Chrom -Chromium

chrom,  24 Kr
Kryształy chromu i kostka 1cm3.jpg
Chrom
Wygląd srebrzysty metalik
Standardowa masa atomowa A r ° (Cr)
Chrom w układzie okresowym


Cr

Mo
wanadchrommangan
liczba atomowa ( Z ) 24
Grupa grupa 6
Okres okres 4
Blok   blok d
Konfiguracja elektronów [ Ar ] 3d 5 4s 1
Elektrony na powłokę 2, 8, 13, 1
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny
Temperatura topnienia 2180  K (1907 °C, 3465 °F)
Temperatura wrzenia 2944 K (2671 ° C, 4840 ° F)
Gęstość (blisko  rt ) 7,15 g/cm 3
gdy ciecz (przy  mp ) 6,3 g/ cm3
Ciepło topnienia 21,0  kJ/mol
Ciepło parowania 347 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 23,35 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 1656 1807 1991 2223 2530 2942
Właściwości atomowe
Stany utleniania −4, −2, −1, 0, +1, +2 , +3 , +4, +5, +6 (w zależności od stopnia utlenienia, tlenek kwasowy, zasadowy lub amfoteryczny )
Elektroujemność Skala Paulinga: 1,66
Energie jonizacji
Promień atomowy empirycznie: 128  godz
Promień kowalencyjny 139±5 po południu
Kolorowe linie w zakresie widmowym
Widmowe linie chromu
Inne właściwości
Występowanie naturalne pierwotny
Struktura krystaliczna sześcienny wyśrodkowany na ciele (bcc)
Zorientowana na ciało sześcienna struktura kryształu dla chromu
Prędkość dźwięku cienki pręt 5940 m/s (przy 20°C)
Rozszerzalność cieplna 4,9 µm/(m⋅K) (przy 25 °C)
Przewodność cieplna 93,9 W/(m⋅K)
Rezystancja 125 nΩ⋅m (przy 20 ° C)
Zamawianie magnetyczne antyferromagnetyk (raczej: SDW )
Molowa podatność magnetyczna +280,0 × 10-6 cm3 /  mol (273 K)
Moduł Younga 279 GPa
Moduł ścinania 115 GPa
Moduł objętościowy 160 GPa
Współczynnik Poissona 0,21
Twardość Mohsa 8.5
Twardość Vickersa 1060 MPa
Twardość Brinella 687–6500 MPa
Numer CAS 7440-47-3
Historia
Odkrycie i pierwsza izolacja Louis Nicolas Vauquelin (1794, 1797)
Główne izotopy chromu
Izotop Rozkład
obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt
50 Kr 4,345% stabilny
51 Kr syn 27.7025 ur ε 51 W
γ
52 Kr 83,789% stabilny
53 Kr 9,501% stabilny
54 Kr 2,365% stabilny
 Kategoria: Chrom
| Bibliografia

Chrom jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu Cr i liczbie atomowej 24. Jest pierwszym pierwiastkiem z grupy 6 . Jest stalowoszarym, błyszczącym , twardym i kruchym metalem przejściowym .

Chrom metaliczny jest ceniony za wysoką odporność na korozję i twardość . Ważnym osiągnięciem w produkcji stali było odkrycie, że stal może być bardzo odporna na korozję i odbarwienia poprzez dodanie metalicznego chromu w celu wytworzenia stali nierdzewnej . Stal nierdzewna i chromowanie ( galwanizacja chromem) łącznie stanowią 85% zastosowań komercyjnych. Chrom jest również bardzo ceniony jako metal , który można wypolerować na wysoki połysk , a jednocześnie jest odporny na matowienie . Polerowany chrom odbija prawie 70% widma widzialnego i prawie 90% światła podczerwonego . Nazwa pierwiastka pochodzi od greckiego słowa χρῶμα, chrōma , oznaczającego kolor , ponieważ wiele związków chromu ma intensywne zabarwienie.

Przemysłowa produkcja chromu przebiega z rudy chromitu (głównie FeCr 2 O 4 ) w celu wytworzenia żelazochromu , stopu żelazowo-chromowego, w drodze reakcji aluminotermicznych lub krzemotermicznych . Żelazochrom jest następnie używany do produkcji stopów, takich jak stal nierdzewna. Czysty metaliczny chrom jest wytwarzany w innym procesie: prażenie i ługowanie chromitu w celu oddzielenia go od żelaza, a następnie redukcja węglem , a następnie aluminium .

W Stanach Zjednoczonych jon trójwartościowego chromu (Cr(III)) jest uważany za niezbędny składnik odżywczy u ludzi dla metabolizmu insuliny , cukru i lipidów . Jednak w 2014 roku Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności działający w imieniu Unii Europejskiej stwierdził, że nie ma wystarczających dowodów na uznanie chromu za niezbędny.

Podczas gdy chrom metaliczny i jony Cr(III) są uważane za nietoksyczne, sześciowartościowy chrom , Cr(VI), jest toksyczny i rakotwórczy . Według Europejskiej Agencji Chemikaliów (ECHA) trójtlenek chromu stosowany w przemysłowych procesach galwanizacji jest „substancją wzbudzającą szczególnie duże obawy” (SVHC).

Opuszczone miejsca produkcji chromu często wymagają oczyszczenia środowiska .

Właściwości fizyczne

Atomowy

Chrom jest czwartym metalem przejściowym znajdującym się w układzie okresowym pierwiastków i ma konfigurację elektronową [ Ar ] 3d 5 4s 1 . Jest to również pierwszy pierwiastek w układzie okresowym, którego konfiguracja elektronów w stanie podstawowym narusza zasadę Aufbau . Dzieje się tak później w układzie okresowym z innymi pierwiastkami i ich konfiguracjami elektronowymi, takimi jak miedź , niob i molibden . Dzieje się tak, ponieważ elektrony na tym samym orbicie odpychają się ze względu na podobne ładunki. W poprzednich elementach koszt energetyczny promowania elektronu do następnego wyższego poziomu energii jest zbyt duży, aby zrekompensować koszt uwolniony przez zmniejszenie odpychania międzyelektronowego. Jednak w metalach przejściowych 3d przerwa energetyczna między 3d a następną wyższą podpowłoką 4s jest bardzo mała, a ponieważ podpowłoka 3d jest bardziej zwarta niż podpowłoka 4s, odpychanie międzyelektronowe jest mniejsze między elektronami 4s niż między 3d elektrony. Obniża to koszt energetyczny promocji i zwiększa uwalnianą przez nią energię, tak że promocja staje się energetycznie wykonalna i jeden lub nawet dwa elektrony są zawsze promowane do podpowłoki 4s. (Podobne promocje mają miejsce dla każdego atomu metalu przejściowego oprócz jednego, palladu ).

Chrom jest pierwszym pierwiastkiem z serii 3D, w którym elektrony 3D zaczynają opadać do jądra ; w ten sposób przyczyniają się w mniejszym stopniu do wiązania metalicznego , a zatem temperatury topnienia i wrzenia oraz entalpia atomizacji chromu są niższe niż w przypadku poprzedniego pierwiastka, wanadu . Chrom(VI) jest silnym utleniaczem w przeciwieństwie do tlenków molibdenu (VI) i wolframu (VI).

