-klorid hozzáadásával az oldás hamar végbemegy, és sötétzöld oldat keletkezik, erős hő felszabadulás közben. A víz elpárologtatásával a króm-triklorid kristályosodik, a kristályai zöld színűek. Az oldat és a kristályok is a króm-trikloridot akvakomplex formában tartalmazzák. A krómnak a koordinációs száma 6, ennek megfelelően 6 vízmolekula kapcsolódik erősen a központi fémionhoz. A klórral a króm erősebb kötést tud kialakítani, a koordinálódott vízmolekulák fokozatosan kicserélődnek klórral és így vegyes ligandumú komplexek keletkeznek.

\mathrm{\left[ Cr\left(OH_2\right)_4Cl_2\right]Cl\cdot2H_2O}\,\! zöld

\mathrm{\left[ Cr\left( OH_2 \right)_5Cl \right]Cl_2\cdot H_2O}\,\! világoszöld

\mathrm{\left[ Cr\left( OH_2 \right)_6 \right]Cl_3}\,\! ibolya

  • Króm (III)-szulfát. A vízmentes \mathrm{Cr_2\left(SO_4\right)_3 }\,\! rózsaszínű és mint a króm-triklorid, vízben csak redukálószerek jelenlétében oldódik. Így keletkezik a \mathrm{Cr_2\left(SO_4\right)_3\cdot12\ H_2O }\,\!. higroszkópos, sötét ibolyaszínű, vízben jól oldódó kristályos anyag. Mint a króm-triklorid esetében, vizes oldatában különböző összetételű akvakomplexek keletkeznek, amelyekben a szulfátionok egy része bevonul a komplexbe és erősen kötődik a központi fémionhoz, ezeknek színe zöld. Alkáli-szulfátokkal króm-timsót képez. Például az ibolyaszínű króm(III)-szulfátot és kálium-szulfátot tartalmazó oldatból sötét ibolyaszínű oktaéderes króm-timsó kristályok válnak ki \mathrm{KCr\left(SO_4\right)_2\cdot12\ H_2O}\,\!. Króm-timsót tartalmazó oldatot ha melegítünk, lassan a fent leírt változások mennek végbe és vegyes ligandumú zöld színű komplexek keletkeznek, melyek csak nehezen kristályosodnak. Bázikus anyag (például nátrium-karbonát) hozzáadásával bázikus króm-szulfát keletkezik, amelyet a bőrcserzésben használnak.

\mathrm{Cr_2\left(SO_4\right)_3 + Na_2CO_3 +H_2O\rightarrow 2\ Cr\left(SO_4\right)\left(OH \right) + Na_2SO_4 + CO_2 }\,\!

oxidációs szám +6[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Króm(VI)-oxid, vagy króm-trioxid, \mathrm{CrO_3 }\,\! mint csapadék válik ki a telített dikromát oldatból, tömény kénsav túladagolásával. Sötétvörös színű, tűs kristályok, melyek vízben jól oldódnak. A narancssárga vizes oldat krómsavat, dikrómsavat és trikrómsavat tartalmaz:

\mathrm{CrO_3 + H_2O \rightarrow H_2CrO_4}\,\!

\mathrm{2\ CrO_3 + H_2O \rightarrow H_2Cr_2O_7}\,\!

\mathrm{3\ CrO_3 + H_2O \rightarrow H_2Cr_3O_{10}}\,\!

Ezek csak oldatban léteznek, nem lehet elkülöníteni őket a víz elpárologtatásával. Erélyes oxidáló hatású. Ha alkoholt csepegtetünk króm-trioxid kristályokra, az oxidáció olyan erőteljes hogy az alkohol lángra lobban és a króm-trioxid dikróm-trioxidra redukálódik. Szerves anyagok oxidálására ecetsavas oldatát használják, melyben oldódik de nem oxidálja még forrásponton sem.

  • Kromátok. A krómsav sói a kromátok. A nátrium-kromátot iparilag nagy menyiségben gyártják a krómit és alkáli-karbonát összeolvasztásával levegő jelenlétében, 1000-1300 °C-on:

\mathrm{2\left(FeO \cdot Cr_2O_3\right) + 4\ Na_2CO_3 + 7/2\ O_2\rightarrow 4\ Na_2CrO_4 + Fe_2O_3 + 4\ CO_2 }\,\!

Az olvadék lehűlése után, a kromátot vízzel kioldják. Az oldat sárga színű és a kromát az oldatból kikristályosítható a hőmérséklet függvényében 10, 6 vagy 4 molekula vízzel. A kromátok csak lúgos közegben léteznek, sav hozzáadásával a sárga színű nátrium-kromát oldat átalakul narancssárga dikromáttá, mely két molekula vízzel kristályosodik \mathrm{Na_2Cr_2O_7\cdot2\ H_2O }\,\!. Az átalakulás két lépésben történik: az első lépésben savanyú kromát keletkezik de ez nagyon instabil és két hidrogén-kromát ion víz vesztéssel Cr-O-Cr kötéseket tartalmazó dikromát ionná kondenzálódik.

