Kromi (Cr) – kemiallinen alkuaine: ominaisuudet ja käyttökohteet

Tutustu kromiin (Cr): sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, isotoopit, reaktiivisuus ja monipuoliset teolliset sekä arjen käyttökohteet.

Kromi on kemiallinen alkuaine. Sen symboli jaksollisessa järjestelmässä (luettelo kaikista alkuaineista) on Cr. Sillä on aina 24 protonia, joten sen järjestysluku on 24. Sen massaluku (protonien ja neutronien lukumäärä) on noin 54. Useimmiten siinä on 28 neutronia, mutta eri isotoopeissa on enemmän tai vähemmän neutroneita. Metallina sillä on 24 elektronia. Sen ioneilla on vähemmän elektroneja.

Perustietoa ja korjaus

Täsmennys aiempaan: kromin keskimääräinen atomimassa on noin 52,00 u ja yleisin stabiili isotooppi on ⁵²Cr (24 protonia + 28 neutronia = massaluku 52). Neutronien lukumäärä vaihtelee eri isotoopeissa, mutta luonnossa kromi esiintyy pääosin stabiileina isotooppeina kuten 50Cr, 52Cr, 53Cr ja 54Cr.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

• Ulkoinen olemus: kovaa, haurasta ja teräksenväristä metallia.
• Sulamis- ja kiehumispiste: sulamispiste noin 1907 °C ja kiehumispiste erittäin korkea.
• Tiheys: noin 7,19 g/cm³ kiinteänä huoneenlämpötilassa.
• Elektronirakenne: neutraalin atomiytimen ympärillä 24 elektronia; elektronikonfiguraatio on tyypillisesti [Ar] 3d5 4s1.
• Oxidaatiotilat: yleisimpiä ovat +2, +3 ja +6. Kromin kemiallinen käyttäytyminen vaihtelee voimakkaasti oksidaatiotilan mukaan.

Luontainen esiintyminen ja tuotanto

Kromi esiintyy maankuoressa pääasiassa kromiittimineraalina (FeCr₂O₄) ja sitä louhitaan suurissa määrissä mm. Etelä-Afrikasta, Kazakstanista ja Intiasta. Metalli valmistetaan teollisesti pääasiassa kromiittimalmista hapettamalla ja alumiini- tai hiilireduktion avulla tai elektrolyyttisesti puhdistamalla.

Käyttökohteet

• Ruostumattomat teräkset: tärkein käyttöalue; kromi parantaa korroosionkestävyyttä ja kovuutta.
• Kromaus (chrome plating): koriste- ja suojapinnoitteet sähköisesti tai kemiallisesti tehtynä.
• Pigmentit: kromiyhdisteitä käytetään väreissä ja pienten määrien väriaineissa (esim. kromi(III)oksidi vihreänä pigmenttinä).
• Katalyytit: tietyissä kemiallisissa reaktioissa käytetään kromipohjaisia katalyyttejä.
• Nahkansäätö (tannage): kromisuolat (esim. Cr(III)) ovat yleisiä parkitsemisessa.
• Erikoismetallit ja -seokset: korkeiden lämpötilojen kestäviin työkaluihin ja koneenosien seoksiin.

Terveys ja ympäristö

Kromilla on kaksi merkittävää biologista ulottuvuutta:

• Cr(III) on ihmiselle välttämätön hivenaine pieninä pitoisuuksina ja sillä on rooli aineenvaihdunnassa.
• Cr(VI) (kromaatit ja dikromaatti-ionit) ovat myrkyllisiä ja karsinogeenisia; ne voivat aiheuttaa vakavia terveysvaikutuksia hengitysteissä, iholla ja muissa elimissä. Siksi teollisessa käytössä ja jätehuollossa on tiukkoja rajoituksia ja turvallisuusvaatimuksia.

Ympäristössä kromiyhdisteitä tulee esimerkiksi teollisuuden päästöistä. Cr(VI):t on pyrittävä pelkistämään vähemmän haitalliseksi Cr(III):ksi ja estämään veden ja maaperän saastuminen.

Kemiallinen reaktiivisuus

Kromi muodostaa monia yhdisteitä ja komplekseja. Cr(III)-kompleksit ovat suhteellisen stabiileja, kun taas Cr(VI)-yhdisteet ovat voimakkaita oksidantteja. Kromin kemiallinen käyttäytyminen riippuu paljon pH:sta ja ympäristön redox-olosuhteista.

Turvallisuus ja käsittely

• Käsiteltäessä kromiyhdisteitä on käytettävä asianmukaisia suojavarusteita (käsineet, suojalasit, hengityssuojaimet) erityisesti Cr(VI)-yhdisteiden kanssa.
• Teollisuusjätteet ja pesuvedet tulee käsitellä siten, että Cr(VI) pelkistetään ja jätteen sisältämä kromi saadaan talteen tai neutralisoitua ennen päästämistä ympäristöön.

