Hrom

Ne poistovećivati sa Gugl kroum|Kroumom.

Hrom

uzorak: kristali i kockica
Opšta svojstva
Ime, simbol	hrom, Cr
Izgled	srebrnoplav, metalan
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson – ↑ Cr ↓ Mo vanadijum ← hrom → mangan ‍
Atomski broj (Z)	24
Grupa, perioda	grupa 6, perioda 4
Blok	d-blok
Kategorija	prelazni metal
Rel. at. masa (Ar)	51,9961(6)
El. konfiguracija	[Ar] 3d5 4s1
po ljuskama	2, 8, 13, 1
Fizička svojstva
Agregatno stanje	čvrst
Tačka topljenja	2180 K ​(1907 °‍C, ​3465 °F)
Tačka ključanja	2944 K ​(2671 °‍C, ​4840 °F)
Gustina pri s.t.	7,19 g/cm3
tečno st., na t.t.	6,3 g/cm3
Toplota fuzije	21,0 kJ/mol
Toplota isparavanja	347 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet	23,35 J/(mol·K)
Napon pare P (Pa) 100 101 102 na T (K) 1656 1807 1991 P (Pa) 103 104 105 na T (K) 2223 2530 2942
Atomska svojstva
Oksidaciona stanja	6, 5, 4, 3, 2, 1, −1, −2, −4 (u zavisnosti od oksidacionog stanja, kiseli, bazni, ili amfoterni oksid)
Elektronegativnost	1,66
Energije jonizacije	1: 652,9 kJ/mol 2: 1590,6 kJ/mol 3: 2987 kJ/mol (ostale)
Atomski radijus	128 pm
Kovalentni radijus	139±5 pm
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura	​unutrašnjecentr. kubična (BCC)
Brzina zvuka tanak štap	5940 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenje	4,9 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost	93,9 W/(m·K)
Električna otpornost	125 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni raspored	antiferomagnetičan (radije: SDW)
Magnetna susceptibilnost (χmol)	+280,0·10−6 cm3/mol (273 K)
Jangov modul	279 GPa
Modul smicanja	115 GPa
Modul stišljivosti	160 GPa
Poasonov koeficijent	0,21
Mosova tvrdoća	8,5
Vikersova tvrdoća	1060 MPa
Brinelova tvrdoća	687–6500 MPa
CAS broj	7440-47-3
Istorija
Otkriće i prva izolacija	Luj Nikola Voklen (1794, 1797)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR 50Cr 4,345% stabilni 51Cr syn 27,7025 d ε 51V γ – 52Cr 83,789% stabilni 53Cr 9,501% stabilni 54Cr 2,365% stabilni

Hrom (Cr, lat. chromium) hemijski je element, metal. Elektronska konfiguracija njegovog atoma određuje njegovu pripadnost VIB grupi. Poseduje 13 izotopa čije se atomske mase nalaze između 45—57. Izotopi 50, 52, 53 i 54 su postojani.

Luj Nikola Voklen (Louis Nicolas Vauquelin) otkrio je hrom 1797. godine.

Zastupljenost

Svetska proizvodnja hroma po godinama

Hrom je zastupljen u zemljinoj kori u količini od oko 102 ppm (eng. parts per million), uglavnom u obliku minerala hromita. Namirnice najbogatije hromom su pekarski kvasac, kukuruz, kuvana junetina, jabuka, crni hleb, ovsene pahulje.

Međunarodna mineraloška organizacija (IMA) kategorisala je hrom kao mineral (sistematika po Strunzu: 1.AE.05 odnosno po starijoj oznaci I/A.06-10), međutim u prirodi se on vrlo retko javlja kao samorodan. Do danas je poznato samo 10 mesta gde se može pronaći samorodni hrom. Zbog toga se najveći deo hroma može naći isključivo u obliku jedinjenja kao deo minerala hromita (željezno-hromova ruda) FeCr₂O₄ u kojem se udeo hroma kreće oko 46% u površinskim kopovima, te nešto manje u jamskim kopovima. Osim njega, postoje i minerali koji sadrže mnogo više hroma, poput ferohromida (oko 87% hroma) i grimaldita (oko 61% hroma), ali se ti minerali javljaju mnogo ređe i u manjim količinama u odnosu na hromit. Po podacima iz 2010, bila su poznata 103 minerala koja sadrže hrom.

