24 Cr كروم 51.996
فلز انتقالي المستوى الفرعي d الدورة 4 المجموعة 6

كروم

Cr · العنصر 24 · فلز انتقالي

العنصر الذي يمنح الكروم لمعانه، ويمنح الفولاذ المقاوم للصدأ صفة «المقاومة للصدأ».

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 51.996 u
التوزيع الإلكتروني[Ar] 3d⁵ 4s¹
23V كل العناصر الـ118 25Mn

البنية

ذرة كروم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع كروم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 7.15 g/cm³ 44%
نقطة الانصهار 2180 K 86%
نقطة الغليان 2944 K 58%
الحرارة النوعية 0.449 J/g·K
الموصلية الحرارية 93.9 W/m·K 80%

الذرية

نصف القطر الذري 128 pm 20%
نصف القطر التساهمي 139 pm
نصف قطر فان دير فالس 189 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.66 55%
طاقة التأين 653.2 kJ/mol 44%
الألفة الإلكترونية 65.2 kJ/mol 55%

الوجود

الوفرة في القشرة 102 mg/kg 83%

الهوية

الرمزCr
العدد الذري24
الكتلة الذرية51.9961 u
الفئةفلز انتقالي
المستوى الفرعيd
البنية البلوريةمكعب مركزي الجسم
حالات الأكسدة-2, -1, 0, +2, +3, +4, +5, +6
سنة الاكتشاف1797
اكتشفهLouis-Nicolas Vauquelin

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة كروم؟

نصف القطر 128 pm — أي 0.128 nm، ولذلك فإن نحو 3.91 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون كروم سائلًا ضمن مجال 764 K، من 2180 K إلى 2944 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع كروم في الدورة 4، والمجموعة 6. تشترك جميع العناصر في المجموعة 6 في العدد نفسه من الإلكترونات الخارجية، ولذلك تتصرف بطريقة متشابهة جدًا.

عناصر الفلزات الانتقالية الأخرى

21Sc 22Ti 23V 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh
جميع عناصر الفلزات الانتقالية

القصة

ماهيّة كروم وكيف اكتشفناه

الكروم هو العنصر الذي يضفي «الكروم» على كل ما يلمع، ويجعل الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومًا للصدأ حقًا. هذا الفلز الانتقالي الصلب اللامع ضروري لكل من الجمال والقوة في الحياة الحديثة. يأتي الاسم من الكلمة اليونانية «chroma» التي تعني اللون، لأن مركبات الكروم تُنتج طيفًا مذهلًا من الألوان الزاهية، من الأخضر الزمردي إلى الأحمر الياقوتي إلى الأصفر الب brilliant. اكتشفه الكيميائي الفرنسي Louis-Nicolas Vauquelin عام 1797 أثناء تحليله معدنًا أحمر غامضًا من سيبيريا يُسمى الكروكويت، فأحدث الكروم ثورة في علم الفلزات والفن معًا. لاحظ Vauquelin أن هذا المعدن يُنتج أكسيدًا أخضر جميلًا لم يكن له مثيل معروف من قبل، مما أدى إلى اكتشاف عنصر جديد تمامًا. ما يجعل الكروم استثنائيًا للغاية هو قدرته على تكوين طبقة أكسيد فائقة الرقة وغير مرئية تحمي الفلز الموجود تحتها من التآكل. عند إضافة الكروم إلى الحديد لصنع الفولاذ المقاوم للصدأ، تجعل هذه الطبقة الواقية السبيكة شبه غير قابلة للتدمير أمام الصدأ والأحماض والعوامل الجوية. ولهذا يمكن تعقيم الأدوات الجراحية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ آلاف المرات، ولهذا أيضًا لا يزال تاج مبنى Chrysler ذي الطراز Art Deco يلمع بعد 90 عامًا. الكروم هو أيضًا السر وراء بعض أثمن الأحجار الكريمة في العالم. يأتي اللون الأحمر العميق في الياقوت من كميات ضئيلة من الكروم التي تحل محل الألومنيوم في بلورات الكوروندوم. وبالمثل، تحصل الزمردات على لونها الأخضر المذهل من شوائب الكروم (والفاناديوم) في بلورات البريل. ولولا الكروم لكانت هذه الأحجار الكريمة عديمة اللون. إليك أمرًا رائعًا: الكروم سداسي التكافؤ (Cr⁶⁺) شديد السمية ومسرطن، بينما الكروم ثلاثي التكافؤ (Cr³⁺) هو في الواقع عنصر غذائي أساسي يساعد الجسم على معالجة الجلوكوز والدهون. يوضح هذا كيف يمكن للعنصر نفسه أن يكون نافعًا وضارًا في آن واحد، تبعًا لشكله الكيميائي.

اكتشاف كروم

الاكتشاف المليء بالألوان

اكتشف Louis-Nicolas Vauquelin الكروم عام 1797 أثناء تحليله معدن الكروكويت (PbCrO₄) من مناجم الذهب السيبيرية. أثار اللون البرتقالي-الأحمر الزاهي للمعدن اهتمام Vauquelin، مما قاده إلى عزل عنصر فلزي جديد أطلق عليه اسم «chromium» نسبة إلى الكلمة اليونانية «chroma» التي تعني اللون، في إشارة إلى الألوان الزاهية لمركبات الكروم.