Cielsko

Próbka czystego chromu metalicznego

Chrom jest niezwykle twardy i jest trzecim najtwardszym pierwiastkiem po węglu ( diamencie ) i borze . Jego twardość w skali Mohsa wynosi 8,5, co oznacza, że ​​może zarysować próbki kwarcu i topazu , ale może zostać zarysowany przez korund . Chrom jest wysoce odporny na matowienie , co czyni go przydatnym jako metal, który chroni swoją zewnętrzną warstwę przed korozją , w przeciwieństwie do innych metali, takich jak miedź , magnez i aluminium .

Chrom ma temperaturę topnienia 1907 ° C (3465 ° F), która jest stosunkowo niska w porównaniu z większością metali przejściowych. Jednak nadal ma drugą najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich pierwiastków z okresu 4 , zwieńczoną wanadem o 3 ° C (5 ° F) w temperaturze 1910 ° C (3470 ° F). Temperatura wrzenia 2671 ° C (4840 ° F) jest jednak stosunkowo niższa i ma czwartą najniższą temperaturę wrzenia z samych metali przejściowych okresu 4 , za miedzią , manganem i cynkiem . Oporność elektryczna chromu w temperaturze 20 ° C wynosi 125 nanoomów .

Chrom ma wysokie odbicie lustrzane w porównaniu z innymi metalami przejściowymi. W podczerwieni , przy 425 μm , chrom ma maksymalny współczynnik odbicia około 72%, zmniejszający się do minimum 62% przy 750 μm, po czym ponownie wzrasta do 90% przy 4000 μm. Gdy chrom jest stosowany w stopach stali nierdzewnej i polerowany , odbicie lustrzane zmniejsza się wraz z dodatkiem dodatkowych metali, ale nadal jest wysokie w porównaniu z innymi stopami. Od 40% do 60% widzialnego widma odbija się od polerowanej stali nierdzewnej. Wyjaśnienie, dlaczego chrom ogólnie wykazuje tak wysoką frekwencję odbitych fal fotonowych , zwłaszcza 90% w podczerwieni, można przypisać właściwościom magnetycznym chromu. Chrom ma wyjątkowe właściwości magnetyczne - chrom jest jedynym pierwiastkiem stałym, który wykazuje uporządkowanie antyferromagnetyczne w temperaturze pokojowej i niższej. Powyżej 38 ° C jego uporządkowanie magnetyczne staje się paramagnetyczne . Właściwości antyferromagnetyczne, które powodują czasową jonizację atomów chromu i wiązanie się ze sobą, są obecne, ponieważ właściwości magnetyczne sześciennego skupionego wokół ciała są nieproporcjonalne do okresowości sieci . Wynika to z momentów magnetycznych w rogach sześcianu i nierównych, ale antyrównoległych środków sześcianu. Stąd zależna od częstotliwości względna przenikalność chromu, wywodząca się z równań Maxwella i antyferromagnetyzmu chromu, pozostawia chrom o wysokim współczynniku odbicia światła w podczerwieni i świetle widzialnym.

Pasywacja

Chrom metaliczny pozostawiony na powietrzu ulega pasywacji - tworzy cienką, ochronną, wierzchnią warstwę tlenku. Warstwa ta ma strukturę spinelu grubości kilku warstw atomowych; jest bardzo gęsty i hamuje dyfuzję tlenu do leżącego pod nim metalu. W przeciwieństwie do tego żelazo tworzy bardziej porowaty tlenek, przez który może migrować tlen, powodując ciągłe rdzewienie . Pasywację można wzmocnić przez krótki kontakt z kwasami utleniającymi, takimi jak kwas azotowy . Chrom pasywowany jest odporny na kwasy. Pasywację można usunąć silnym środkiem redukującym, który niszczy ochronną warstwę tlenku na metalu. Chrom metaliczny potraktowany w ten sposób łatwo rozpuszcza się w słabych kwasach.

Chrom, w przeciwieństwie do żelaza i niklu, nie ulega kruchości wodorowej . Jednak cierpi z powodu kruchości azotu , reagując z azotem z powietrza i tworząc kruche azotki w wysokich temperaturach niezbędnych do obróbki części metalowych.

izotopy

Naturalnie występujący chrom składa się z czterech stabilnych izotopów ; 50 Cr, 52 Cr, 53 Cr i 54 Cr, przy czym 52 Cr jest najbardziej obfite (83,789% naturalnej obfitości ). 50 Cr jest stabilny obserwacyjnie , ponieważ teoretycznie może rozpadać się do 50 Ti poprzez podwójne wychwytywanie elektronów z okresem półtrwania nie mniejszym niż 1,3 × 1018 lat. Scharakteryzowano dwadzieścia pięć radioizotopów , w zakresie od 42 Cr do 70 Cr; najbardziej stabilnym radioizotopem jest 51 Cr z okresem półtrwania 27,7 dni. Wszystkie pozostałe izotopy promieniotwórcze mają okres półtrwania krótszy niż 24 godziny, a większość mniej niż 1 minutę. Chrom ma również dwa metastabilne izomery jądrowe .

53 Cr jest produktem rozpadu radiogennego 53 Mn (okres półtrwania 3,74 miliona lat). Izotopy chromu są zazwyczaj kolokowane (i mieszane) z izotopami manganu . Ta okoliczność jest przydatna w geologii izotopowej . Stosunki izotopów manganu i chromu wzmacniają dowody z 26 Al i 107 Pd dotyczące wczesnej historii Układu Słonecznego . Wahania stosunków 53 Cr/ 52 Cr i Mn/Cr z kilku meteorytów wskazują na początkowy stosunek 53 Mn/ 55 Mn, co sugeruje, że skład izotopowy Mn-Cr musi wynikać z rozpadu in-situ 53 Mn w zróżnicowanych ciałach planetarnych. Stąd 53 Cr dostarcza dodatkowych dowodów na procesy nukleosyntezy bezpośrednio przed koalescencją Układu Słonecznego.

Izotopy chromu mają masę atomową od 43  u ( 43 Cr) do 67 u ( 67 Cr). Podstawowym trybem rozpadu przed najobficiej występującym stabilnym izotopem, 52 Cr, jest wychwytywanie elektronów , a podstawowym trybem po nim jest rozpad beta . 53 Cr został uznany za wskaźnik zastępczy stężenia tlenu w atmosferze.

Chemia i związki

Diagram Pourbaix dla chromu w czystej wodzie, kwasie nadchlorowym lub wodorotlenku sodu

Chrom należy do grupy 6 metali przejściowych . Stany +3 i +6 występują najczęściej w związkach chromu, a następnie +2; ładunki +1, +4 i +5 dla chromu są rzadkie, ale mimo to czasami występują.

Typowe stany utlenienia


Stany utleniania
−4 (re 10 ) Na 4 [Cr(CO) 4 ]
−2 (re 8 ) Na
2
[Cr(CO)
5
]
−1 (d 7 ) Na
2
[Kr
2
(WSPÓŁ)
10
]
0 (d 6 ) Cr(C
6
H
6
)
2
+1 (d 5 ) k
3
[Cr(CN)
5
NIE]
+2 (d 4 ) CrCl
2
+3 (d 3 ) CrCl
3
+4 (d 2 ) k
2
CrF
6
+5 (d 1 ) k
3
Cr(O
2
)
4
+6 (d 0 ) k
2
CrO
4

Chrom(0)

Znanych jest wiele kompleksów Cr(0). Bis (benzen) chrom i heksakarbonyl chromu to najważniejsze elementy chemii chromoorganicznej .