Po podacima iz 2003, Južnoafrička Republika proizvodila je oko 50% ukupne svetske proizvodnje hroma. Osim nje, značajni proizvođači hroma jesu Kazahstan (15,2%), Indija (12,1%), Zimbabve (3,7%) i Finska (3%). Po podacima ICDA iz 2006, Južnoafrička Republika proizvela je 36% svetske proizvodnje hroma, Indija 19%, Kazahstan 17%, a Brazil, Zimbabve, Turska i Finska zajedno 13%. Tokom Drugog svetskog rata Turska je bila najvažniji izvoznik hroma za nacističku Nemačku.

Godine 2000. u svetu je iskopano oko 15 miliona tona rude hromita namenjenog tržištu. Od te količine dobijeno je oko 4 miliona tona ferohroma, čija je tržišna vrednost procenjena na oko 2,5 milijardi američkih dolara. Metalni hrom vrlo se retko može naći na nalazištima. U rudniku Udačna u Rusiji pronađena je rudna žila kimberlita, koji sadrži, između ostalog, dijamante. U njegovoj reduciranoj matrici stvaraju se dijamanti i zaostaje metalni hrom.

Dobijanje

Iskopana ruda hroma se najprije oslobodi grubih nečistoća, zemlje i kamenja. U drugom koraku sledi proces oksidiranja pri temperaturi od oko 1200  °C do hromata:

$\mathrm {4\ FeCr_{2}O_{4}+8\ Na_{2}CO_{3}+7\ O_{2}\longrightarrow }$  $\mathrm {8\ Na_{2}CrO_{4}+2\ Fe_{2}O_{3}+8\ CO_{2}\ }$

Natrijum hromat se ekstrahuje pomoću vrele vode, te se sa sumpornom kiselinom prevodi u dihromat:

$\mathrm {2\ Na_{2}CrO_{4}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow }$  $\mathrm {Na_{2}Cr_{2}O_{7}+Na_{2}SO_{4}+H_{2}O\ }$

Natrijum dihromat se kristalizuje pri hlađenju iz rastvora kao dihidrat. Naknadnom redukcijom sa ugljem dobija se hrom(III) oksid:

$\mathrm {Na_{2}Cr_{2}O_{7}\cdot 2\ H_{2}O+2\ C\longrightarrow }$  $\mathrm {Cr_{2}O_{3}+Na_{2}CO_{3}+2\ H_{2}O+CO\ }$

Na kraju procesa sledi aluminotermijska redukcija hrom(III) oksida do metalnog hroma:

$\mathrm {Cr_{2}O_{3}+2\ Al\longrightarrow Al_{2}O_{3}+2\ Cr\ }$

Čist komad hroma, dobijen aluminotermijskom redukcijom

Hrom se ne može dobiti iz oksidisane rude redukcijom sa ugljem jer takvom reakcijom nastaje hrom karbid. Čisti hrom zbog toga se dobija elektrolitičkim izdvajanjem jona Cr³⁺ iz rastvora sumporne kiseline. Odgovarajući rastvori dobijaju se rastvaranjem hrom(III)-oksida ili ferohroma u sumpornoj kiselini. Ferohrom kao polazni materijal u proizvodnji hroma se dobija uz prethodno odstranjivanje željeza. Hrom visoke čistoće može se dobiti daljnjim koracima čišćenja u tzv. Van Arkel de Boerovom procesu. Ferohrom se dobija redukcijom hromita u lučnoj peći na temperaturi od oko 2800°C.

