Chrom

Chrom
[Ar] 3d5 4s1 53 Cr 24
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název, značka, číslo	Chrom, Cr, 24
Cizojazyčné názvy	lat. chromium
Skupina, perioda, blok	6. skupina, 4. perioda, blok d
Chemická skupina	Přechodné kovy
Koncentrace v zemské kůře	100 až 200 ppm
Koncentrace v mořské vodě	0,00005 mg/l
Vzhled	Světle bílý, lesklý, velmi tvrdý a zároveň křehký kov
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-47-3
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	51,9961
Atomový poloměr	140 pm
Kovalentní poloměr	118 pm
Iontový poloměr	63 pm
Elektronová konfigurace	[Ar] 3d5 4s1
Oxidační čísla	−II, -I, I, II, III, IV, V, VI
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	1,66
Ionizační energie
První	652,9 KJ/mol
Druhá	1590,6 KJ/mol
Třetí	2987 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	Krychlová
Molární objem	7,23×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota	7,15 g/cm3
Skupenství	Pevné
Tvrdost	8,5
Tlak syté páry	100 Pa při 1991K
Rychlost zvuku	5940 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost	93,9 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	1906,85 °C (2 180 K)
Teplota varu	2670,85 °C (2 944 K)
Skupenské teplo tání	339,5 KJ/mol
Skupenské teplo varu	21,0 KJ/mol
Měrná tepelná kapacita	449 Jkg−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost	7,74×106 S/m
Měrný elektrický odpor	125 nΩ·m
Standardní elektrodový potenciál	−0,74 V
Magnetické chování	Antiferomagnetický
Bezpečnost
GHS07 GHS08 GHS09 Nebezpečí
R-věty	R11, R40
S-věty	S7, S33, S36/37, S60
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 50Cr 4,345% 1,3×1018 let 2 × ε - 50Ti 51Cr umělý 27,704 dne ε 0,752 4 50V γ 0,320 50V 52Cr 83,789% je stabilní s 28 neutrony 53Cr 9,501% je stabilní s 29 neutrony 54Cr 2,365% je stabilní s 30 neutrony
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Vanad ≺ Cr ≻ Mangan ⋎ Mo

Chrom (též chróm; chemická značka Cr, latinsky chromium) je světle šedý, 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. Název je odvozen z řeckého slova χρῶμα / chrōma „barva“, neboť mnohé sloučeniny chromu jsou výrazně zbarvené. Za českého obrození razili puristé pro chróm pojmenování barvík, to se však nakonec neujalo.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Čístý chrom

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 Cr³⁺ a Cr⁶⁺, sloučeniny Cr²⁺ jsou silnými redukčními činidly a za normálních podmínek jsou oxidovány vzdušným kyslíkem na trojmocné. Některé jeho sloučeniny mají oxidační číslo Cr⁴⁺.

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

Rubín zabarvený červeně malým množstvím chromu

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.

Největší 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 dichroman 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

Socha Počátek z nerezové oceli, Švédsko

Největší podíl světové produkce chromu najde jednoznačně využití v metalurgickém průmyslu především při výrobě legovaných 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. 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

Oxid chromitý

Ve sloučeninách se chrom vyskytuje v mocenství Cr²⁺, Cr³⁺ a Cr⁶⁺, výjimečně se setkáme i se sloučeninami Cr⁴⁺ a Cr⁵⁺.

Sloučeniny dvojmocného chromu jsou silná redukční činidla, působením vzdušného kyslíku se samovolně oxidují za vzniku Cr³⁺. 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 efektní 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 → CrO₄²⁻ + 4 H₂O

• Chlorid chromitý CrCl₃ je v bezvodém stavu červenofialová látka. Z vodného roztoku lze získat chlorid chromitý jako hexahydrát CrCl₃·6H₂O, 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)₃·18H₂O. 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)₂·12H₂O 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.

Krystalický dichroman draselný

Sloučeniny šestimocného chromu jsou středně silnými oxidačními činidly. Prakticky se s nimi setkáme jako se solemi kyseliny chromové, chromany(CrO₄)²⁻ nebo kyseliny dichromové, dichromany (Cr₂O₇)²⁻. Chromany a dichromany 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 CrO₄²⁻+ 2 H⁺ → Cr₂O₇²⁻ + H₂O

Cr₂O₇²⁻ + 2 OH⁻ → 2 CrO₄²⁻ + 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 3ZnCrO₄·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. Sloučeniny šestimocného chromu vyvolávají také rakovinu plic.

Biologický význam

Biologické účinky chromu jsou silně závislé na mocenství, ve kterém se do organismu dostává. Trojmocný chrom je pokládán v malém množství za nezbytnou součást každodenní potravy. Naopak šestimocný chrom působí negativně a Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny ho klasifikovala jako lidský karcinogen.

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, který však u pokusných zvířat způsoboval poškození chromozomů ovariálních buněk. Doporučená denní dávka je přibližně 0,1 mg chromu.^[zdroj⁠?!]

Dostatečný obsah chromu v organizmu je důležitý pro správný metabolismus cukrů a tuků.^[zdroj⁠?!] Pomáhá stabilizovat hladinu krevního tuku a tlumí chuť na sladké potraviny.^[zdroj⁠?!] 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.^[zdroj⁠?!]

Kontaminace

Ke kontaminaci chromem dochází zejména na místech, kde byl provozován některý typ průmyslových činností jako jsou koželužny, strojírny, slévárny, textilky, chemické výroby nátěrových hmot, pigmentů a smaltů nebo sklárny a keramické závody.

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. Směrnice 2002/95/ES – RoHS – od 1. července 2006 omezuje použití šestimocného chromu v z elektrických a elektronických zařízení v Evropské unii. Vypouštění chromu do životního prostředí je v České republice povinné ohlašovat do integrovaného registru znečišťování, pokud podnik vypouští do ovzduší, vody nebo v odpadech více než 50 kilogramů. Evropská agentura pro chemické látky zařadila některé ze sloučenin chromu mezi látky vzbuzující mimořádné obavy.

Odkazy

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

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu chrom na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo chrom ve Wikislovníku
• (česky) Chemický vzdělávací portál
• (anglicky) ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Chromium Toxicity U.S. Department of Health and Human Services
• It's Elemental – The Element Chromium
• The Merck Manual – Mineral Deficiency and Toxicity
• National Institute for Occupational Safety and Health – Chromium Page
• The periodic table of videos: Chromium

Autoritní data	NKC: ph119207 PSH: 5768 BNF: cb12104829h (data) GND: 4147944-0 LCCN: sh85025350 NARA: 10646811 NDL: 00567040 NLI: 987007286324805171

Portály: Chemie