Chrom(II)

Węglik chromu(II) (Cr 3 C 2 )

Związki chromu (II) są rzadkie, po części dlatego, że łatwo utleniają się w powietrzu do pochodnych chromu (III). Wodoodporny chlorek chromu(II) CrCl
2
które można otrzymać przez redukcję chlorku chromu (III) cynkiem. Otrzymany jasnoniebieski roztwór utworzony z rozpuszczenia chlorku chromu (II) jest stabilny w obojętnym pH . Niektóre inne godne uwagi związki chromu (II) obejmują tlenek chromu (II) CrO i siarczan chromu (II) CrSO
4
. Znanych jest wiele karboksylanów chromu (II). Czerwony octan chromu(II) (Cr 2 (O 2 CCH 3 ) 4 ) jest dość znany. Posiada poczwórne wiązanie Cr-Cr .

Chrom(III)

Bezwodny chlorek chromu(III) (CrCl 3 )

Znanych jest wiele związków chromu (III), takich jak azotan chromu (III) , octan chromu (III) i tlenek chromu (III) . Chrom(III) można otrzymać przez rozpuszczenie chromu elementarnego w kwasach, takich jak kwas solny lub kwas siarkowy , ale można go również wytworzyć poprzez redukcję chromu(VI) przez cytochrom c7 . Kr _3+
jon ma podobny promień (63  pm ) do Al3+
(promień 50 pm) i mogą zastępować się nawzajem w niektórych związkach, takich jak ałun chromowy i ałun .

Chrom (III) ma tendencję do tworzenia oktaedrycznych kompleksów. Dostępny w handlu hydrat chlorku chromu(III) to ciemnozielony kompleks [CrCl 2 (H 2 O) 4 ]Cl. Blisko spokrewnionymi związkami są bladozielone [CrCl(H 2 O) 5 ]Cl 2 i fioletowe [Cr(H 2 O) 6 ]Cl 3 . Jeśli bezwodny fioletowy chlorek chromu (III) rozpuści się w wodzie, fioletowy roztwór po pewnym czasie zmieni kolor na zielony, ponieważ chlorek w wewnętrznej sferze koordynacyjnej zostanie zastąpiony wodą. Ten rodzaj reakcji obserwuje się również w przypadku roztworów ałunu chromowego i innych rozpuszczalnych w wodzie soli chromu (III). Tetraedryczną koordynację chromu (III) opisano dla anionu Keggina z centrum Cr [α-CrW 12 O 40 ] 5– .

Wodorotlenek chromu(III) (Cr(OH) 3 ) jest amfoteryczny , rozpuszczając się w roztworach kwaśnych tworzy [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ , aw roztworach zasadowych tworzy [Cr(OH)
6
]3−
. Jest odwadniany przez ogrzewanie, tworząc zielony tlenek chromu(III) (Cr 2 O 3 ), stabilny tlenek o strukturze krystalicznej identycznej jak korund .

Chrom(VI)

Związki chromu(VI) są utleniaczami przy niskim lub obojętnym pH. Aniony chromianowe ( CrO2−
4
) i aniony dwuchromianowe (Cr 2 O 7 2− ) są głównymi jonami na tym stopniu utlenienia. Istnieją w równowadze, określonej przez pH:

2 [CrO 4 ] 2− + 2 H + ⇌ [Cr 2 O 7 ] 2− + H 2 O

Tlenohalogenki chromu(VI) są również znane i obejmują fluorek chromylu ( CrO 2 F 2 ) i chlorek chromylu ( CrO
2
Kl
2
). Jednak pomimo kilku błędnych twierdzeń, sześciofluorek chromu (jak również wszystkie wyższe heksahalogenki) pozostaje nieznany od 2020 r.

Tlenek chromu(VI).

Chromian sodu jest produkowany przemysłowo przez utleniające prażenie rudy chromitu węglanem sodu . Zmiana równowagi jest widoczna po zmianie koloru z żółtego (chromian) na pomarańczowy (dichromian), na przykład po dodaniu kwasu do obojętnego roztworu chromianu potasu . Przy jeszcze niższych wartościach pH możliwa jest dalsza kondensacja do bardziej złożonych oksyanionów chromu.

Zarówno aniony chromianowe, jak i dichromianowe są silnymi odczynnikami utleniającymi przy niskim pH:

Kr
2
O2−
7
+ 14 godz
3
O+
+ 6 e → 2 Kr3+
+ 21 godz
2
O
(ε0 = 1,33 V)

Są jednak tylko umiarkowanie utleniające przy wysokim pH:

CrO2−
4
+ 4 godz
2
O
+ 3 e Cr(OH)
3
+ 5 O.O
( ε0 = −0,13 V)
Chromian sodu (Na 2 CrO 4 )

Związki chromu(VI) w roztworze można wykryć dodając kwaśny roztwór nadtlenku wodoru . Powstaje nietrwały ciemnoniebieski nadtlenek chromu(VI) (CrO 5 ), który można stabilizować jako addukt eterowy CrO
5
·LUB
2
.

Kwas chromowy ma hipotetyczny wzór H
2
CrO
4
. Jest to niejasno opisana substancja chemiczna, pomimo znanych wielu dobrze zdefiniowanych chromianów i dichromianów. Ciemnoczerwony tlenek chromu (VI) CrO
3
, bezwodnik kwasowy kwasu chromowego, jest sprzedawany na skalę przemysłową jako „kwas chromowy”. Może być wytwarzany przez zmieszanie kwasu siarkowego z dichromianem i jest silnym utleniaczem.

Inne stopnie utlenienia

Związki chromu (V) są raczej rzadkie; stopień utlenienia +5 jest realizowany tylko w kilku związkach, ale są półproduktami w wielu reakcjach obejmujących utlenianie przez chromian. Jedynym związkiem dwuskładnikowym jest lotny fluorek chromu(V) (CrF 5 ). To czerwone ciało stałe ma temperaturę topnienia 30°C i temperaturę wrzenia 117°C. Można go wytworzyć przez obróbkę chromu metalicznego fluorem w temperaturze 400 ° C i pod ciśnieniem 200 barów. Nadtlenochromian (V) to kolejny przykład stopnia utlenienia +5. Nadtlenochromian potasu (K 3 [Cr(O 2 ) 4 ]) powstaje w reakcji chromianu potasu z nadtlenkiem wodoru w niskich temperaturach. Ten czerwono-brązowy związek jest stabilny w temperaturze pokojowej, ale rozkłada się samorzutnie w temperaturze 150–170 ° C.

Związki chromu (IV) są nieco bardziej powszechne niż związki chromu (V). Tetrahalogenki CrF 4 , CrCl 4 i CrBr 4 można wytworzyć przez obróbkę trihalogenków ( CrX
3
) z odpowiednim halogenem w podwyższonych temperaturach. Takie związki są podatne na reakcje dysproporcjonowania i nie są trwałe w wodzie. Znane są również związki organiczne zawierające stan Cr(IV), takie jak tetrat-butanolan chromu .

Większość związków chromu(I) otrzymuje się wyłącznie przez utlenianie bogatych w elektrony, oktaedrycznych kompleksów chromu(0). Inne kompleksy chromu (I) zawierają ligandy cyklopentadienylowe . Jak zweryfikowano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej , opisano również pięciokrotne wiązanie Cr-Cr (długość 183,51 (4) µm). Niezwykle masywne jednokleszczowe ligandy stabilizują ten związek, osłaniając pięciokrotne wiązanie przed dalszymi reakcjami.