التطور الصناعي

بدأ الإنتاج التجاري للكروم باستخدام صهر الفيروكروم في تسعينيات القرن التاسع عشر، مما أتاح تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ. وقد أحدث اكتشاف Harry Brearley للفولاذ المقاوم للصدأ عام 1913 في شيفيلد بإنجلترا ثورة في الطلب على الكروم، وأرسى أساس علم فلزات الكروم الحديث.

الاستخدامات

استخدامات كروم

الكروم: صانع المرايا

يحوّل الكروم الفولاذ العادي إلى فولاذ مثالي مقاوم للصدأ، مع إنتاج المرايا اللامعة والتشطيبات الزخرفية التي تحدد المظهر الجمالي الحديث. تتيح الخصائص الفريدة لهذا الفلز الانتقالي كل شيء، من الأدوات الجراحية إلى الدروع الحرارية للمركبات الفضائية.

ثورة الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المحتوي على 16-26% من الكروم يُكوّن طبقات أكسيد واقية تلتئم ذاتيًا عند خدشها، مما يوفر مقاومة دائمة للتآكل. يتحمل الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 البيئات البحرية والمعالجة الكيميائية والتطبيقات الطبية بفضل خصائص التخميل التي يتمتع بها الكروم. يستهلك الإنتاج العالمي للفولاذ المقاوم للصدأ 85% من إمدادات الكروم، مما يتيح إنشاء بنية تحتية مقاومة للتآكل، من أجهزة المطبخ إلى المصانع الكيميائية.

طلاء الكروم الزخرفي

ترسّب عمليات الطلاء الكهربائي طبقات كروم فائقة الرقة (0.25-2.5 μm) تُنشئ تشطيبات شديدة اللمعان على زخارف السيارات وتجهيزات السباكة والأدوات المعدنية الزخرفية. يطبق الطلاء بالكروم الصلب ترسيبات أكثر سمكًا (25-250 μm) للتطبيقات الصناعية التي تتطلب مقاومة شديدة للتآكل، بما في ذلك الأسطوانات الهيدروليكية ومجاري أدوات الآلات وأسطوانات الطباعة.

التطبيقات الحرارية

تبطّن طوب الكروميت أفران الفولاذ وأحواض صهر الزجاج، وتتحمل درجات حرارة تتجاوز 1800°C مع مقاومة تآكل الخبث. تتيح المواد الحرارية من كروم-مغنسيت تشغيل أفران الأسمنت وصهر الفلزات غير الحديدية بفضل الثبات الحراري الاستثنائي والخمول الكيميائي لأكسيد الكروم.

تقنية الأصباغ

يوفر أخضر أكسيد الكروم (Cr₂O₃) لونًا دائمًا للسيراميك والدهانات والبلاستيك، مع ثبات استثنائي أمام الأشعة فوق البنفسجية ومقاومة كيميائية. تُنتج أصباغ كرومات الرصاص ألوانًا صفراء وبرتقالية زاهية للطلاءات الصناعية، رغم أن اللوائح البيئية تحد من استخدامها في تطبيقات متخصصة.

الكروم: أينما نظرت

  • المطبخ والمنزل
    • أجهزة من الفولاذ المقاوم للصدأ (الثلاجات وغسالات الأطباق والأفران)
    • أحواض المطبخ والصنابير وأدوات الطهي
    • أدوات المائدة والأدوات المنزلية
    • تجهيزات الحمامات والأدوات المعدنية
  • صناعة السيارات
    • مصدات السيارات وقطع الزخرفة المطلية بالكروم
    • أنظمة العادم المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ
    • مكونات المحركات والمثبتات
    • العجلات والإكسسوارات الزخرفية
  • المعدات الطبية
    • الأدوات الجراحية والغرسات
    • معدات المستشفيات وتجهيزاتها
    • أدوات طب الأسنان وأجهزة تقويم الأسنان
    • معدات المختبر والأسطح
  • مواد البناء
    • الألواح المعمارية وكسوات المباني
    • الدرابزين والعناصر الإنشائية
    • أنظمة الأسقف والمزاريب
    • مكونات الإنشاءات البحرية
  • التطبيقات الصناعية
    • معدات المعالجة الكيميائية
    • مكونات محطات توليد الطاقة
    • معدات مصافي النفط
    • آلات معالجة الأغذية

مصدره

الوجود الطبيعي

102 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 83% من العناصر

الكروم: من التخليق النجمي

يتكوّن الكروم من خلال عمليات احتراق السيليكون في النجوم الضخمة، حيث تتجاوز درجات الحرارة 3 مليارات كلفن، مما يتيح تفاعلات اندماج نووي تُنشئ عناصر أثقل من الحديد. تسهم المستعرات العظمى من النوع Ia إسهامًا كبيرًا في وفرة الكروم من خلال التخليق النووي الانفجاري، فتبعثر هذا العنصر في أنحاء المجرات بينما تمهّد البقايا النجمية لتكوّن الكواكب مستقبلًا.

