What is クロム?
クロム (symbol Cr) is element 24 on the periodic table, a 遷移金属 in period 4, group 6. The element that puts the shine in chrome and the "stainless" in stainless steel. At room temperature it is a solid.
構造
環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてクロムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。
出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。
縮尺どおりの大きさ
Radius 128 pm — that is 0.128 nm, so about 3906 million of them side by side would span a millimetre.
熱範囲
クロム is liquid over a 764 K window, from 2180 K to 2944 K.
物語
クロムは、輝くものすべてに「クローム」の輝きを与え、ステンレス鋼を本当にさびにくくする元素です。この硬く光沢のある遷移金属は、現代の生活における美しさと強度の両方に欠かせません。名前は、色を意味するギリシャ語の「chroma」に由来します。クロム化合物が、エメラルドグリーンからルビーレッド、鮮やかな黄色まで、驚くほど幅広い鮮烈な色を生み出すためです。 1797年、フランスの化学者Louis-Nicolas Vauquelinが、シベリア産のクロコアイトと呼ばれる謎めいた赤色鉱物を分析している際に発見し、クロムは冶金学と芸術の両方に革新をもたらしました。Vauquelinは、この鉱物がそれまで知られていなかった美しい緑色の酸化物を生じることに気づき、まったく新しい元素の発見につながりました。 クロムを極めて特別なものにしているのは、下にある金属を腐食から守る、極めて薄く目に見えない酸化物層を形成する能力です。クロムを鉄に加えてステンレス鋼を作ると、この保護層によって合金はさび、酸、風雨に対してほとんど破壊されないほどの耐性を持ちます。そのため、ステンレス鋼製の外科用器具は何千回も滅菌でき、Chrysler Buildingのアールデコ様式の尖塔は90年後も輝き続けています。 クロムは、世界で最も価値の高い宝石のいくつかの秘密でもあります。ルビーの深い赤色は、コランダム結晶中でアルミニウムの一部が微量のクロムに置き換わることで生じます。同様に、エメラルドの見事な緑色は、緑柱石の結晶中に含まれるクロム(およびバナジウム)の不純物によるものです。クロムがなければ、これらの宝石は無色になります。 ここには興味深い点があります。六価クロム(Cr⁶⁺)は非常に有毒で発がん性がある一方、三価クロム(Cr³⁺)は、実際には体がグルコースと脂肪を処理するのを助ける必須栄養素です。同じ元素でも、化学形態によって有益にも有害にもなり得ることがわかります。
Louis-Nicolas Vauquelinは1797年、シベリアの金鉱山産のクロコアイト鉱物(PbCrO₄)を分析している際にクロムを発見しました。鉱物の鮮やかな橙赤色に興味を持ったVauquelinは、新しい金属元素を単離し、色を意味するギリシャ語の「chroma」にちなんで「chromium」と名付けました。これはクロム化合物の鮮やかな色合いを反映した名前です。
商業的なクロム生産は1890年代にフェロクロム製錬とともに始まり、ステンレス鋼の開発を可能にしました。Harry Brearleyが1913年にイングランドのSheffieldで発見したステンレス鋼は、クロム需要に革命をもたらし、現代のクロム冶金の基礎を築きました。
用途
クロムは普通の鋼を完璧なステンレス鋼へと変える一方、現代の美的感覚を形作る輝く鏡面や装飾仕上げも生み出します。この遷移金属の独特な性質により、外科用器具から宇宙船の耐熱シールドまで、さまざまなものが可能になります。
オーステナイト系ステンレス鋼は16-26%のクロムを含み、傷がついても自己修復する保護酸化物層を形成して、恒久的な耐食性を発揮します。316型ステンレス鋼は、クロムの不動態化特性によって、海洋環境、化学処理、医療用途に耐えます。世界のステンレス鋼生産ではクロム供給量の85%が消費され、台所用品から化学プラントまで、耐食性インフラを可能にしています。
電気めっき工程では、極めて薄いクロム層(0.25-2.5 μm)を析出させ、自動車のトリム、配管器具、装飾金具に鏡のような輝く仕上げを施します。硬質クロムめっきでは、25-250 μmのより厚い皮膜を施し、油圧シリンダー、工作機械の案内面、印刷ロールなど、極めて高い耐摩耗性が必要な産業用途に使用します。