Yhteenveto

Kromi on teknisesti ja teollisesti erittäin tärkeä alkuaine: se kovettaa teräksiä, parantaa korroosionkestävyyttä ja on monien teollisten prosessien perusta. Samalla eri krominmuotojen terveysvaikutukset ja ympäristövaikutukset edellyttävät huolellista käsittelyä ja sääntelyä.

Yhdisteet

Kromia esiintyy useissa eri hapetusasteissa, joista yleisimmät ovat +2, +3 ja +6. Se muodostaa kemiallisia yhdisteitä, jotka ovat värikkäitä.

• Kromi(II)oksidi, musta, harvinainen, pelkistävä aine.
• Kromi(II)kloridi, sinertävä veteen liuennut, epävakaa.
• Kromi(III)oksidi, tummanvihreä
• Kromi(III)kloridi, vihreä, kun se sisältää vettä (hydratoitu), violetti, kun se ei sisällä vettä (vedetön).
• Kromi(III)sulfaatti
• Kromi(IV)oksidi, musta, käytetään kaseteissa.
• Kromi(VI)oksidi, kromitrioksidi, punainen, hapettava aine, myrkyllistä. Kromihappoa muodostuu liuottamalla kromi(VI)oksidia veteen.
• Kromyylikloridi, punainen neste
• Kromi alumiini

Kolmiarvoinen kromi

Kromiyhdisteissä on kahdenlaisia kromi-ioneja. Toinen kromi-ionityyppi (Cr³⁺, kolmiarvoinen kromi ) tarvitaan meidän ja muiden eläinten elimistössä. Jos emme saa riittävästi kromia, tietyt elimistön osat eivät välttämättä toimi kunnolla. Saamme suurimman osan tarvitsemastamme kromista ravinnosta, jota syömme. Kromia laitetaan myös vitamiineihin, jotta saamme sitä riittävästi. Jos saamme liikaa tällaista kromia, se voi vahingoittaa kehoamme.

Kuusiarvoinen kromi

Toinen kromityyppi (Cr⁶⁺ (kromaatti, kuudenarvoinen kromi), hapetusaste +6) voi aiheuttaa syöpää tai sairastuttaa ihmisiä, vaikka useimmat ihmiset eivät altistu sille paljon. Sitä esiintyy paikoissa, joissa valmistetaan kromimetallia, minkä vuoksi ne on puhdistettava, kun ne suljetaan. Kuusiarvoinen kromi voidaan tuhota reagoimalla sen kanssa pelkistävien aineiden kanssa, jolloin siitä tulee Cr³⁺ (kolmearvoinen kromi). Ne ovat voimakkaita hapettimia.

Kromaatit

Kromaatti-ioni on CrO₄^2- . Kromaatit ovat yleensä keltaisia.

• Kaliumkromaatti
• Natriumkromaatti

Dikromaatit

Dikromaatti-ioni on Cr₂ O₇^2- . Dikromaatit ovat punaisia tai oransseja.

• Ammoniumdikromaatti
• Kaliumdikromaatti
• Natriumdikromaatti, jota käytetään kromin käsittelyssä.

 
Kuudenarvoinen kromiyhdiste  


Kolmiarvoinen kromiyhdiste  

Esiintyminen ja valmistus

Kromi esiintyy kromiittina. Kromiitti on rauta(II)oksidin ja kromi(III)oksidin seos. Sen kemiallinen kaava on FeCr₂ O₄ . Sitä kuumennetaan natriumkarbonaatin kanssa, jolloin saadaan natriumkromaattia, rauta(III)oksidia ja hiilidioksidia. Natriumkromaatti reagoi rikkihapon kanssa, jolloin saadaan natriumdikromaattia. Natriumdikromaatti pelkistetään hiilen avulla kromi(III)oksidiksi. Kromi(III)oksidi reagoi alumiinin kanssa, jolloin saadaan kromimetallia. Kromaatit ja dikromaatit tekevät kromin tuotantoalueista myrkyllisiä.

 
Kromiitti  

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on kromin symboli jaksollisessa järjestelmässä?

K: Mikä on kromin järjestysluku?

K: Kuinka monta protonia kromilla on?

K: Mikä on kromin massaluku?

K: Kuinka monta elektronia kromin metallimuodossa on?

K: Onko olemassa erilaisia isotooppeja, joissa on enemmän tai vähemmän neutroneita kuin tavallisesti kromissa?

Kysymys: Onko kromuimin ioneilla vähemmän elektroneja kuin metallimuodossa?

Hae kirjaimella