Krom (Cr) — kemiskt grundämne: egenskaper, isotoper och användning

Upptäck krom (Cr): atomstruktur, isotoper, fysikaliska & kemiska egenskaper samt industriella och vardagliga användningsområden.

Krom är ett kemiskt grundämne. Dess symbol i det periodiska systemet (en förteckning över alla grundämnen) är Cr. Det har alltid 24 protoner, så dess atomnummer är 24. Dess masstal (antalet protoner och neutroner) är ungefär 54. Oftast har den 28 neutroner, men olika isotoper har fler eller färre neutroner. Som metall har den 24 elektroner. Dess joner har färre elektroner.

Grundläggande egenskaper

Atommassa (medelvärde): cirka 51,996 u. Atomnummer: 24. Elektronkonfiguration: [Ar] 3d5 4s1. Utseende: silvergrå, hård, metall med hög glans som bibehålls väl vid polering.

Fysiska och kemiska egenskaper

• Smältpunkt: cirka 1907 °C.
• Kokpunkt: cirka 2671 °C.
• Täthet: ungefär 7,19 g/cm³ vid rumstemperatur.
• Magnetiska egenskaper: krom uppvisar komplex antiferromagnetism med en Néel-temperatur omkring 311 K (≈38 °C) och har ett spinnvågsmönster i fast form.
• Kemiska egenskaper: krom är relativt motståndskraftigt mot korrosion tack vare en tunn oxidhinna som bildas på ytan. Den har flera oxiderande och reducerande oxidationstillstånd, där de vanligaste är +2, +3 och +6.

Oxidationstillstånd och viktiga föreningar

Krom visar flera oxidationstillstånd, men Cr(III) (krom(III)) är kemiskt stabilt och vanligt i jord och biologiska sammanhang, medan Cr(VI) (krom(VI), t.ex. kromat CrO4²⁻ och dikromat Cr2O7²⁻) är starkt oxiderande och mycket giftigt/cancerframkallande. Exempel på vanliga kromföreningar:

• Kromoxid (Cr2O3) – grön pigment och korrosionsbeständigt ytmaterial.
• Kromater/dikromater (t.ex. PbCrO4, K2Cr2O7) – används som pigment och oxidationsmedel, men är giftiga.
• Krom(III)-salter (t.ex. CrCl3) – används i garvning och som katalysatorer.

Isotoper

Krom har fyra stabila isotoper: 50Cr, 52Cr, 53Cr och 54Cr. Den mest rikliga är 52Cr (≈83,8 %). Det finns också flera radioaktiva isotoper; en användbar radioisotop är 51Cr (halveringstid ~27,7 dagar) som tidigare använts som spårämne i medicinska och biologiska studier.

Förekomst och utvinning

Krom finns i jordskorpan främst som mineralet kromit (FeCr2O4). De största gruvförekomsterna finns i Sydafrika, Kazakstan, Indien och Turkiet. Industriell produktion sker ofta genom att malm reduceras i masugnar för att framställa ferrochrom (järnkrom), som sedan används för att tillverka rostfritt stål och andra legeringar.

Användningsområden

• Stålindustri: huvudsaklig användning är i rostfria stål och andra högpresterande legeringar för att ge korrosionsmotstånd och hårdhet.
• Ytbehandling: kromplätering (krombeläggning) för dekorativa och skyddande ytor.
• Pigment: kromföreningar används som färgämnen (t.ex. kromgult, kromgrönt).
• Garvning av läder: krom(III)-salter används i stor skala inom garveriindustrin.
• Katalysatorer: vissa kromföreningar fungerar som katalysatorer i kemisk industri.
• Refraktärer och speciallegeringar: tack vare hög smältpunkt och slitageegenskaper.

Biologisk roll och säkerhet

Chrom(III) betraktas ofta som ett spårämne som kan påverka kolhydrat- och lipidmetabolism, men dess exakta biologiska roll är föremål för forskning och vissa tvister. Chrom(VI) är däremot giftigt och cancerframkallande vid inhalation och kan orsaka allvarliga hälso- och miljöproblem. Många länder har strikta gränsvärden för exponering till Cr(VI) i arbetsmiljö och i dricksvatten. Vid hantering av kromföreningar är personlig skyddsutrustning och korrekt avfallshantering viktiga säkerhetsåtgärder.