Związek chromu określony eksperymentalnie jako zawierający pięciokrotne wiązanie Cr-Cr

Występowanie

Krokoit (PbCrO 4 )
Ruda chromitu

Chrom jest 21. najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej ze średnim stężeniem 100 ppm. Związki chromu znajdują się w środowisku w wyniku erozji skał zawierających chrom i mogą być redystrybuowane w wyniku erupcji wulkanów. Typowe stężenia chromu w tle w mediach środowiskowych to: atmosfera <10 ng/m 3 ; gleba <500 mg/kg; roślinność <0,5 mg/kg; woda słodka <10 μg/L; woda morska <1 μg/L; osad <80 mg/kg. Chrom wydobywa się w postaci rudy chromitowej (FeCr 2 O 4 ).

Około dwóch piątych rud i koncentratów chromitu na świecie wydobywa się w Afryce Południowej, około jednej trzeciej w Kazachstanie, a znaczącymi producentami są również Indie, Rosja i Turcja. Niewykorzystane złoża chromitu są obfite, ale geograficznie skoncentrowane w Kazachstanie i południowej Afryce. Chociaż rzadkie, istnieją złoża rodzimego chromu. Rura Udachnaya w Rosji produkuje próbki rodzimego metalu. Ta kopalnia to fajka kimberlitowa , bogata w diamenty , a środowisko redukujące pomogło w produkcji zarówno elementarnego chromu, jak i diamentów.

Stosunek między Cr(III) a Cr(VI) silnie zależy od pH i właściwości oksydacyjnych miejsca. W większości przypadków dominującym gatunkiem jest Cr(III), ale na niektórych obszarach wody gruntowe mogą zawierać do 39 µg/L całkowitego chromu, z czego 30 µg/L to Cr(VI).

Historia

Wczesne aplikacje

Minerały chromu jako pigmenty zwróciły uwagę Zachodu w XVIII wieku. 26 lipca 1761 roku Johann Gottlob Lehmann znalazł pomarańczowo-czerwony minerał w kopalniach Beryozowskoje na Uralu, który nazwał czerwonym ołowiem syberyjskim . Minerał ten, choć błędnie zidentyfikowany jako związek ołowiu ze składnikami selenu i żelaza , był w rzeczywistości krokoitem o wzorze PbCrO 4 . W 1770 roku Peter Simon Pallas odwiedził to samo miejsce co Lehmann i znalazł minerał z czerwonego ołowiu, który, jak odkryto, miał użyteczne właściwości jako pigment w farbach . Po Pallas w całym regionie zaczęło szybko rozwijać się stosowanie syberyjskiego czerwonego ołowiu jako pigmentu do farb. Krokoit byłby głównym źródłem chromu w pigmentach aż do odkrycia chromitu wiele lat później.

Czerwony kolor rubinów wynika ze śladowych ilości chromu w korundach .

W 1794 roku Louis Nicolas Vauquelin otrzymał próbki rudy krokoitu . Wytworzył trójtlenek chromu (CrO 3 ) przez zmieszanie krokoitu z kwasem solnym . W 1797 roku Vauquelin odkrył, że może wyizolować metaliczny chrom, ogrzewając tlenek w piecu na węgiel drzewny, za co jest uznawany za tego, który naprawdę odkrył ten pierwiastek. Vauquelin był również w stanie wykryć ślady chromu w drogocennych kamieniach szlachetnych , takich jak rubin i szmaragd .

W XIX wieku chrom stosowano przede wszystkim nie tylko jako składnik farb, ale także w solach garbarskich . Przez długi czas głównym źródłem takich materiałów do garbowania był krokoit występujący w Rosji. W 1827 r. w pobliżu Baltimore w Stanach Zjednoczonych odkryto większe złoże chromitu , które szybko zaspokoiło zapotrzebowanie na sole garbujące znacznie lepiej niż stosowany wcześniej krokoit. To sprawiło, że Stany Zjednoczone były największym producentem wyrobów chromowych do roku 1848, kiedy to w pobliżu miasta Bursa w Turcji odkryto większe złoża chromitu . Wraz z rozwojem przemysłu metalurgicznego i chemicznego w świecie zachodnim wzrosło zapotrzebowanie na chrom.

Chrom słynie również z odblaskowego, metalicznego połysku po polerowaniu. Stosowany jest jako powłoka ochronna i dekoracyjna na częściach samochodowych, armaturze sanitarnej, elementach mebli i wielu innych przedmiotach, zwykle nakładana metodą galwaniczną . Chrom był używany do galwanizacji już w 1848 roku, ale to zastosowanie stało się powszechne dopiero po opracowaniu ulepszonego procesu w 1924 roku.

Produkcja

Kawałek chromu wytworzony w reakcji aluminotermicznej
Światowy trend produkcji chromu
Chrom, przetopiony w rafinatorze z łukiem poziomym, z widocznymi dużymi ziarnami kryształów

W 2013 roku wyprodukowano około 28,8 miliona ton metrycznych (Mt) nadającej się do sprzedaży rudy chromitu, która została przekształcona w 7,5 Mt żelazochromu. Według Johna F. Pappa, piszącego dla USGS, „żelazochrom jest wiodącym końcowym zastosowaniem rudy chromitu, [a] stal nierdzewna jest wiodącym końcowym zastosowaniem żelazochromu”.

Największymi producentami rudy chromu w 2013 roku były Republika Południowej Afryki (48%), Kazachstan (13%), Turcja (11%) i Indie (10%), a kilka innych krajów produkuje resztę około 18% świata produkcja.

Dwa główne produkty rafinacji rudy chromu to żelazochrom i metaliczny chrom. W przypadku tych produktów proces wytapiania rudy znacznie się różni. Do produkcji żelazochromu ruda chromitu (FeCr 2 O 4 ) jest redukowana na dużą skalę w elektrycznych piecach łukowych lub w mniejszych hutach z aluminium lub krzemem w reakcji aluminotermicznej .

Wydobycie rudy chromu w 2002 roku

Do produkcji czystego chromu żelazo musi zostać oddzielone od chromu w dwuetapowym procesie prażenia i ługowania. Rudę chromitu ogrzewa się mieszaniną węglanu wapnia i węglanu sodu w obecności powietrza. Chrom utlenia się do formy sześciowartościowej, podczas gdy żelazo tworzy stabilną postać Fe 2 O 3 . Późniejsze ługowanie w wyższych, podwyższonych temperaturach rozpuszcza chromiany i pozostawia nierozpuszczalny tlenek żelaza. Chromian jest przekształcany przez kwas siarkowy w dichromian.

4 FeCr 2 O 4 + 8 Na 2 CO 3 + 7 O 2 → 8 Na 2 CrO 4 + 2 Fe 2 O 3 + 8 CO 2
2 Na 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → Na 2 Cr 2 O 7 + Na 2 SO 4 + H 2 O

Dwuchromian jest przekształcany w tlenek chromu (III) przez redukcję węglem, a następnie redukowany w reakcji aluminotermicznej do chromu.

Na 2 Cr 2 O 7 + 2 C → Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 + CO
Cr 2 O 3 + 2 Al → Al 2 O 3 + 2 Kr

Aplikacje

Tworzenie stopów metali odpowiada za 85% wykorzystania dostępnego chromu. Pozostała część chromu jest wykorzystywana w przemyśle chemicznym , materiałach ogniotrwałych i odlewnictwie .

