Chrom

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox - chemický prvek Chrom (chemická značka Cr, latinsky Chromium) je stříbřitě lesklý, namodralý, velmi tvrdý a zároveň křehký kov. Patří mezi přechodné kovy a je známý pro svou mimořádnou odolnost vůči korozi. Používá se především v metalurgii k legování ocelí a pro povrchovou úpravu jiných kovů (tzv. chromování). Jeho sloučeniny jsou často výrazně barevné, což dalo prvku i jeho jméno – z řeckého slova "chrōma" (χρῶμα) znamenajícího "barva".

🧪 Pro laiky: Co je to chrom?

Představte si chrom jako neviditelný, ale neuvěřitelně silný superhrdinský plášť pro jiné kovy. Když obyčejný kov, jako je železo, necháte na dešti, začne rezavět. Ale když ho "oblečete" do tenoučké vrstvy chromu, stane se téměř nezranitelným. Chrom vytvoří na povrchu ochranný štít, který odpuzuje vodu a vzduch, takže kov pod ním zůstane lesklý a bez rzi.

To je důvod, proč se chromem pokrývají nárazníky aut, vodovodní kohoutky nebo rámy motorek – aby se krásně leskly a nerezavěly. Kromě toho, když se malé množství chromu přidá do oceli, vznikne slavná "nerezová ocel", ze které se vyrábí třeba příbory, hrnce nebo chirurgické nástroje. Chrom je tedy takový strážce a zkrášlovač světa kovů. A aby toho nebylo málo, jeho sloučeniny hrají všemi barvami – od žluté po zelenou – a používají se jako barviva.

⏳ Historie

Chrom byl objeven v roce 1797 francouzským chemikem Louisem-Nicolasem Vauquelinem. Vauquelin analyzoval vzorek vzácného minerálu, sibiřského červeného olova, dnes známého jako krokoit (chroman olovnatý, PbCrO₄). Zaujaly ho jeho jasně červené krystaly. Po sérii chemických experimentů se mu podařilo izolovat nový kovový prvek.

Název "chrom" navrhl na základě pestré škály barev, které tvoří jeho sloučeniny. Například chroman draselný je žlutý, zatímco dichroman draselný je oranžový. O rok později, v roce 1798, Vauquelin objevil chrom také v drahokamech, jako je rubín a smaragd, kde jeho stopové množství způsobuje jejich charakteristické zbarvení. Průmyslové využití chromu se naplno rozvinulo až ve 20. století, zejména s rozvojem výroby nerezových ocelí a technologií galvanického pokovování.

⚛️ Fyzikální a chemické vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Chrom je stříbřitě bílý, velmi lesklý kov s namodralým nádechem. Je výjimečný svou tvrdostí – s hodnotou 8,5 na Mohsově stupnici je nejtvrdším elementárním kovem. Zároveň je však poměrně křehký. Má vysokou teplotu tání (1907 °C) a varu (2671 °C). Jeho hustota je 7,19 g/cm³. Za normálních teplot je antiferomagnetický.

Chemické vlastnosti

Nejvýraznější chemickou vlastností chromu je jeho mimořádná odolnost vůči korozi. Na vzduchu se pokrývá velmi tenkou, neviditelnou, ale extrémně pevnou vrstvou oxidu chromitého (Cr₂O₃), která se nazývá pasivační vrstva. Tato vrstva brání další oxidaci a chrání kov pod ní. Díky tomu chrom odolává vodě a mnoha kyselinám. Rozpouští se ve zředěné kyselině chlorovodíkové a sírové, ale koncentrované oxidující kyseliny, jako je kyselina dusičná, jeho pasivační vrstvu naopak posilují.

Chrom se vyskytuje v několika oxidačních stavech, nejběžnější a nejstabilnější jsou +3 (trojmocný chrom) a +6 (šestimocný chrom). Sloučeniny Cr³⁺ mají obvykle zelenou nebo fialovou barvu, zatímco sloučeniny Cr⁶⁺ jsou typicky žluté nebo oranžové a mají silné oxidační účinky.

🌍 Výskyt v přírodě a výroba

Výskyt

Chrom je v zemské kůře poměrně hojně zastoupený prvek, jeho obsah se odhaduje na 100–200 ppm (gramů na tunu). V přírodě se téměř nikdy nenachází v ryzí formě. Jediným komerčně významným zdrojem pro jeho těžbu je minerál chromit, což je podvojný oxid železnato-chromitý (FeCr₂O₄). Mezi největší světové producenty chromitové rudy patří Jihoafrická republika, Kazachstán, Indie a Turecko. Malá množství chromu se nacházejí také v drahokamech, kde působí jako pigment; například v rubínu způsobuje červenou barvu a ve smaragdu zelenou.

Výroba

Průmyslová výroba čistého chromu je vícekrokový proces.

1. Zpracování chromitu: Vytěžená ruda (chromit) se nejprve taví v elektrické peci s koksem. Výsledkem je slitina železa a chromu zvaná ferochrom, která je hlavním meziproduktem pro výrobu nerezových ocelí.
2. Výroba čistého chromu: Pro získání čistého kovu se chromitová ruda praží se sodou a vápencem za přístupu vzduchu. Tím vzniká rozpustný chroman sodný (Na₂CrO₄).
3. Redukce: Chroman se dále zpracovává na oxid chromitý (Cr₂O₃). Ten se nakonec redukuje na čistý kov, nejčastěji pomocí hliníku v procesu zvaném aluminotermie.