Historia

Krom upptäcktes 1797 av den franske kemisten Louis Nicolas Vauquelin när han analyserade mineralet crocoit (PbCrO4). Namnet kommer från grekiskans "khrōma" som betyder färg, en hänvisning till de färgrika kromföreningarna.

Sammanfattning

Krom (Cr) är en mångsidig övergångsmetall med viktiga industriella användningsområden, särskilt i stål- och ytbehandling. Den har flera stabila isotoper och flera oxidationstillstånd där Cr(III) och Cr(VI) skiljer sig mycket i fråga om kemiskt beteende och toxicitet. På grund av Cr(VI):s farlighet regleras användningen och utsläpp noggrant.

Föreningar

Krom förekommer i flera oxidationstillstånd; +2, +3 och +6 är de vanligaste. Det bildar kemiska föreningar som är färgglada.

• Krom(II)oxid, svart, sällsynt, reduktionsmedel
• Krom(II)klorid, blått när det löses upp i vatten, instabilt
• Krom(III)oxid, mörkgrön
• Krom(III)klorid, grön när den innehåller vatten (hydratiserad), lila när den inte innehåller vatten (vattenfri)
• Krom(III)sulfat
• Krom(IV)oxid, svart, som används i kassetter
• Krom(VI)oxid, kromtrioxid, röd, oxidationsmedel, giftig. Kromsyra bildas genom att krom(VI)oxid löses upp i vatten.
• Kromklorid, röd vätska
• Krom alun

Trivalent krom

Det finns två huvudtyper av kromjoner i kromföreningar. Den ena typen av kromjoner (Cr³⁺, trevärt krom ) behövs i vår och andra djurs kropp. Om vi inte får tillräckligt med krom kan vissa delar av vår kropp inte fungera ordentligt. Vi får det mesta av det krom vi behöver från den mat vi äter. Krom ingår också i vitaminer för att se till att vi får tillräckligt med krom. Om vi får i oss för mycket av denna typ av krom kan det skada vår kropp.

Sexvärt krom

En annan typ av krom (Cr⁶⁺ (kromat, sexvärt krom), i oxidationstillstånd +6) kan orsaka cancer eller göra människor sjuka, även om de flesta människor inte utsätts för det särskilt mycket. Den finns på platser som tillverkar krommetall, vilket är anledningen till att de måste saneras när de stängs. Sexvärt krom kan förstöras genom att det reagerar med reduktionsmedel och blir då till Cr³⁺ (trevärt krom). De är starka oxidationsmedel.

Kromater

Kromatjonen är CrO₄^2- . Kromater är i allmänhet gula.

• Kaliumkromat
• Natriumkromat

Dikromater

Dikromatjonen är Cr₂ O₇^2- . Dikromater är röda eller orange.

• Ammoniumdikromat
• Kaliumdikromat
• Natriumdikromat, som används vid bearbetning av krom.

 
Trevärt kromförening  


Förening av sexvärt krom  

Förekomst och beredning

Krom förekommer som kromit. Kromit är en blandning av järn(II)oxid och krom(III)oxid. Dess kemiska formel är FeCr₂ O₄ . Den upphettas med natriumkarbonat för att ge natriumkromat, järn(III)oxid och koldioxid. Natriumkromat reagerar med svavelsyra för att producera natriumdikromat. Natriumdikromat reduceras med kol till krom(III)oxid. Krom(III)oxid reagerar med aluminium för att bilda krommetall. Det är kromaterna och dikromaterna som gör kromproduktionsområdena giftiga.

 
Kromit  

Frågor och svar

Fråga: Vad är symbolen för krom i det periodiska systemet?

F: Vad är atomnumret för krom?

Fråga: Hur många protoner har krom?

Fråga: Vad är massanummeret för krom?

Fråga: Hur många elektroner har en metallform av krom?

F: Finns det olika isotoper med fler eller färre neutroner än vanligt i krom?

F: Har joner från kromuim färre elektroner än en metallform?

Sök med bokstav