Metalurgia

Sztućce ze stali nierdzewnej wykonane z Cromargan 18/10, zawierające 18% chromu

Wzmacniający efekt tworzenia stabilnych węglików metali na granicach ziaren oraz silny wzrost odporności na korozję sprawiły, że chrom stał się ważnym materiałem stopowym dla stali. Szybkotnące stale narzędziowe zawierają od 3 do 5% chromu. Stal nierdzewna , główny stop metali odpornych na korozję, powstaje, gdy chrom jest wprowadzany do żelaza w stężeniu powyżej 11%. W celu wytworzenia stali nierdzewnej do stopionego żelaza dodaje się żelazochrom. Ponadto stopy na bazie niklu mają zwiększoną wytrzymałość dzięki tworzeniu się dyskretnych, stabilnych cząstek metalu węglików na granicach ziaren. Na przykład Inconel 718 zawiera 18,6% chromu. Ze względu na doskonałe właściwości wysokotemperaturowe tych nadstopów niklu są one stosowane w silnikach odrzutowych i turbinach gazowych zamiast typowych materiałów konstrukcyjnych. ASTM B163 opiera się na chromie w rurach skraplaczy i wymiennikach ciepła, podczas gdy odlewy o wysokiej wytrzymałości w podwyższonych temperaturach, które zawierają chrom, są znormalizowane zgodnie z ASTM A567. AISI typ 332 jest używany tam, gdzie wysoka temperatura normalnie spowodowałaby nawęglanie , utlenianie lub korozję . Incoloy 800 „jest w stanie zachować stabilność i zachować swoją austenityczną strukturę nawet po długotrwałym wystawieniu na działanie wysokich temperatur”. Nichrom jest używany jako drut oporowy do elementów grzejnych w tosterach i grzejnikach. Te zastosowania sprawiają, że chrom jest materiałem strategicznym . W rezultacie podczas II wojny światowej inżynierom drogowym w USA polecono unikanie chromu w żółtej farbie drogowej, ponieważ „może on stać się materiałem krytycznym w sytuacji awaryjnej”. Stany Zjednoczone również uważały chrom za „niezbędny dla niemieckiego przemysłu wojennego” i podjęły intensywne wysiłki dyplomatyczne, aby trzymać go z dala od rąk nazistowskich Niemiec .

Dekoracyjne chromowanie na motocyklu

Wysoka twardość i odporność na korozję niestopowego chromu sprawia, że ​​jest to niezawodny metal do powlekania powierzchni; jest nadal najpopularniejszym metalem do powlekania blach, charakteryzującym się ponadprzeciętną trwałością w porównaniu z innymi metalami do powlekania. Warstwę chromu osadza się na wstępnie obrobionych powierzchniach metalowych za pomocą technik galwanicznych . Istnieją dwie metody osadzania: cienka i gruba. Cienkie osadzanie obejmuje warstwę chromu o grubości poniżej 1 µm osadzonej przez chromowanie i jest stosowane na powierzchniach dekoracyjnych. Grubsze warstwy chromu są nakładane, jeśli potrzebne są powierzchnie odporne na zużycie. Obie metody wykorzystują kwaśne roztwory chromianu lub dichromianu . Aby zapobiec energochłonnej zmianie stopnia utlenienia, trwają prace nad zastosowaniem siarczanu chromu (III); w przypadku większości zastosowań chromu stosuje się wcześniej ustalony proces.

W procesie chromianowania konwersyjnego powlekania , silne właściwości utleniające chromianów są wykorzystywane do osadzania ochronnej warstwy tlenku na metalach takich jak aluminium, cynk i kadm. Ta pasywacja i samonaprawiające się właściwości chromianu zmagazynowanego w chromianowej powłoce konwersyjnej, który jest w stanie migrować do miejscowych defektów, to zalety tej metody powlekania. Ze względu na przepisy środowiskowe i zdrowotne dotyczące chromianów opracowywane są alternatywne metody powlekania.

Anodowanie kwasem chromowym (lub anodowanie typu I) aluminium to kolejny proces elektrochemiczny, który nie prowadzi do osadzania się chromu, ale wykorzystuje kwas chromowy jako elektrolit w roztworze. Podczas anodowania na aluminium tworzy się warstwa tlenku. Zastosowanie kwasu chromowego, zamiast zwykle stosowanego kwasu siarkowego, prowadzi do niewielkiej różnicy tych warstw tlenków. Wysoka toksyczność związków Cr(VI) stosowanych w znanym procesie galwanizacji chromu oraz zaostrzenie przepisów bezpieczeństwa i ochrony środowiska wymusza poszukiwanie substytutów chromu lub przynajmniej zamiany na mniej toksyczne związki chromu(III).

Pigment

Minerał krokoit (który jest również chromianem ołowiu PbCrO 4 ) został użyty jako żółty pigment wkrótce po jego odkryciu. Po udostępnieniu metody syntezy, zaczynając od bardziej rozpowszechnionego chromitu, żółcień chromowa była, obok żółcieni kadmowej , jednym z najczęściej używanych żółtych pigmentów. Pigment nie ulega fotodegradacji, ale ma tendencję do ciemnienia w wyniku tworzenia się tlenku chromu(III). Ma mocny kolor i był używany w autobusach szkolnych w Stanach Zjednoczonych oraz w usługach pocztowych (na przykład Deutsche Post ) w Europie. Od tego czasu stosowanie żółcieni chromowej spadło ze względów środowiskowych i bezpieczeństwa i zostało zastąpione pigmentami organicznymi lub innymi alternatywami, które nie zawierają ołowiu i chromu. Inne pigmenty oparte na chromie to na przykład głęboki odcień czerwieni pigmentu czerwień chromowa , który jest po prostu chromianem ołowiu z wodorotlenkiem ołowiu(II) (PbCrO 4 ·Pb(OH) 2 ). Bardzo ważnym pigmentem chromianowym, który był szeroko stosowany w formulacjach podkładów do metali, był chromian cynku, obecnie zastępowany fosforanem cynku. Podkład myjący został opracowany w celu zastąpienia niebezpiecznej praktyki wstępnej obróbki aluminiowych korpusów samolotów roztworem kwasu fosforowego. Zastosowano w nim tetroksychromian cynku zdyspergowany w roztworze poliwinylobutyralu . Tuż przed aplikacją dodawano 8% roztwór kwasu fosforowego w rozpuszczalniku. Stwierdzono, że niezbędnym składnikiem był łatwo utleniający się alkohol. Nałożono cienką warstwę o grubości około 10–15 µm, która po utwardzeniu zmieniła kolor z żółtego na ciemnozielony. Wciąż pozostaje pytanie o właściwy mechanizm. Zieleń chromowa to mieszanina błękitu pruskiego i żółcieni chromowej , podczas gdy zieleń chromowa to tlenek chromu (III) .

Tlenki chromu są również stosowane jako zielony pigment w szklarstwie, a także jako szkliwo do ceramiki. Zielony tlenek chromu jest wyjątkowo odporny na światło i jako taki jest stosowany w powłokach okładzinowych. Jest również głównym składnikiem farb odbijających podczerwień , używanych przez siły zbrojne do malowania pojazdów i nadawania im takiego samego współczynnika odbicia podczerwieni, jak zielone liście.

