Chrom

český názevChrom
latinský názevChromium
anglický názevChromium
chemická značkaCr
protonové číslo24
relativní atomová hmotnost51,9961
perioda4
skupinaVI.B
zařazenípřechodné kovy
rok objevu1797
objevitelL. N. Vauquelin
teplota tání [°C]1857
teplota varu [°C]2672
hustota [g cm-3]7,19
hustota při teplotě tání [g cm-3]6,3
elektronegativita1,66
oxidační stavyI - VI
elektronová konfigurace[Ar]3d5 4s1
atomový poloměr [pm]166
kovalentní poloměr [pm]127
specifické teplo [J g-1K-1]0,45
slučovací teplo [kJ mol-1]16,9
tepelná vodivost [W m-1 K-1]93,9
elektrická vodivost [S m-1]7,9.106
1. ionizační potenciál [eV]6,7666
2. ionizační potenciál [eV]16,5
3. ionizační potenciál [eV]30,96
tvrdost podle Mohse8,5
tvrdost podle Vickerse [MPa]1060
tvrdost podle Brinella [MPa]1120
modul pružnosti ve smyku [GPa]115
modul pružnosti v tahu [GPa]279
bod supravodivosti [K] -
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce chromu

Chemický prvek chrom je bílý, lesklý, křehký a neobyčejně tvrdý kov. Chrom je nejtvrdší ze všech kovů, podle Mohsovy stupnice dosahuje tvrdost chromu hodnoty 8,5.

Za normální teploty je chrom značně chemicky odolný a stálý. Za vyšších teplot přímo reaguje s halogeny, kompaktní kovový chrom podle zvolených reakčních podmínek tvoří halogenidy různých typů, práškový chrom reaguje přednostně za vzniku halogenidů typu CrX3. Se sírou se slučuje až při teplotách nad 1000°C na směs sulfidů CrS a Cr2S3, s borem, křemíkem, uhlíkem i některými kovy reaguje také při teplotách okolo 1000°C.

Čistý chrom se nerozpouští v běžných koncentrovaných oxidujících kyselinách ani v lučavce královské. Tato jeho odolnost je způsobena pasivací vrstvou oxidu Cr2O3 na povrchu kovu. Mírně znečištěný chrom se rozpouští v kyselině sírové. Chemicky čistý chrom je rozpustný pouze v kyselině chlorovodíkové, produktem reakce chromu s kyselinou chlorovodíkovou je chlorid chromnatý a vodík:

Cr + 2HCl → CrCl2 + H2

Při teplotě 700°C reaguje s vodní párou:

2Cr + 3H2O → Cr2O3 + 3H2

Tavením s oxidačními činidly přechází na oxid chromitý při teplotách okolo 500°C:

2Cr + KClO3 → Cr2O3 + KCl

S kyslíkem tvoří žlutý alkalický oxid chromnatý CrO, zelený amfoterní oxid chromitý Cr2O3 a hnědočervený kyselý oxid chromový CrO3. Hydroxid chromnatý Cr(OH)2 je slabě alkalický a s kyselinami reaguje za vzniku chromnaté soli. Hydroxid chromitý Cr(OH)3 je amfoterní, s kyselinami reaguje za vzniku chromité soli, s hydroxidy alkalických kovů vytváří alkalické hexahydroxochromitany:

Cr(OH)3 + NaOH + 2H2O → Na[Cr(OH)4(H2O)2]
Na[Cr(OH)4(H2O)2] + 2NaOH → Na3[Cr(OH)6]

Od oxidu chromového se odvozuje silná kyselina chromová H2CrO4 a kyselina dichromová H2Cr2O7. Obě kyseliny i jejich soli mají silné oxidační účinky. Soli kyseliny chromové - chromany jsou stálé pouze v alkalickém prostředí, v kyselém prostředí přecházejí na dichromany. Srážením rozpustných dichromanů kationty stříbra, barya nebo olova vznikají vždy nerozpustné chromany, nikoliv dichromany:

2K2Cr2O7 + 4AgNO3 + H2O → 2Ag2CrO4 + 4KNO3 + H2Cr2O7

Sloučeniny

Ve sloučeninách vystupuje chrom nejčastěji jako trojmocný, trojmocný chrom má sklon tvořit četné barevné komplexní sloučeniny s koordinačním číslem 6. Chromité soli slabých kyselin ve vodných roztocích silně hydrolyzují za vzniku hydroxidu chromitého. Sloučeniny dvoumocného a šestimocného chromu jsou nestálé. Sloučenin jednomocného, čtyřmocného a pětimocného chromu je známo pouze několik, např. chloristan chromný CrClO4, fluorid chromičitý CrF4 nebo oxid chromičný Cr2O5. Ve sloučeninách typu [Cr(CO)5]2- se chrom vyskytuje v oxidačním stupni -II.

