Was ist Chrom?
Chrom (Symbol Cr) ist Element 24 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in der 4, Gruppe 6. Das Element, das Chrom seinen Glanz und rostfreiem Stahl das "rostfrei" verleiht. Bei Raumtemperatur ist es fest.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Chrom bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 128 pm — das entspricht 0,128 nm; etwa 3,91 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Chrom ist über einen Bereich von 764 K flüssig, von 2180 K bis 2944 K.
Wo es steht
Die Geschichte
Chrom ist das Element, das allem Glänzenden seinen „Chromglanz“ verleiht und Edelstahl wirklich rostfrei macht. Dieses harte, glänzende Übergangsmetall ist im modernen Leben sowohl für Schönheit als auch für Festigkeit unverzichtbar. Der Name stammt vom griechischen Wort „chroma“, das Farbe bedeutet, weil Chromverbindungen ein unglaubliches Spektrum leuchtender Farben erzeugen – von Smaragdgrün über Rubinrot bis hin zu strahlendem Gelb. Chrom wurde 1797 vom französischen Chemiker Louis-Nicolas Vauquelin entdeckt, als dieser ein geheimnisvolles rotes Mineral aus Sibirien namens Krokoit untersuchte. Damit revolutionierte Chrom sowohl die Metallurgie als auch die Kunst. Vauquelin bemerkte, dass dieses Mineral ein wunderschönes grünes Oxid hervorbrachte, das sich von allem zuvor Bekannten unterschied, und gelangte so zur Entdeckung eines vollständig neuen Elements. Was Chrom besonders außergewöhnlich macht, ist seine Fähigkeit, eine extrem dünne, unsichtbare Oxidschicht zu bilden, die das darunterliegende Metall vor Korrosion schützt. Wenn Chrom Eisen zugesetzt wird, um Edelstahl herzustellen, macht diese Schutzschicht die Legierung praktisch unempfindlich gegenüber Rost, Säuren und Witterung. Deshalb können chirurgische Instrumente aus Edelstahl tausende Male sterilisiert werden und deshalb glänzt die Art-déco-Krone des Chrysler Building auch nach 90 Jahren noch. Chrom ist außerdem das Geheimnis hinter einigen der wertvollsten Edelsteine der Welt. Die tiefrote Farbe von Rubinen entsteht durch Spuren von Chrom, die in den Korundkristallen Aluminium ersetzen. Ebenso erhalten Smaragde ihre atemberaubende grüne Farbe durch Verunreinigungen mit Chrom (und Vanadium) in Beryllkristallen. Ohne Chrom wären diese Edelsteine farblos. Hier ist etwas Faszinierendes: Sechswertiges Chrom (Cr⁶⁺) ist hochgiftig und krebserregend, während dreiwertiges Chrom (Cr³⁺) tatsächlich ein essenzieller Nährstoff ist, der Ihrem Körper bei der Verarbeitung von Glucose und Fett hilft. Dies zeigt, wie dasselbe Element je nach seiner chemischen Form sowohl nützlich als auch schädlich sein kann.
Louis-Nicolas Vauquelin entdeckte Chrom 1797, als er das Mineral Krokoit (PbCrO₄) aus sibirischen Goldminen untersuchte. Die leuchtend orange-rote Farbe des Minerals weckte Vauquelins Interesse. Dies führte ihn dazu, ein neues metallisches Element zu isolieren, das er nach dem griechischen Wort „chroma“ für Farbe „Chrom“ nannte – eine Anspielung auf die leuchtenden Farbtöne der Chromverbindungen.
Die kommerzielle Chromproduktion begann in den 1890er-Jahren mit dem Ferrochromschmelzen und ermöglichte die Entwicklung von Edelstahl. Die Entdeckung von Edelstahl durch Harry Brearley im Jahr 1913 in Sheffield, England, revolutionierte die Nachfrage nach Chrom und legte den Grundstein für die moderne Chrommetallurgie.
Anwendungen
Chrom verwandelt gewöhnlichen Stahl in perfekten Edelstahl und erzeugt zugleich die strahlenden Spiegel und dekorativen Oberflächen, die die moderne Ästhetik prägen. Die einzigartigen Eigenschaften dieses Übergangsmetalls ermöglichen alles – von chirurgischen Instrumenten bis hin zu Hitzeschilden für Raumfahrzeuge.
Austenitische Edelstähle mit einem Chromanteil von 16–26 % bilden schützende Oxidschichten, die sich bei Kratzern selbst heilen und dauerhaften Korrosionsschutz bieten. Edelstahl des Typs 316 hält dank der Passivierungseigenschaften von Chrom maritimen Umgebungen, der chemischen Verarbeitung und medizinischen Anwendungen stand. Die weltweite Edelstahlproduktion verbraucht 85 % des Chromangebots und ermöglicht korrosionsbeständige Infrastruktur – von Küchengeräten bis zu Chemieanlagen.
Galvanische Beschichtungsverfahren bringen extrem dünne Chromschichten (0,25–2,5 μm) auf, die spiegelglänzende Oberflächen an Zierleisten von Fahrzeugen, Sanitärarmaturen und dekorativen Beschlägen erzeugen. Hartverchromung verwendet dickere Schichten (25–250 μm) für industrielle Anwendungen mit extrem hoher Verschleißfestigkeit, darunter Hydraulikzylinder, Führungsbahnen von Werkzeugmaschinen und Druckwalzen.