Inne zastosowania

Elementy oryginalnego lasera rubinowego.
Czerwony kryształ lasera rubinowego

Jony chromu(III) obecne w kryształach korundu (tlenku glinu) powodują ich zabarwienie na czerwono; kiedy korund pojawia się jako taki, jest znany jako rubin . Jeśli korundowi brakuje jonów chromu (III), nazywa się go szafirem . Sztuczny rubin w kolorze czerwonym można również uzyskać przez domieszkowanie chromu (III) do sztucznych kryształów korundu, co czyni chrom niezbędnym do wytwarzania syntetycznych rubinów. Taki syntetyczny kryształ rubinu był podstawą pierwszego lasera , wyprodukowanego w 1960 roku, który polegał na wymuszonej emisji światła z atomów chromu w takim krysztale. Rubin ma przejście laserowe przy 694,3 nanometrach, w kolorze głębokiej czerwieni.

Ze względu na swoją toksyczność sole chromu(VI) są stosowane do konserwacji drewna. Na przykład chromianowany arsenian miedzi (CCA) jest stosowany w obróbce drewna w celu ochrony drewna przed grzybami rozkładającymi, atakującymi drewno owadami, w tym termitami i świderami morskimi. Preparaty zawierają chrom na bazie tlenku CrO 3 od 35,3% do 65,5%. W Stanach Zjednoczonych w 1996 roku zużyto 65 300 ton metrycznych roztworu CCA.

Sole chromu(III), zwłaszcza ałun chromu i siarczan chromu(III) , są stosowane w garbowaniu skór . Chrom(III) stabilizuje skórę poprzez sieciowanie włókien kolagenowych . Skóra garbowana chromem może zawierać od 4 do 5% chromu, który jest ściśle związany z białkami. Chociaż forma chromu używana do garbowania nie jest toksyczną odmianą sześciowartościową, nadal istnieje zainteresowanie zarządzaniem chromem w przemyśle garbarskim. Odzysk i ponowne użycie, bezpośredni/pośredni recykling oraz garbowanie „bezchromowe” lub „bezchromowe” są praktykowane w celu lepszego zarządzania zużyciem chromu.

Wysoka rezystywność cieplna i wysoka temperatura topnienia sprawiają, że chromit i tlenek chromu (III) są materiałem do zastosowań ogniotrwałych w wysokich temperaturach, takich jak wielkie piece , piece cementowe , formy do wypalania cegieł oraz jako masy formierskie do odlewania metali. W tych zastosowaniach materiały ogniotrwałe są wykonane z mieszanin chromitu i magnezytu. Stosowanie spada ze względu na przepisy środowiskowe ze względu na możliwość powstawania chromu(VI).

Kilka związków chromu stosuje się jako katalizatory do przetwarzania węglowodorów. Na przykład katalizator Phillipsa , przygotowany z tlenków chromu, jest wykorzystywany do produkcji około połowy polietylenu na świecie . Mieszane tlenki Fe-Cr są stosowane jako katalizatory wysokotemperaturowe w reakcji konwersji gazu wodnego . Chromit miedzi jest użytecznym katalizatorem uwodorniania .

W humistorach stosowane są chromiany metali .

Zastosowania związków

Rola biologiczna

Biologicznie korzystne działanie chromu (III) jest przedmiotem dyskusji. Chrom jest akceptowany przez amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia jako pierwiastek śladowy ze względu na jego rolę w działaniu insuliny , hormonu, który pośredniczy w metabolizmie i magazynowaniu węglowodanów, tłuszczu i białka. Mechanizm jego działania w organizmie nie został jednak określony, pozostawiając pod znakiem zapytania niezbędność chromu.

Natomiast chrom sześciowartościowy (Cr(VI) lub Cr 6+ ) jest wysoce toksyczny i mutagenny . Spożycie chromu (VI) w wodzie zostało powiązane z nowotworami żołądka, a także może powodować alergiczne kontaktowe zapalenie skóry (ACD).

Niedobór chromu ”, polegający na braku Cr(III) w organizmie, a może jakiegoś jego kompleksu, np. czynnika tolerancji glukozy , budzi kontrowersje. Niektóre badania sugerują, że biologicznie aktywna forma chromu (III) jest transportowana w organizmie przez oligopeptyd zwany substancją wiążącą chrom o niskiej masie cząsteczkowej (LMWCr), który może odgrywać rolę w szlaku sygnałowym insuliny.

Zawartość chromu w typowych produktach spożywczych jest na ogół niska (1-13 mikrogramów na porcję). Zawartość chromu w żywności jest bardzo zróżnicowana ze względu na różnice w zawartości minerałów w glebie, okresie wegetacji, odmianach roślin i zanieczyszczeniu podczas przetwarzania. Chrom (i nikiel ) przedostają się do potraw gotowanych w stali nierdzewnej, a efekt jest największy, gdy naczynia są nowe. Kwaśne potrawy, które są gotowane przez wiele godzin, również pogarszają ten efekt.

Zalecenia dietetyczne

Nie ma zgody co do statusu chromu jako niezbędnego składnika odżywczego. Departamenty rządowe z Australii, Nowej Zelandii, Indii, Japonii i Stanów Zjednoczonych uważają chrom za niezbędny, podczas gdy Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) w Unii Europejskiej nie.

Amerykańska Narodowa Akademia Medyczna (NAM) zaktualizowała szacunkowe średnie zapotrzebowanie (EAR) i zalecane dzienne spożycie (RDA) dla chromu w 2001 r. W przypadku chromu nie było wystarczających informacji, aby ustalić EAR i RDA, więc jego potrzeby są opisane jako szacunkowe dla odpowiedniego spożycia (AI). Obecne AI chromu dla kobiet w wieku od 14 do 50 lat wynosi 25 μg dziennie, a AI dla kobiet w wieku 50 lat i starszych wynosi 20 μg dziennie. AI dla kobiet w ciąży to 30 μg/dzień, a dla kobiet karmiących piersią ustalone AI to 45 μg/dzień. AI dla mężczyzn w wieku od 14 do 50 lat to 35 μg dziennie, a AI dla mężczyzn w wieku 50 lat i starszych to 30 μg dziennie. W przypadku dzieci w wieku od 1 do 13 lat AI wzrasta wraz z wiekiem od 0,2 μg dziennie do 25 μg dziennie. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, NAM ustala tolerowane górne poziomy spożycia (UL) dla witamin i minerałów, gdy dowody są wystarczające. W przypadku chromu nie ma jeszcze wystarczających informacji, stąd brak UL. Łącznie EAR, RDA, AI i UL to parametry systemu zaleceń żywieniowych znanego jako referencyjna dieta (DRI). Australia i Nowa Zelandia uważają chrom za niezbędny składnik odżywczy, którego AI wynosi 35 μg dziennie dla mężczyzn, 25 μg dziennie dla kobiet, 30 μg dziennie dla kobiet w ciąży i 45 μg dziennie dla kobiet karmiących piersią . UL nie został ustawiony z powodu braku wystarczających danych. Indie uważają chrom za niezbędny składnik odżywczy, przy czym zalecane spożycie dla osoby dorosłej wynosi 33 μg dziennie. Japonia uważa również chrom za niezbędny składnik odżywczy, którego AI wynosi 10 μg dziennie dla dorosłych, w tym kobiet w ciąży lub karmiących. UL nie został ustawiony. EFSA Unii Europejskiej nie uważa jednak chromu za niezbędny składnik odżywczy; chrom jest jedynym minerałem, co do którego Stany Zjednoczone i Unia Europejska nie zgadzają się.

Etykietowanie

Do celów etykietowania żywności i suplementów diety w USA ilość substancji w porcji jest wyrażana jako procent dziennej wartości (%DV). Dla celów etykietowania chromu 100% dziennej wartości wynosiło 120 μg. Od 27 maja 2016 r. Wartość procentowa dziennej wartości została skorygowana do 35 μg, aby doprowadzić spożycie chromu do konsensusu z oficjalnym zalecanym spożyciem . Tabela starych i nowych wartości dziennych dla dorosłych znajduje się na stronie Referencyjne dzienne spożycie .