$\mathrm {FeCr_{2}O_{4}+4\ C\longrightarrow Fe+2\ Cr+4\ CO}$

Osobine

Hrom

Metalni hrom je sjajnobeo metal veoma otporan na koroziju, te u prisustvu vazduha ne tamni. Koristi se kao spoljašnji sloj koji pokriva čelične elemente, popravljajući njihov izgled i štiteći ih od korozije. Hrom je sastojak nerđajućih čelika. U elementarnom je stanju mek, lako se oblikuje i kuje. On je antiferomagnetičan s Nilovom temperaturom od 311 K.

Hrom je najmanje rastvoran od svih metala. Iako ima negativni standardni redoks-potencijal na površini hroma stvara se pasivno stanje, te se ne rastvara u azotnoj kiselini, ni u carskoj vodi, dok se u razblaženoj hladnoj hlorovodoničnoj i sumpornoj kiselini rastvara, a rastvaranje u vrućim kiselinama prestaje. Pri rastvaranju u hlorovodičnoj i sumpornoj kiselini iz njih istiskuje vodonik nakon što se s njegove površine rastvori zaštitni sloj. Najčešća oksidacijska stanja hroma jesu +2, +3 i +6, među kojima je +3 najstabilnije.

Cr(II) je nestabilan sa konfiguracijom d⁴. Kod ove konfiguracije javlja se Jan—Telerov efekat. Iz tog razloga kompleksi sa Cr(II) često su koordinirani kvadratno ili razbijeno oktaedarski. Rastvori Cr²⁺ jona stabilni su samo kad se dobijaju iz najčistijeg hroma dobijenog putem elektrolize. Jedinjenja Cr(II) snažna su redukcijska sredstva.

Cr³⁺ najstabilniji je oblik hroma. To se objašnjava putem teorije kristalnog polja, po kojoj su pri d³ konfiguraciji sve t_2g orbitale zaposednute samo jednim neuparenim elektronom. Ovakva konfiguracija energetski je posebno povoljna i zbog toga i stabilna.

Cr(VI) kao hromat (CrO₄²⁻), odnosno dihromat (Cr₂O₇²⁻) koristi se kao snažno oksidaciono sredstvo. Međutim, Cr(VI) izuzetno je otrovan i kancerogen. U vodenim rastvorima između oba jona postoji hemijska ravnoteža, ali ona zavisi od pH vrednosti. Ako se razblaženi rastvor žutog hroma zakiseli, dobijaju se dodatni joni H⁺, te se, po Le Šateljeovom principu, ravnoteža pomera na stranu dihromata, a rastvor dobije narandžastu boju.

$\mathrm {2\ CrO_{4}^{2-}+2\ H^{+}\rightleftharpoons Cr_{2}O_{7}^{2-}+H_{2}O}$

Izotopi

Hrom koji se nalazi u prirodi sastavljen je iz tri stabilna izotopa: ⁵²Cr, ⁵³Cr i ⁵⁴Cr, među kojima je ⁵²Cr najviše zastupljen (83,789% od prirodnog hroma). Osim njih, otkriveno je ukupno 19 radioaktivnih izotopa, među kojima je najstabilniji izotop ⁵⁰Cr s vremenom poluraspada od više od 1,8 × 10¹⁷ godina, te izotop ⁵¹Cr s vremenom poluraspada od 27,7 dana. Svi ostali radioizotopi imaju vremena poluraspada kraća od 24 sata, a većina njih kraća i od 1 minute. Hrom ima i 2 nuklearna izomera.

Izotop ⁵³Cr je radiogenski proizvod raspada izotopa ⁵³Mn. Izotopski sadržaj hroma obično se kombinuje s izotopskim sadržajem mangana, a našli su primenu u izotopskoj geologiji. Odnosi izotopa mangana i hroma u korelaciji su s izotopima ²⁶Al i ¹⁰⁷Pd te pružaju dokaze o ranoj istoriji Sunčevog sistema. Varijacije u odnosima izotopa ⁵³Cr/⁵²Cr i Mn/Cr dobijenih iz uzoraka nekoliko meteorita daju određene pretpostavke o početnom odnosu ⁵³Mn/⁵⁵Mn, te sugeriraju da Mn-Cr sastav izotopa mora da rezultira iz in-situ raspada izotopa ⁵³Mn na diferenciranim planetarnim telima. Na taj način izotop ⁵³Cr daje dodatne dokaze za procese nukleosinteze neposredno pre koalescencije Sunčevog sistema.