Cr₂O₃ + 2 Al → 2 Cr + Al₂O₃

Extrémně čistý chrom lze připravit elektrolyticky z roztoků jeho solí.

⚙️ Využití

Díky svým unikátním vlastnostem má chrom široké uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích.

• Metalurgie a slitiny: Více než 85 % veškeré produkce chromu se spotřebuje v metalurgii. Je klíčovou složkou nerezových ocelí, kterým dodává odolnost proti korozi. Obvykle tvoří 11–30 % jejich hmotnosti. Dále se používá v žáruvzdorných a vysoce pevných slitinách, například pro letecké motory. Slitina niklu a chromu, známá jako nichrom, se používá na výrobu topných odporových drátů.
• Povrchové úpravy (Chromování): Chromování je proces galvanického nanášení tenké vrstvy chromu na povrch jiných kovů, jako je ocel, mosaz nebo hliník. Rozlišuje se dekorativní chromování (pro vysoký lesk a ochranu proti korozi, např. na automobilových dílech, vodovodních bateriích) a tvrdé chromování (pro zvýšení tvrdosti, otěruvzdornosti a snížení tření, např. na pístech, válcích a průmyslových formách).
• Pigmenty a barviva: Sloučeniny chromu jsou známé svými živými barvami a historicky se hojně využívaly jako pigmenty. Chroman olovnatý ("chromová žluť") nebo oxid chromitý ("chromová zeleň") se používaly v barvách a nátěrech. Dnes je jejich použití omezeno kvůli toxicitě. Chrom se stále používá k barvení skla do smaragdově zelené barvy.
• Činění kůže: Síran chromitý je jednou z nejdůležitějších chemikálií používaných při činění kůže. Tento proces stabilizuje kolagenová vlákna v kůži, činí ji odolnou vůči vodě a hnilobě.
• Katalyzátory: Sloučeniny chromu fungují jako katalyzátory v mnoha chemických reakcích, například při výrobě některých polymerů.
• Dřevařský průmysl: V minulosti se chromované arsenáty mědi (CCA) používaly jako prostředek pro impregnaci dřeva, aby ho chránily před hnilobou a škůdci. Kvůli ekologickým a zdravotním rizikům je dnes toto použití v mnoha zemích zakázáno.

🧬 Biologický význam a toxicita

Chrom vykazuje dualitu – zatímco jedna jeho forma je pro tělo nezbytná, druhá je vysoce toxická.

Trojmocný chrom (Cr³⁺)

Trojmocný chrom je považován za esenciální stopový prvek, který hraje roli v metabolismu sacharidů, tuků a bílkovin. Předpokládá se, že zvyšuje citlivost buněk na inzulin, a tím pomáhá regulovat hladinu glukózy v krvi. Tento komplex, známý jako glukózotoleranční faktor (GTF), však nebyl dosud plně charakterizován. Nedostatek chromu u lidí je vzácný a projevy nejsou zcela jasně definovány. Přirozenými zdroji chromu v potravě jsou maso, obiloviny, ořechy a některé druhy zeleniny a koření.

Šestimocný chrom (Cr⁶⁺)

Na rozdíl od trojmocné formy jsou sloučeniny šestimocného chromu vysoce toxické, dráždivé a karcinogenní. V přírodě se vyskytují jen vzácně, vznikají především průmyslovou činností, jako je svařování nerezové oceli, chromování nebo výroba pigmentů. Vdechování prachu nebo aerosolů obsahujících Cr⁶⁺ je spojeno se zvýšeným rizikem rakoviny plic. Kontakt s kůží může způsobit alergické reakce a vředy. Z těchto důvodů je používání šestimocného chromu v mnoha aplikacích, včetně spotřebního zboží, přísně regulováno Evropskou unií (např. směrnicemi RoHS a REACH).

📊 Zajímavosti a rekordy

• Barevný původ názvu: Název prvku pochází z řeckého slova "chrōma", což znamená barva, kvůli pestré paletě barev jeho sloučenin.
• Nejtvrdší kov: Čistý chrom je nejtvrdším známým elementárním kovem.
• Drahokamy: Stopové množství iontů chromu je zodpovědné za červenou barvu rubínů a zelenou barvu smaragdů.
• Anomální elektronová konfigurace: Chrom má elektronovou konfiguraci [Ar] 3d⁵ 4s¹, nikoli očekávanou [Ar] 3d⁴ 4s². Poloviční zaplnění orbitalu d je energeticky stabilnější.
• Stabilní izotopy: Přírodní chrom je směsí čtyř stabilních izotopů: ⁵²Cr (83,8 %), ⁵³Cr (9,5 %), ⁵⁰Cr (4,3 %) a ⁵⁴Cr (2,4 %).

Zdroje

Chrom - Wikipedie Chrom - Periodická video tabulka prvků Chrom, chemický prvek Cr, popis a vlastnosti - Periodická soustava prvků Chrom a jeho vlastnosti a využití - Veneti.cz Chrom šestimocný - Státní zdravotní ústav Chrom v potravě – Víš co jíš Nicolas-Louis Vauquelin - Britannica Jak probíhá chromování, na co si dát pozor! - SUPERCHROM.CZ Chrom - benefity, dávkování a vedlejší účinky - GreenFood Nutrition Nerezová ocel - Blog o nerezu