Źródła jedzenia

Bazy danych składu żywności, takie jak te prowadzone przez Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych, nie zawierają informacji o zawartości chromu w żywności. Szeroka gama pokarmów pochodzenia zwierzęcego i roślinnego zawiera chrom. Na zawartość w porcji ma wpływ zawartość chromu w glebie, w której uprawiane są rośliny, środki spożywcze podawane zwierzętom oraz metody przetwarzania, ponieważ chrom jest wypłukiwany z żywności, jeśli jest przetwarzany lub gotowany w urządzeniach ze stali nierdzewnej. Jedno badanie analizy diety przeprowadzone w Meksyku wykazało średnie dzienne spożycie chromu na poziomie 30 mikrogramów. Szacuje się, że 31% dorosłych w Stanach Zjednoczonych spożywa multiwitaminowe/mineralne suplementy diety, które często zawierają od 25 do 60 mikrogramów chromu.

Suplementacja

Chrom jest składnikiem całkowitego żywienia pozajelitowego (TPN), ponieważ niedobór może wystąpić po miesiącach karmienia dożylnego bezchromową TPN. Dodawany jest również do produktów żywieniowych dla wcześniaków . Chociaż mechanizm działania chromu w rolach biologicznych jest niejasny, w Stanach Zjednoczonych produkty zawierające chrom są sprzedawane jako suplementy diety dostępne bez recepty w ilościach od 50 do 1000 μg. Mniejsze ilości chromu są również często włączane do suplementów multiwitaminowych / mineralnych spożywanych przez około 31% dorosłych w Stanach Zjednoczonych. Związki chemiczne stosowane w suplementach diety obejmują chlorek chromu, cytrynian chromu, pikolinian chromu (III), polinikotynian chromu(III) i inne kompozycje chemiczne. Korzyści z suplementów nie zostały udowodnione.

Zatwierdzone i odrzucone oświadczenia zdrowotne

W 2005 roku amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (Food and Drug Administration) zatwierdziła kwalifikowane oświadczenie zdrowotne dotyczące pikolinianu chromu z wymogiem bardzo szczegółowego sformułowania na etykiecie: „Jedno małe badanie sugeruje, że pikolinian chromu może zmniejszać ryzyko insulinooporności, a zatem prawdopodobnie może zmniejszać ryzyko cukrzycy typu 2. FDA stwierdza jednak, że istnienie takiego związku między pikolinianem chromu a insulinoopornością lub cukrzycą typu 2 jest wysoce niepewne”. Jednocześnie, w odpowiedzi na inne części petycji, FDA odrzuciła roszczenia dotyczące pikolinianu chromu i chorób sercowo-naczyniowych, retinopatii lub chorób nerek spowodowanych nienormalnie wysokim poziomem cukru we krwi. W 2010 roku pikolinian chromu(III) został dopuszczony przez Health Canada do stosowania w suplementach diety. Zatwierdzone stwierdzenia na etykiecie obejmują: czynnik utrzymania dobrego stanu zdrowia, zapewnia wsparcie zdrowego metabolizmu glukozy, pomaga organizmowi w metabolizowaniu węglowodanów oraz pomaga organizmowi w metabolizowaniu tłuszczów. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) zatwierdził w 2010 r. twierdzenia, że ​​chrom przyczynia się do prawidłowego metabolizmu makroskładników odżywczych i utrzymania prawidłowego stężenia glukozy we krwi, ale odrzucił twierdzenia dotyczące utrzymania lub osiągnięcia prawidłowej masy ciała lub zmniejszenia zmęczenia lub znużenia.

Biorąc pod uwagę dowody na to, że niedobór chromu powoduje problemy z zarządzaniem glukozą w kontekście produktów do żywienia dożylnego formułowanych bez chromu, zainteresowanie badaczy zwróciło się w kierunku korzyści z suplementacji chromu u osób z cukrzycą typu 2, ale bez niedoboru chromu. Analizując wyniki czterech metaanaliz, w jednej z nich stwierdzono statystycznie istotny spadek stężenia glukozy w osoczu na czczo (FPG) oraz nieistotną tendencję w zakresie niższego poziomu hemoglobiny A1C . Drugi zgłosił to samo, trzeci zgłosił znaczne spadki w przypadku obu środków, a czwarty nie zgłosił żadnych korzyści dla żadnego z nich. W przeglądzie opublikowanym w 2016 roku wymieniono 53 randomizowane badania kliniczne , które zostały uwzględnione w jednej lub więcej z sześciu metaanaliz . Stwierdzono, że chociaż w niektórych z tych metaanaliz mogą występować niewielkie spadki FPG i/lub HbA1C, które osiągają istotność statystyczną, w niewielu badaniach osiągnięto spadki na tyle duże, aby można było oczekiwać, że będą miały znaczenie dla wyniku klinicznego.

Dwa systematyczne przeglądy dotyczyły suplementów chromu jako sposobu kontrolowania masy ciała u osób z nadwagą i otyłością. Jeden, ograniczony do pikolinianu chromu , popularnego składnika suplementów, odnotował statystycznie istotną utratę wagi -1,1 kg (2,4 funta) w badaniach trwających ponad 12 tygodni. Drugi zawierał wszystkie związki chromu i odnotował statystycznie istotną zmianę masy -0,50 kg (1,1 funta). Zmiana procentowej tkanki tłuszczowej nie osiągnęła istotności statystycznej. Autorzy obu przeglądów uznali znaczenie kliniczne tej niewielkiej utraty wagi za niepewne/niewiarygodne. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności dokonał przeglądu literatury i stwierdził, że nie ma wystarczających dowodów na poparcie twierdzenia.

Chrom jest promowany jako suplement diety dla sportowców, w oparciu o teorię, że wzmaga działanie insuliny, z przewidywanymi wynikami wzrostu masy mięśniowej i szybszej regeneracji zapasów glikogenu podczas regeneracji powysiłkowej. Przegląd badań klinicznych wykazał, że suplementacja chromem nie poprawiła wyników ćwiczeń ani nie zwiększyła siły mięśni. Międzynarodowy Komitet Olimpijski dokonał przeglądu suplementów diety dla wyczynowych sportowców w 2018 roku i stwierdził, że nie ma potrzeby zwiększania spożycia chromu u sportowców ani potwierdzania twierdzeń o utracie tkanki tłuszczowej.

Ryby słodkowodne

Chrom jest naturalnie obecny w środowisku w śladowych ilościach, ale zastosowanie przemysłowe w produkcji gumy i stali nierdzewnej, chromowaniu, barwnikach do tekstyliów, garbarniach i innych zastosowaniach zanieczyszcza systemy wodne. W Bangladeszu rzeki w obszarach uprzemysłowionych lub poniżej nich są skażone metalami ciężkimi. Standardy wody do nawadniania dla chromu wynoszą 0,1 mg/l, ale w niektórych rzekach jest to ponad pięć razy więcej. Norma dla ryb przeznaczonych do spożycia przez ludzi to mniej niż 1 mg/kg, ale w wielu testowanych próbkach było ponad pięć razy więcej. Chrom, zwłaszcza chrom sześciowartościowy, jest wysoce toksyczny dla ryb, ponieważ jest łatwo wchłaniany przez skrzela, łatwo przenika do krwioobiegu, przenika przez błony komórkowe i biokoncentruje się w górę łańcucha pokarmowego. W przeciwieństwie do tego, toksyczność trójwartościowego chromu jest bardzo niska, co przypisuje się słabej przepuszczalności membrany i niewielkiemu biomagnifikacji.