Chromitziegel verkleiden Stahlöfen und Glasschmelzwannen. Sie halten Temperaturen von über 1800 °C stand und widerstehen zugleich der Schlackenkorrosion. Chrommagnesit-Feuerfeststoffe ermöglichen den Betrieb von Zementöfen und das Schmelzen von Nichteisenmetallen durch die außergewöhnliche thermische Stabilität und chemische Beständigkeit von Chromoxid.
Chromoxidgrün (Cr₂O₃) sorgt in Keramiken, Farben und Kunststoffen für dauerhafte Färbung mit außergewöhnlicher UV-Stabilität und chemischer Beständigkeit. Bleichromatpigmente erzeugen leuchtende Gelb- und Orangetöne für industrielle Beschichtungen, doch Umweltvorschriften beschränken ihre Verwendung auf spezielle Anwendungen.
Woher es stammt
102 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 83 % der Elemente
Chrom entsteht durch Siliziumbrennprozesse in massereichen Sternen, in denen Temperaturen von über 3 Milliarden Kelvin herrschen. Dadurch werden Kernfusionsreaktionen ermöglicht, die schwerere Elemente als Eisen aufbauen. Supernovae vom Typ Ia tragen durch explosive Nukleosynthese erheblich zur Häufigkeit von Chrom bei und verteilen dieses Element in den Galaxien, während stellare Überreste den Grundstein für die Entstehung künftiger Planetensysteme legen.
Die Erdkruste enthält 185 Teile pro Million Chrom, das hauptsächlich in Chromitlagerstätten (FeCr₂O₄) konzentriert ist, die durch magmatische Prozesse entstanden sind. Der Bushveld-Komplex in Südafrika enthält 70 % der weltweiten Chromreserven in geschichteten magmatischen Intrusionen, während Kasachstan und Indien über bedeutende zusätzliche Ressourcen verfügen.
Podiforme Chromitlagerstätten entstehen in Ophiolithkomplexen, in denen ozeanische Kruste und Mantelgesteine durch tektonische Prozesse freigelegt werden. Stratiforme Lagerstätten entstehen durch magmatische Differentiation in großen geschichteten Intrusionen und bilden kontinuierliche Chromitschichten, die im Untertagebau abgebaut werden.
Der Chromitabbau erfordert eine sorgfältige Erzsortierung, da unterschiedliche Chrom-Eisen-Verhältnisse die metallurgischen Anwendungen beeinflussen. Schwerkrafttrennung und Magnetscheidung konzentrieren die Chromitminerale, während das Ferrochromschmelzen in Lichtbogenöfen bei 1700 °C die für die Edelstahlproduktion wichtigen Chrom-Eisen-Legierungen erzeugt.
Handhabung
Chromverbindungen weisen je nach Oxidationsstufe dramatisch unterschiedliche Toxizitätsgrade auf. Hexavalentes Chrom (Cr⁶⁺) stellt eine ernsthafte krebserregende Gefahr dar, während trivalentes Chrom (Cr³⁺) eine minimale Toxizität zeigt und als essenzielles Spurenelement dient.
Hexavalentes Chrom verursacht durch seine stark oxidierenden Eigenschaften und die Schädigung der zellulären DNA Lungenkrebs, eine Perforation der Nasenscheidewand und schwere Hautgeschwüre. Verchromungsarbeiten erzeugen Chromsäurenebel, der eine hochentwickelte Belüftung und Atemschutz erfordert. Das Schweißen nichtrostender Stähle erzeugt Dämpfe mit sechswertigem Chrom, weshalb spezielle Absaugsysteme erforderlich sind.
Eine umfassende medizinische Überwachung, Atemschutz und technische Schutzmaßnahmen sind bei Tätigkeiten mit sechswertigem Chrom vorgeschrieben. Lokale Absaugung, Atemschutzgeräte mit Druckluftversorgung und Schutzkleidung verhindern eine Exposition über mehrere Aufnahmewege.
Schnelle Antworten
Chrom (Symbol Cr) ist Element 24 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in der 4, Gruppe 6. Das Element, das Chrom seinen Glanz und rostfreiem Stahl das "rostfrei" verleiht. Bei Raumtemperatur ist es fest.
[Ar] 3d⁵ 4s¹; sie ergibt 4 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 13, 1.Chrom schmilzt bei 2180 K (1906.9 °C) und siedet bei 2944 K (2670.9 °C). Damit gehört es zu den feuerfestesten Elementen — es bleibt bei Temperaturen fest, bei denen die meisten Metalle verdampfen.
Die Standardatommasse von Chrom beträgt 51.996 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Chrom hat eine Dichte von 7.15 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Chrom ungefähr 7.2× schwerer.
Chrom hat eine Elektronegativität von 1.66 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.
Chrom wurde 1797 von Louis-Nicolas Vauquelin entdeckt. Es ist nach griechisch chroma, „Farbe“ benannt.
Chrom macht Über 102 mg/kg der Erdkruste aus — genug, um im großen Maßstab abgebaut zu werden.