Jednoduchý důkaz přítomnosti chromitých iontů v roztoku je možné uskutečnit přídavkem sulfidu amonného (NH4)2S za vzniku světle zeleně zbarvené sraženiny, která podle předpokladu není sulfid chromitý Cr2S3, ale hydroxid chromitý Cr(OH)3, viz tabulka důkazu kationtů.

Výskyt v přírodě

Průměrný obsah chromu v zemské kůře je 102 ppm. Přírodní chrom je směsí 4 stabilních izotopů, nejvyšší podíl 83,8 % zaujímá izotop 52Cr.

V přírodě se chrom vyskytuje nejčastěji v rudách chromit FeO·Cr2O3 a krokoit PbCrO4. Další minerály s obsahem chromu jsou např. uvarovit Ca3Cr2(SiO4)3, brezinait Cr3S4, carlsbergit CrN, tongbait Cr3C2, tarapacait K2CrO4 a přibližně stovka dalších. V přírodě se chrom občas nalézá jako ryzí kov, z minerálů má nejvyšší obsah chromu (87,47 % Cr) vzácný minerál ferchromid Cr3Fe0,4. Mezi mineralogické rarity patří vzácný minerál lopezit K2Cr2O7, doposud jediný známý přírodní dichroman, který se zcela ojediněle nalézá pouze v aridních oblastech Chile.

V roce 2012 dosáhla světová těžba chromitu 24 Mt, nejvíce se vytěžilo v JAR - 11 Mt, Indie vyprodukovala 3,8 Mt, Kazachstán 3,8 Mt a Turecko 1,8 Mt. V Evropě je největším producentem chromitu s roční těžbou 600 kt Finsko. Ověřené celosvětové zásoby jsou 480 Mt, odhad množství všech těžitelných rud chromu se pohybuje okolo 12 miliard tun.

Na území ČR se nenalézají žádné zásoby chromu, v roce 2011 bylo dovezeno 8000 t chromových rud a jejich koncentrátů za průměrnou dovozní cenu 11200 Kč/t.

Výroba a využití chromu

Pro technické účely se chrom vyrábí jako ferochrom redukcí chromitu uhlíkem v elektrické nebo Martinské peci.

Výroba čistého chromu se provádí z Cr2O3 aluminotermicky, redukcí Cr2O3 křemíkem nebo vápníkem, redukcí CrCl3 vápníkem v tavenině BaCl2 nebo elektrolýzou kyseliny chromové H2CrO4. Průběh redukce oxidu chromitého hliníkem, křemíkem a vápníkem popisují rovnice:

Cr2O3 + 2 Al → 2Cr + Al2O3
2Cr2O3 + 3Si → 4Cr + 3SiO2
Cr2O3 + 3Ca → 2Cr + 3CaO

Ve fázi nadějných pokusů je výroba chromu elektrolytickou redukcí Cr2O3 pomocí taveniny CaCl2, kalciotermická redukce kovů (FFC metoda) je popsána při výrobě titanu.

Chrom má značný význam v metalurgii, přídavek chromu do oceli podstatně ovlivňuje žáruvzdornost, tvrdost a odolnost proti chemické a elektrochemické korozi v oxidačním prostředí a používá se při povrchové úpravě kovů. Jako legující prvek má podstatný vliv na kalitelnost vytvrditelných slitin hliníku.

Oxid chromitý se používá jako zelený pigment (tisk bankovek), jako součást katalyzátorů pro celou řadu chemických výrob (syntéza metylalhoholu) a jako žáruvzdorný materiál na výrobu slévárenských forem.

Některé chromany a dichromany slouží jako důležitá oxidační činidla, v organické chemii se používá např. Jonesova oxidace sekundárních alkoholů na ketony dichromanem draselným v kyselém prostředí. Chroman draselný je hlavní součástí detekčních trubiček na alkohol. Dichroman amonný (NH4)2Cr2O7 a trichroman amonný (NH4)2Cr3O10 se omezeně využívají v pyrotechnice. Chromité soli se využívají v koželužství při chromočinění kůží. Zajímavou sloučeninou chromu je snadno připravitelný chlorid chromylu CrO2Cl2, který ve směsi s některými běžnými látkami poskytuje zajímavé pyrotechnické efekty.

Toxické účinky

Rozpustné sloučeniny šestimocného chromu patří mezi významně toxické látky a jsou zařazeny mezi karcinogeny. Dichromany jsou podle zákona v ČR klasifikovány jako vysoce toxické.

Zdroje

vanad ← chrom → mangan