\mathrm{Na_2CrO_4 + H_2SO_4 \rightarrow NaHCrO_4 + NaHSO_4 }\,\!

\mathrm{2\ NaHCrO_4 \rightarrow Na_2Cr_2O_7 + H_2O}\,\!

Ha a dikromát oldatot meglúgosítjuk, újból kromát ionok keletkeznek, és az oldat színe sárga lesz.

\mathrm{Cr_2O_7^{2-} + 2\ OH^-\rightarrow 2\ CrO_4^{2-} + H_2O}\,\!

A króm(III)-vegyületeket tartalmazó oldatokban a króm lúgos közegben a megfelelő oxidálószerrel (hipoklorit, oxigénesvíz, ólom-dioxid) kromáttá oxidálható. A kálium-kromátot ugyanúgy lehet előállítani mint a nátrium sót, víz nélkül kristályosodik és kristályai citromsárgák. A kálium-dikromát kristályai narancssárgák és nem tartalmaznak kristályvizet. Mivel a kálium-dikromát oldhatósága vízben kisebb mint a nátrium-dikromáté, tömény nátrium-dikromát oldatból kálium-kloriddal a kálium-dikromát kicsapódik. A dikromátok savas közegben erős oxidálószerek, ezen alapszik alkalmazásuk az analitikai kémiában:

\mathrm{Cr_2O_7^{2-} + 14\ H^+ + 6\ e^-\rightarrow 2\ Cr^{3+} + 7\ H_2O}\,\!

Az elektronikus alkoholteszterek megjelenése előtt a fenti reakció alapján működtek a „fiolák”, amelyek szépen megzöldültek, ha egy ittas gépkocsivezető belefújt (a narancssárga fiola savas dikromátot tartalmazott, mely az alkohol hatására redukálódott és a keletkezett Cr(III) vegyület zöld színű). Az alkáli-kromátok jól oldódnak vízben, az alkáliföldfémeké kevésbé, és az oldhatóság csökken az alkáliföldfém atomsúlyának a növekedésével. A bárium-kromát teljesen oldhatatlan, és az ólom-kromát sem oldódik.

  • Króm (VI)-halogenidek. A króm(VI)-tal csak a fluor képez biner halogenidet (CrF6), a többiek tartalmaznak oxigént. A kromil-klorid előállítható sósav áramoltatásával króm-trioxid kristályokon keresztül, vagy K2Cr2O7, NaCl és H2SO4 keverékének a hevítésével és a keletkező kromil-klorid ledesztillál.

\mathrm{CrO_3 + 2\ HCl\rightarrow CrO_2Cl_2 + H_2O}\,\!

A kromil-klorid egy sötétvörös folyadék, fajsúlya 1,93 g/cm3, forráspontja 117 °C. A vízzel krómsav és sósav képződése közben reagál. Erős oxidálószer. A króm(VI)-vegyületek mérgezők.

Biológiai szerepe[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A króm a szénhidrát anyagcserében vesz részt, de az emberi szervezetben betöltött szerepe még ma sem tisztázott teljesen. Feltételezések szerint hiányában megnő az esélye az I. típusú inzulinfüggő cukorbetegségnek és a koszorúér-betegségeknek. A króm több enzimrendszer alkotórésze, ezek közül kiemeljük a cukorháztartásban GTF-ként (glucose tolerantia faktor) betöltött szerepét. A cukorháztartást (rövid távon bizonyítottan [1]) kedvező irányban befolyásolja, a kóros cukor-toleranciát javítja, inzulinnal kezelt cukorbetegek inzulinigényét csökkenti. Elősegíti a növekedést és csökkenti a vérnyomást.

Biológiai hasznosulása rendkívül alacsony: alig 0.5-1% . [2] Hozzájárulhat a hipoglikémia és a zöld hályog kezeléséhez, valamint csökkentheti az éhségérzetet.[2] A Finnországban üzemelő Outokumpu cég Tornio városában működő gyár króm- és nikkel kibocsátását okolják amiatt, hogy a határ túloldalán Haaparantaban sok gyerek születik fejlődési rendellenességgel.[3]

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • krómbevonatok
  • korrózióálló, kopásálló, saválló ötvözetek
  • dikromátokat analitikai kémia használja

Források, jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Szõkefalvi-Nagy Zoltán; Szabadváry Ferenc: A magyar kémiai szaknyelv kialakulása. A kémia története Magyarországon. Akadémiai Kiadó, 1972. (Hozzáférés: 2010. december 3.)
  2. Amanda Ursel: Vitaminok és ásványi anyagok kézikönyve, Budapest, Mérték Kiadó, 2004 ISBN 963-9519-57-X
  3. http://www.hs.fi/kotimaa/artikkeli/Outokummun+p%C3%A4%C3%A4st%C3%B6j%C3%A4+ep%C3%A4ill%C3%A4%C3%A4n+syyksi+ep%C3%A4muodostumiin+Haaparannassa/1135269321847]

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]