Ostre i przewlekłe narażenie na chrom(VI) wpływa na zachowanie, fizjologię, reprodukcję i przeżycie ryb. W zanieczyszczonym środowisku zgłaszano nadpobudliwość i nieregularne pływanie. Wpływa to na wylęganie się jaj i przeżywalność piskląt. U dorosłych ryb istnieją doniesienia o histopatologicznym uszkodzeniu wątroby, nerek, mięśni, jelit i skrzeli. Mechanizmy obejmują mutagenne uszkodzenia genów i zakłócenia funkcji enzymów.

Istnieją dowody na to, że ryby mogą nie wymagać chromu, ale czerpią korzyści z odmierzonej ilości w diecie. W jednym badaniu młode ryby przybrały na wadze na diecie bezchromowej, ale dodanie 500 μg chromu w postaci chlorku chromu lub innych rodzajów suplementów na kilogram pokarmu (suchej masy) zwiększyło przyrost masy ciała. Przy 2000 μg/kg przyrost masy ciała nie był lepszy niż przy diecie bezchromowej, a ponadto występowało zwiększone pękanie nici DNA.

Środki ostrożności

Nierozpuszczalne w wodzie związki chromu(III) i chrom metaliczny nie są uważane za zagrożenie dla zdrowia, natomiast toksyczność i właściwości rakotwórcze chromu(VI) są znane od dawna. Ze względu na specyficzne mechanizmy transportu , do komórek dostaje się tylko ograniczona ilość chromu(III). Ostra toksyczność doustna wynosi od 50 do 150 mg/kg. Przegląd z 2008 roku sugerował, że umiarkowane wchłanianie chromu (III) poprzez suplementy diety nie stwarza ryzyka toksyczności genetycznej. W Stanach Zjednoczonych Urząd ds. Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA) wyznaczył dopuszczalną wartość graniczną narażenia na powietrze (PEL) w miejscu pracy jako średnią ważoną w czasie (TWA) wynoszącą 1 mg/m 3 . Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (NIOSH) ustalił zalecaną wartość graniczną narażenia (REL) na 0,5 mg/m 3 , średnią ważoną w czasie. Wartość IDLH (bezpośrednio niebezpieczna dla życia i zdrowia) wynosi 250 mg/m 3 .

Toksyczność chromu(VI).

Ostra toksyczność doustna chromu(VI) wynosi od 1,5 do 3,3 mg/kg . W organizmie chrom(VI) jest redukowany za pomocą kilku mechanizmów do chromu(III) już we krwi, zanim dostanie się on do komórek. Chrom(III) jest wydalany z organizmu, natomiast jon chromianowy jest przenoszony do komórki za pomocą mechanizmu transportowego, poprzez który do komórki dostają się również jony siarczanowe i fosforanowe . Ostra toksyczność chromu (VI) wynika z jego silnych właściwości utleniających . Po dostaniu się do krwioobiegu uszkadza nerki, wątrobę i komórki krwi poprzez reakcje utleniania. Hemoliza , niewydolność nerek i wątroby. Agresywna dializa może być terapeutyczna.

Rakotwórczość pyłu chromianowego była znana od dawna, aw 1890 roku w pierwszej publikacji opisano podwyższone ryzyko zachorowania na raka u pracowników firmy produkującej barwniki chromianowe . Zaproponowano trzy mechanizmy opisujące genotoksyczność chromu(VI). Pierwszy mechanizm obejmuje wysoce reaktywne rodniki hydroksylowe i inne reaktywne rodniki będące produktami ubocznymi redukcji chromu(VI) do chromu(III). Drugi proces obejmuje bezpośrednie wiązanie chromu (V), wytwarzanego w procesie redukcji w komórce, oraz związków chromu (IV) z DNA . Ostatni mechanizm przypisywał genotoksyczność wiązaniu z DNA końcowego produktu redukcji chromu(III).

Sole chromu (chromiany) są również przyczyną reakcji alergicznych u niektórych osób. Chromiany są często wykorzystywane do produkcji m.in. wyrobów skórzanych, farb, cementu, zapraw i środków antykorozyjnych. Kontakt z produktami zawierającymi chromiany może prowadzić do alergicznego kontaktowego zapalenia skóry i podrażnieniowego zapalenia skóry, skutkującego owrzodzeniami skóry, czasami określanymi jako „owrzodzenia chromowe”. Ten stan często występuje u pracowników, którzy byli narażeni na działanie silnych roztworów chromianowych u producentów zajmujących się galwanizacją, garbowaniem i produkcją chromu.

Kwestie ochrony środowiska

Ponieważ związki chromu były stosowane w barwnikach , farbach i związkach do garbowania skóry , związki te często znajdują się w glebie i wodach gruntowych w aktywnych i opuszczonych obszarach przemysłowych, wymagających oczyszczenia i rekultywacji środowiska . Farba podkładowa zawierająca sześciowartościowy chrom jest nadal szeroko stosowana w przemyśle lotniczym i samochodowym .

W 2010 roku Environmental Working Group zbadała wodę pitną w 35 amerykańskich miastach w ramach pierwszego ogólnokrajowego badania. Badanie wykazało mierzalną zawartość sześciowartościowego chromu w wodzie wodociągowej w 31 miastach, z których pobrano próbki, z Norman w stanie Oklahoma na szczycie listy; 25 miast miało poziomy przekraczające proponowany limit Kalifornii.

Bardziej toksyczna forma sześciowartościowego chromu może zostać zredukowana do mniej rozpuszczalnego trójwartościowego stopnia utlenienia w glebie przez materię organiczną, żelazo, siarczki i inne środki redukujące, przy czym tempo takiej redukcji jest szybsze w warunkach bardziej kwaśnych niż w bardziej zasadowych. W przeciwieństwie do tego trójwartościowy chrom można utlenić do sześciowartościowego chromu w glebie za pomocą tlenków manganu, takich jak związki Mn (III) i Mn (IV). Ponieważ rozpuszczalność i toksyczność chromu (VI) są większe niż chromu (III), konwersje oksydacyjno-redukujące między dwoma stopniami utlenienia mają wpływ na ruch i biodostępność chromu w glebie, wodach gruntowych i roślinach.

Notatki

  1. ^ Temperatura topnienia / wrzenia metali przejściowych jest zwykle wyższa w porównaniu z metalami alkalicznymi, metalami ziem alkalicznych i niemetalami, dlatego zakres pierwiastków w porównaniu z chromem różnił się między porównaniami
  2. ^ Najczęstsze stopnie utlenienia chromu są pogrubione. Prawa kolumna zawiera reprezentatywny związek dla każdego stopnia utlenienia.
  3. ^ Każdy kolor korundu (pomijając czerwony) jest znany jako szafir. Jeśli korund jest czerwony, to jest to rubin. Szafiry nie muszą być niebieskimi kryształami korundu, ponieważ szafiry mogą mieć inne kolory, takie jak żółty i fioletowy
  4. ^ Kiedy Kr3+
    zastępuje Al3+
    w korundie (tlenek glinu, Al 2 O 3 ) powstaje różowy szafir lub rubin , w zależności od ilości chromu.

Bibliografia

Bibliografia ogólna

Linki zewnętrzne