24 Cr クロム 51.996
遷移金属 dブロック 4周期 6族

クロム

Cr · 元素 24 · 遷移金属

クロムの輝きと、ステンレス鋼の「ステンレス」をもたらす元素です。

20°Cでの状態 固体
原子量 51.996 u
電子配置[Ar] 3d⁵ 4s¹

構造

クロムの原子

リング上の点の図ではありません — 占有されている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。

軌道雲

測定値

物性表

各バーは、その性質についてクロムが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。

物理的性質

密度 7.15 g/cm³ 44%
融点 2180 K 86%
沸点 2944 K 58%
比熱 0.449 J/g·K
熱伝導率 93.9 W/m·K 80%

原子

原子半径 128 pm 20%
共有結合半径 139 pm
ファンデルワールス半径 189 pm

電子

電気陰性度 1.66 55%
イオン化エネルギー 653.2 kJ/mol 44%
電子親和力 65.2 kJ/mol 55%

存在

地殻中の存在度 102 mg/kg 83%

同一性

元素記号Cr
原子番号24
原子量51.9961 u
分類遷移金属
ブロックd
結晶構造体心立方構造
酸化数-2, -1, 0, +2, +3, +4, +5, +6
発見年1797
発見者Louis-Nicolas Vauquelin

出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。

大きさ、実寸比

クロムの原子はどのくらいの大きさですか?

半径128 pmです。これは0.128 nmなので、約3.91百万個を横に並べると1ミリメートルになります。

熱範囲

固体、液体、気体—そしてそのとき

クロムは、2180 Kから2944 Kまでの764 Kの範囲で液体です。

位置

表での位置

クロムは周期4、族6に位置します。 族6のすべての元素は最外殻電子数が同じであるため、非常によく似た性質を示します。

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物語

クロムとは何か、そしてどのように発見されたか

クロムは、光り輝くものすべてに「chrome」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、現代の暮らしにおける美しさと強度の両方に不可欠です。名前は、色を意味するギリシャ語の「chroma」に由来します。これは、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、驚くほど幅広い鮮やか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ました。クロムは冶金と芸術の両方に革命をもたらしました。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。 クロムを非常に特別なものにしているのは、下地の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、風雨に対してほぼ壊れないほどの耐性を持ちます。そのため、ステンレス鋼製の手術器具は何千回も滅菌でき、Chrysler Buildingのアール・デコ様式の王冠部分は90年たった今も輝いているのです。 クロムは、世界で最も貴重な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を置き換える微量のクロムによるものです。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)の不純物によって生まれます。クロムがなければ、これらの宝石は無色になります。 ここで興味深い事実があります。六価クロム(Cr⁶⁺)は非常に毒性が強く発がん性がありますが、三価クロム(Cr³⁺)は実際には、体がブドウ糖や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。

クロムの発見

色彩に富んだ発見

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ました。彼は、クロム化合物の鮮やかな色合いを反映して、色を意味するギリシャ語の「chroma」にちなみ、この元素を「chromium」と名付けました。

工業的発展

1890年代、フェロクロム製錬によって商業的なクロム生産が始まり、ステンレス鋼の開発が可能になりました。1913年にイングランドのSheffieldでHarry Brearleyがステンレス鋼を発見すると、クロム需要に革命が起こり、現代のクロム冶金の基礎が確立されました。

用途

クロムの用途

クロム:鏡を生み出す元素

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、現代の美しさを形づくる輝く鏡や装飾仕上げも生み出します。この遷移金属の独自の性質により、手術器具から宇宙船の耐熱シールドまで、さまざまなものが実現しています。

ステンレス鋼革命

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、恒久的な耐食性を示します。316種ステンレス鋼は、クロムの不動態化作用により、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、耐食性インフラを支えています。

装飾クロムめっき

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光沢仕上げを施します。硬質クロムめっきでは、油圧シリンダー、工作機械の案内面、印刷用ロールなど、極めて高い耐摩耗性が必要な工業用途向けに、より厚いめっき層(25-250 μm)を形成します。