Jedinjenja

Najvažnija ruda hroma je hromit FeCr₂O₄ poznato kao hromit. Ovo jedinjenje se koristi kao aktivan sloj na magnetnim trakama. Redukcijom hromita koksom nastaje ferohrom (Fe + 2Cr) koji se u metalurgiji koristi za dobijanje drugih legura koje sadrže hrom.

Rastvori soli Cr(III) i Cr(VI) poseduju veoma intenzivne boje (zelenu i narandžastu) što se koristi u fotohemiji. Mešavina Na₂Cr₂O₇ sa sumpornom kiselinom se koristi za pranje laboratorijskih stakala. Oksid hroma(III) se koristi kao za bojenje. Soli hroma(VI) su otrovne i izazivaju rak.

Biološki značaj

Hrom je sastojak mnogih enzima i spada u mikroelemente neophodne za život. Olakšava prelazak glukoze iz krvi u ćelije. Smanjuje potrebe za insulinom. Smanjuje rizik od infarkta pošto spušta nivo holesterola u krvi.

Njegova dnevna upotreba bi trebalo da iznosi minimum 1 miligram dnevno. Nedostatak hroma može da izazove razvoj šećera kod odraslih osoba i bolesti transportnog sistema.

Istorija

Luj Nikola Voklen , naučnik koji je prvi dobio elementarni hrom

Soli hroma koristile su se još u za vreme cara Ćin Ši Huanga u drevnoj Kini da bi se poboljšao kvalitet i postojanost bronzanih mačeva. Godine 1761. nemački geolog Johan Gotlob Leman otkrio je narandžasto-crveni mineral na Uralu koji se sastojao iz olovo-hromata (PbCrO₄), a nazvao ga je crvena olovna ruda. Budući da ga je identifikovao kao jedinjenje olova, željeza i selena, hrom je ostao neotkriven. Peter Simon Palas primetio je 1770. u istom području crveni olovni mineral, koji je zbog njegove crvene boje nazvao krokoit (grč. κρόκος /krókos/ - šafran). Vrlo brzo porasla je upotreba crvene olovne rude kao pigmenta. Sjajna žuta boja, koja se dobijala iz krokoita, hrom-žuta, kasnije je postala boja i simbol poštanske službe u gotovo celoj Evropi (poštanska žuta).

Godine 1797. Luj Nikola Voklen dobio je hrom(III) oksid Cr₂O₃ iz krokoita i hlorovodonične kiseline. Godinu kasnije izdvojio je elementarni hrom, delomično čist, redukcijom iz hrom(III)-oksida i drvenog uglja. Ovaj novoizolirani element dobio je ime hrom (izvedeno iz grčkog χρῶμα chrṓma - boja), zbog raznolikosti boja njegovih soli u različitim oksidacionim stanjima. Tragove novog elementa Voklen je uspeo da dokaže čak i u dragom kamenju, poput rubina i smaragda.

U 19. veku jedinjenja hroma pretežno su korištena kao pigmenti boja i za mineralno štavljenje. Krajem 20. veka hrom i jedinjenja hroma gotovo su u potpunosti korišteni za pravljenje legura otpornih na koroziju i visoku temperaturu (hromiranje i hromov čelik).

Vidi još

• Hromiranje
• Nerđajući čelik
• Nihrom
• Trovanje hromom
• Heksavalentni hrom
• Nedostatak hroma
• Hrom u glukoznom metabolizmu

Literatura

• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II izd.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 

Spoljašnje veze

• ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Chromium Toxicity U.S. Department of Health and Human Services
• IARC Monograph "Chromium and Chromium compounds"
• It's Elemental – The Element Chromium
• The Merck Manual – Mineral Deficiency and Toxicity
• National Institute for Occupational Safety and Health – Chromium Page
• Chromium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• „Chromium”. Encyclopædia Britannica (na jeziku: engleski). 6 (11 izd.). 1911. str. 296—298.