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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Reines
Chrom ist ein silbrig glänzendes Metall, das sich gut dehnen und schmieden
lässt. Chrom ist das härteste Metall aller Elemente. Bei geringfügigen
Verunreinigungen mit Wasserstoff oder Sauerstoff
steigt die Härte noch an, während es gleichzeitig sehr spröde
wird.
Chrom ist noch unedler als Eisen. Bei hohen Temperaturen reagiert Chrom mit den meisten Nichtmetallen. Mit Chlor bildet sich Chrom(III)-chlorid: 2 Cr + 3 Cl2 
2 CrCl3 DHR
= -1114 kJ/mol
Mit Sauerstoff verbrennt es zu Chrom(III)-oxid: 4 Cr + 3 O2
2 Cr2O3
DHR
= -2280 kJ/mol |
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Physiologie - Toxikologie |
| Chrom
ist ein essenzielles Spurenelement. Es
ist für den Glucose- und Proteinstoffwechsel von Bedeutung. In der
medizinischen Literatur werden Mangelerscheinungen beschrieben
Lit [16], aber teilweise
auch kontrovers diskutiert. Personen wie Diabetiker mit einer gestörten
Glucosetoleranz reagieren positiv auf eine zuzsätzliche Chromversorgung
unter medizinischer Aufsicht. Hülsenfrüchte, Keimlinge, Schokolade,
Bierhefe oder zahlreiche Obst- und Gemüsesorten enthalten besonders
viel von diesem Spurenelement.
Für das Metall in reiner Form und für die Chrom(III)-salze wird die toxische Wirkung nicht so gravierend angenommen, wie für die Chrom(VI)-verbindungen (Chrom(VI)-oxid) und die Chromate (Kaliumdichromat, Kaliumchromat). Diese wirken auf Haut und Schleimhäute stark ätzend, verursachen innerlich eingenommen Magen- und Darmschäden, Leber- und Nierenentzündungen und gelten mit hoher Wahrscheinlichkeit als krebserzeugend, erbgutverändernd oder fortpflanzungsgefährdend. |
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Vorkommen |
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Chrom
steht in der Elementhäufigkeit an 20. Stelle
und steht damit noch vor Kupfer und Zink. Das Element kommt in Meteoriten
vor. Darüber hinaus findet man es in gediegener Form in bestimmten
Gesteinsarten in China oder Russland. Das wichtigste Chromerz ist der Chromit
(Chromeisenstein, (Fe,Mg)Cr2O4. Ein weiteres Chromerz
von geringerer Bedeutung ist der Krokoit
(Rotbleierz, PbCrO4). Die wichtigsten Chromitlagerstätten
finden sich in Südafrika, Russland, Türkei, Indien, Brasilien,
Zimbabwe, Philippinen und Finnland.
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Geschichte |
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Der
französische Chemiker Louis Nicolas Vauquelin (1763-1829) entdeckte
das Element im Jahre 1797 bei Untersuchungen des Minerals Krokoit
und stellte es in unreiner Form dar. Im gleichen Jahr erkannte der deutsche
Chemiker Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) ebenfalls im Krokoit
das Element. Aufgrund der Vielfarbigkeit seiner Salze erhielt das Element
den Namen Chromium, abgeleitet vom griechischen Wort chromos,
was soviel wie Farbe bedeutet. Das Symbol Cr führte 1814 J.J.
Berzelius ein.
Reines Chrom stellte erstmals R.W. Bunsen im Jahre 1854 durch eine Elektrolyse von wässrigen Chromchloridlösungen her. Die erste Reduktion aus Chromoxid mit Koks entwickelte 1893 H.F.-F. Moissan, und 1898 erhielt H. Goldschmidt ein sehr reines, kohlenstofffreies Metall durch die Reduktion mit Aluminium. Anton Eduard van Arkel und Jan Hendrik de Boer entwickelten im Jahre 1930 ein Verfahren (Van-Arkel-de-Boer-Verfahren), bei dem Chrom(II)-iodid an heißen Glühdrähten zersetzt wurde. Dabei entstand - ähnlich wie beim gleichnamigen Verfahren zur Titangewinnung - hochreines Chrom.
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Herstellung |
| Als
Ausgangsmaterial dient das Mineral Chromit. Das Erz wird durch Flotation
angereichert, fein zermahlen und mit Kalk
und Soda vermischt. Unter Luftzufuhr
erhält man bei ca. 1200°C Natriumchromat:
4 FeCr2O4 + 8 Na2CO3 + 7 O2
8 Na2CrO4 + 2 Fe2O3
+ 8 CO2
Nach der Extraktion des Chromats mit heißem Wasser wird konzentrierte Schwefelsäure hinzugegeben, so dass Natriumdichromat entsteht: 2 Na2CrO4 + H2SO4 + H2O
Na2Cr2O7 + Na2SO4
+ 2 H2O
Das Natriumdichromat kristallisiert beim Abkühlen als Dihydrat aus der Lösung. Durch eine nachfolgende Reduktion mit Kohle erhält man Chrom(III)-oxid: Na2Cr2O7 . 2 H2O + 2 C
Cr2O3 + Na2CO3
+ 2 H2O +
CO
Dann erfolgt die aluminothermische Reduktion des Chrom(III)-oxids zu Chrom: Cr2O3 + 2 Al Al2O3
+ 2 Cr
Das gewonnene Chrom besitzt einen Reinheitsgrad von ca. 99%. Reineres Chrom erhält man durch die Elektrolyse von Chrom(III)-salzlösungen oder nach dem oben beschriebenen Van-Arkel-de-Boer-Verfahren. In der Technik wird Chrom jedoch meist als unreines Ferrochrom (FeCr) hergestellt. Hierbei wird der Chromit direkt mit Kohle oder Schwefel unter Zugabe von Flussmitteln wie Kalk reduziert: FeO + Cr2O3 + 4 C Fe
+ 2 Cr + 4 CO
Man erhält Ferrochrom, eine wichtige Legierung zur Herstellung von Chromstählen. |
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Verwendung |
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Chrom
ist das wichtigste Legierungsmetall zur Herstellung von nichtrostendem
Chromstahl. Beim galvanischen Verchromen
werden dünne Chromschichten auf die zu beschichtenden Materialien
aufgetragen. Als Elektrolytflüssigkeit dient ein Gemisch aus Wasser
und Schwefelsäure, das einen hohen Anteil an Chrom(VI)-oxid und einen
geringen Anteil an Chrom(III)-oxid enthält. Die vorvernickelten Metalle
werden als Kathode in die Lösung gehalten. Sie erhalten so einen wirksamen
Rostschutz. Chrom dient auch zur Herstellung von Cermets (ceramic metals).
Darunter versteht man Werkstoffe, bei denen keramische Bestandteile wie
Aluminiumoxid mit metallischen Anteilen gemischt sind. Chrom(III)-oxid
ist ein wichtiger Katalysator bei chemischen Synthesen und wird als grünes
Pigment Chromoxidgrün verwendet.
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Chromverbindungen im Portrait |
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