التوزيع العالمي

تحتوي قشرة الأرض على 185 جزءًا في المليون من الكروم، ويتركز أساسًا في رواسب الكروميت (FeCr₂O₄) التي تكوّنت من خلال عمليات صهارية. يحتوي مجمع بوشفيلد في جنوب إفريقيا على 70% من احتياطيات الكروم العالمية في تداخلات نارية طبقية، بينما تمتلك كازاخستان والهند موارد إضافية كبيرة.

تكوّن الكروميت

تتكوّن رواسب الكروميت البوديفورمية في مجمعات الأوفيوليت، حيث تنكشف القشرة المحيطية وصخور الوشاح بفعل العمليات التكتونية. وتنشأ الرواسب الطباقية من التمايز الصهاري في التداخلات الطبقية الكبيرة، فتُنشئ طبقات كروميت متصلة تُستغل من خلال عمليات التعدين تحت الأرض.

التعدين والمعالجة

يتطلب تعدين الكروميت فرزًا دقيقًا للخام بسبب اختلاف نسب الكروم إلى الحديد، التي تؤثر في التطبيقات الفلزية. يعمل الفصل بالجاذبية والفصل المغناطيسي على تركيز معادن الكروميت، بينما ينتج صهر الفيروكروم في أفران القوس الكهربائي عند 1700°C سبائك الكروم والحديد الضرورية لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ.

التعامل

السلامة

سلامة الكروم: ضرورة الوعي الحاسم

تُظهر مركبات الكروم مستويات سمية مختلفة جذريًا تبعًا لحالة الأكسدة. ويمثل الكروم سداسي التكافؤ (Cr⁶⁺) خطرًا مسرطنًا خطيرًا، بينما يُظهر الكروم ثلاثي التكافؤ (Cr³⁺) سمية ضئيلة ويعمل كعنصر غذائي نزر أساسي.

المخاطر الصحية

يسبب الكروم سداسي التكافؤ سرطان الرئة وثقب الحاجز الأنفي وتقرحات جلدية شديدة، من خلال خصائصه المؤكسدة القوية وتلفه للحمض النووي الخلوي. تولّد عمليات طلاء الكروم رذاذ حمض الكروميك الذي يتطلب تهوية متطورة وحماية تنفسية. وينتج عن لحام أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ أبخرة من الكروم سداسي التكافؤ تستلزم أنظمة متخصصة لاستخراج الأبخرة.

حدود التعرض

  • OSHA PEL: 0.005 mg/m³ للكروم سداسي التكافؤ (متوسط زمني مرجح لمدة 8 ساعات)
  • NIOSH REL: 0.001 mg/m³ لمركبات الكروم المسرطنة
  • الكروم ثلاثي التكافؤ: 0.5 mg/m³ (الفلز والأملاح غير القابلة للذوبان)

تدابير السلامة

تُعد المراقبة الطبية الشاملة والحماية التنفسية وضوابط الهندسة إلزامية في عمليات التعامل مع الكروم سداسي التكافؤ. ويمنع نظام التهوية بالعادم الموضعي وأجهزة التنفس المزودة بالهواء والملابس الواقية التعرض عبر مسارات متعددة.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن كروم

ما هو كروم؟

كروم (رمزه Cr) هو العنصر 24 في الجدول الدوري، وينتمي إلى فلز انتقالي في الدورة 4 والمجموعة 6. العنصر الذي يمنح الكروم لمعانه، ويمنح الفولاذ المقاوم للصدأ صفة «المقاومة للصدأ». في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ كروم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـكروم هو [Ar] 3d⁵ 4s¹، ويشغل 4 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 13, 1.

ما نقطتا انصهار وغليان كروم؟

ينصهر كروم عند 2180 K (1906.9 °C) ويغلي عند 2944 K (2670.9 °C). وهذا يضعه بين أكثر العناصر مقاومة للحرارة — إذ يظل صلبًا عند درجات حرارة تُبخّر معظم الفلزات.

ما الكتلة الذرية لـ كروم؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ كروم ‏51.996 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة كروم؟

تبلغ كثافة كروم مقدار 7.15 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من كروم أثقل بنحو 7.2×.

ما الكهروسلبية لـ كروم؟

تبلغ كهروسلبية كروم وفق مقياس باولنغ 1.66. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.

من اكتشف كروم ومتى؟

اكتُشف كروم في 1797 على يد Louis-Nicolas Vauquelin. سُمّي على اسم اليونانية chroma، «لون».

ما مدى وفرة كروم على الأرض؟

يشكّل كروم حوالي 102 mg/kg من قشرة الأرض — وهو شائع بما يكفي لاستخراجه على نطاق واسع.

→ السابق V فاناديوم العنصر 23 · فلز انتقالي التالي ← Mn منغنيز العنصر 25 · فلز انتقالي