クロマイトれんがは製鋼炉やガラス溶解槽の内張りに使われ、1800°Cを超える温度に耐えながら、スラグによる腐食にも抵抗します。クロムマグネサイト耐火物は、酸化クロムの優れた熱安定性と化学的不活性によって、セメントキルンの操業や非鉄金属の溶錬を可能にします。
酸化クロムグリーン(Cr₂O₃)は、優れた紫外線安定性と耐薬品性を備え、セラミックス、塗料、プラスチックに恒久的な色を与えます。クロム酸鉛顔料は工業用塗料に鮮やかな黄色やオレンジ色を生み出しますが、環境規制により使用は特殊な用途に限られています。
由来
102 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 83% of elements
クロムは、温度が3 billion Kelvinを超える大質量星内のケイ素燃焼過程で形成されます。これにより、鉄より重い元素を作る核融合反応が可能になります。Ia型超新星は、爆発的元素合成によってクロムの存在度に大きく寄与し、恒星の残骸が将来の惑星形成の種となる際に、この元素を銀河全体へ広げます。
地殻には185 parts per millionのクロムが含まれ、主にマグマ過程で形成されたクロマイト(FeCr₂O₄)鉱床に集中しています。南アフリカのBushveld Complexには、層状火成貫入岩体中に世界のクロム埋蔵量の70%が含まれています。また、KazakhstanとIndiaにも大きな資源があります。
ポディフォーム型クロマイト鉱床は、海洋地殻とマントル岩がテクトニック過程によって露出するオフィオライト複合体内に形成されます。層状鉱床は、大規模な層状貫入岩体内でのマグマ分化によって生じ、地下採掘によって利用される連続的なクロマイト層を形成します。
クロマイトの採掘では、冶金用途に影響するクロムと鉄の比率が変化するため、慎重な鉱石選別が必要です。比重選別と磁力選別によってクロマイト鉱物を濃縮し、電気アーク炉内で1700°Cで行うフェロクロム製錬によって、ステンレス鋼生産に不可欠なクロムと鉄の合金を作ります。
取り扱い
クロム化合物は、酸化数によって毒性レベルが大きく異なります。六価クロム(Cr⁶⁺)は深刻な発がん性の危険をもたらす一方、三価クロム(Cr³⁺)は毒性が最小限で、必須微量栄養素として働きます。
六価クロムは、強い酸化作用と細胞DNAの損傷によって、肺がん、鼻中隔穿孔、重度の皮膚潰瘍を引き起こします。クロムめっき作業ではクロム酸ミストが発生するため、高度な換気と呼吸用保護具が必要です。ステンレス鋼の溶接では六価クロムのヒュームが発生するため、専用のヒューム排気システムが必要です。
六価クロムを扱う作業では、包括的な健康監視、呼吸用保護具、工学的管理が必須です。局所排気換気、給気式呼吸用保護具、防護服によって、複数の経路からのばく露を防ぎます。
簡単な回答
クロム (symbol Cr) is element 24 on the periodic table, a 遷移金属 in period 4, group 6. The element that puts the shine in chrome and the "stainless" in stainless steel. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d⁵ 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 13, 1 electrons respectively.クロム melts at 2180 K (1906.9 °C) and boils at 2944 K (2670.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of クロム is 51.996 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
クロム has a density of 7.15 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of クロム is about 7.2× heavier.
クロム has a Pauling electronegativity of 1.66. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
クロム was discovered in 1797 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after greek chroma, "colour".
クロム makes up about 102 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.