耐火物用途

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・マグネサイト質耐火物は、酸化クロムの優れた熱安定性と化学的不活性により、セメントキルンの操業や非鉄金属の製錬を可能にします。

顔料技術

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により、陶磁器、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、環境規制により用途は専門的な分野に限られています。

クロム:身の回りのあらゆる場所に

  • キッチンとホーム
    • ステンレス製家電(冷蔵庫、食器洗い機、オーブン)
    • 台所のシンク、蛇口、調理器具
    • カトラリーと食器
    • 浴室の器具と金具
  • 自動車産業
    • クロムめっきバンパーと装飾部品
    • ステンレス製排気システム
    • エンジン部品と締結部品
    • 装飾ホイールとアクセサリー
  • 医療機器
    • 手術器具とインプラント
    • 病院の機器と設備
    • 歯科用ツールと矯正装置
    • ラボ用機器と表面材
  • 建設資材
    • 建築用パネルと外装材
    • 手すりと構造部材
    • 屋根材と雨どいシステム
    • 海洋建設用部品
  • 工業用途
    • 化学処理設備
    • 発電所の部品
    • 石油精製設備
    • 食品加工機械

起源

自然界での存在

地殻に102 mg/kg存在し、83%の元素より存在度が高い

クロム:恒星内合成から生まれる元素

クロムは、温度が30億Kを超える大質量星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ます。恒星の残骸が将来の惑星形成の種となる際、この元素は銀河全体に拡散します。

世界的な分布

地殻には185 ppm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にも重要な資源があります。

クロマイトの形成

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の岩石がテクトニックな過程によって露出するオフィオライト複合体で形成されます。層状鉱床は、大規模な層状火成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作ります。

採掘と処理

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さまざまであるため、慎重な鉱石選別が必要です。重力選鉱と磁選によってクロマイト鉱物を濃縮し、電気アーク炉で1700°Cで行うフェロクロム製錬によって、ステンレス鋼の生産に不可欠なクロムと鉄の合金を製造します。

取り扱い

安全性

クロムの安全性:重大な注意が必要です

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示しますが、三価クロム(Cr³⁺)は毒性がごく小さく、必須微量栄養素として働きます。

健康への危険

六価クロムは、強い酸化作用と細胞のDNA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、高度な換気設備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。

ばく露限界

  • OSHA PEL:六価クロムについて0.005 mg/m³(8時間TWA)
  • NIOSH REL:発がん性クロム化合物について0.001 mg/m³
  • 三価クロム:0.5 mg/m³(​​金属および不溶性塩)

安全対策

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、工学的管理が義務付けられています。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:よくある質問

クロムとは何ですか?

クロム(記号Cr)は周期表の元素24で、4周期、6族の遷移金属です。 クロムの輝きと、ステンレス鋼の「ステンレス」をもたらす元素です。 室温では固体です。

クロムの電子配置はどのようなものですか?

クロムの基底状態の電子配置は[Ar] 3d⁵ 4s¹で、2, 8, 13, 1という分布の電子殻が4個あります。

クロムの融点と沸点は何ですか?

クロムの融点は2180 K(1906.9 °C)、沸点は2944 K(2670.9 °C)です。 そのため、最も融点の高い元素の一つに分類されます。ほとんどの金属が気化する温度でも固体のままです。

クロムの原子量は何ですか?

クロムの標準原子量は51.996 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。

クロムの密度はどのくらいですか?

クロムの密度は7.15 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、クロムの塊は約7.2倍重いです。

クロムの電気陰性度はどのくらいですか?

クロムのポーリング電気陰性度は1.66です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 この中間の範囲の値では、強いイオン結合よりも共有結合を形成する傾向があります。

クロムを発見したのは誰で、いつですか?

クロムは1797年にLouis-Nicolas Vauquelinによって発見されました。 ギリシャ語の chroma、「色」にちなんで名付けられました。

地球上でクロムはどのくらい一般的ですか?

地球の地殻におけるクロムの割合は約102 mg/kgで、十分に豊富なため大規模に採掘されています。