Chrom

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Einleitung

Chrom, chemisches Symbol Cr, metallisches Element mit der Ordnungszahl 24, das zusammen mit Molybdän, Wolfram und Seaborgium in der sechsten Nebengruppe des Periodensystems steht.

Chrom zählt zu den Übergangsmetallen und wurde 1797 von dem französischen Chemiker Louis Nicolas Vauquelin entdeckt, der es wegen der Vielfarbigkeit seiner Verbindungen nach dem griechischen Wort chroma für „Farbe” benannte. Vauquelin gewann das Element in verunreinigter Form. Erstmals in reiner Form erzeugte es 1894 der deutsche Chemiker Hans Goldschmidt nach dem von ihm erfundenen aluminothermischen Verfahren (siehe Metallurgie). Goldschmidt setzte dabei Chrom(VI)-oxid mit Aluminiumpulver um:

Cr2O3 + 2Al → 2Cr + Al2O3.

Chrom wird heute vor allem (zu 75 Prozent) zur Erzeugung von Ferrochrom, einer Eisenlegierung, verwendet.

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Vorkommen und Eigenschaften

Natürliches Chrom besteht aus vier Isotopen (⁵⁰Cr, ⁵²Cr, ⁵³Cr, ⁵⁴Cr), von denen Chrom 52 am häufigsten auftritt. Daneben sind auch künstliche Isotope bekannt. Das Schwermetall gehört zu den häufigeren Elementen in der Erdkruste und steht in deren Rangliste an 21. Stelle. Chrom kommt in der Natur vorwiegend in gebundener Form vor. Häufigstes Erz ist Chromit oder Chromeisenstein (FeCr₂O₄ oder FeO · Cr₂O₃), seltener kommt z. B. Krokoit oder Rotbleierz (PbCrO₄) vor. Chrom ist in Form von Chrom(III)-verbindungen außerdem ein essentielles Spurenelement für den Menschen sowie für Pflanzen und Tiere. Chrom(VI)-verbindungen hingegen sind sehr giftig. In Gebieten, in denen chrom- und manganhaltige Gesteine gemeinsam vorkommen, kann in seltenen Fällen Chrom durch Mangan zu giftigem Chrom(VI) oxidiert werden.

Im reinen Zustand ist Chrom ein silberglänzendes, dehn- und schmiedbares Metall, das durch Verunreinigungen zunehmend spröde wird. Es schmilzt bei 1 890 °C, siedet bei 2 200 °C, besitzt eine Dichte von 7,2 Gramm pro Kubikzentimeter hat eine Atommasse von 51,99 u. Bei Raumtemperatur wird kompaktes Chrommetall weder von Luft noch von Wasser angegriffen. Fein gemahlenes Chrompulver hingegen reagiert an der Luft unter Feuererscheinung (pyrophor). Erst bei hohen Temperaturen reagiert Chrom mit Nichtmetallen wie Sauerstoff, Schwefel, Halogenen, Stickstoff, Kohlenstoff und Bor. Von konzentrierten, oxidierenden Säuren (z. B. Salpetersäure, Schwefelsäure) wird Chrom passiviert, d. h., die Metalloberfläche überzieht sich mit einer Schutzschicht aus Chrom(III)-oxid. Passiviertes Chrom wird dann z. B. nicht von verdünnter Salzsäure (siehe Chlorwasserstoff) angegriffen, unpassiviertes Chrom löst sich darin aber unter Wasserstoffentwicklung auf.

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Verbindungen

In seinen Verbindungen tritt Chrom mit den Oxidationszahlen von -2 bis +6 auf; am häufigsten sind die Stufen +2, +3 und +6. Chrom(VI)-verbindungen wirken stark oxidierend. So können gelbe Chromate (CrO₄^2-) bei Anwesenheit oxidierbarer Stoffe in saurer Lösung in grün gefärbtes Chrom(III) (Cr³⁺) übergehen:

CrO42- + 8H+ + 3e- → Cr3+ + 4H2O.

Ähnlich reagieren auch die orange gefärbten Dichromate (Cr₂O₇^2-):

Cr2O72- + 14H+ + 6e- → 2Cr3+ +7H2O.

Weitere Chrom(VI)- bzw. Chrom(III)-verbindungen sind das tiefrote Chrom(VI)-oxid (CrO₃), das grüne Chrom(III)-oxid (Cr₂O₃) und das Chrom(III)-chlorid (CrCl₃), das im wasserfreien Zustand violettrot und mit Wasser dunkelgrün gefärbt ist. Beispiele für Chrom(II)-verbindungen sind Chromdihalogenide wie das blaugrüne Chromdifluorid (CrF₂), ferner das hellbraune Chromdicyanid (Cr(CN)₂) sowie das schwarze Chrom(II)-oxid (CrO). Darüber hinaus bildet Chrom eine Vielzahl von Komplexverbindungen (siehe Koordinationschemie) und metallorganischen Verbindungen.

Chrom kann im Kristallgitter einiger Aluminium- und Eisenmineralien einen Teil der Metallatome ersetzen und ihnen dadurch Farben verleihen. Außerdem verdanken einige Edelsteine ihre Farbe den enthaltenen Chromverbindungen (z. B. Smaragd).

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Verwendung

Chrom wird heute vor allem zur Herstellung von Ferrochrom benötigt, einem Ausgangsprodukt für nicht rostende und andere Edelstähle. Ferrochrom ist eine Eisenlegierung, die durch Reduktion von Chromit mit Koks in elektrischen Industrieöfen entsteht:

FeO + Cr2O3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO.

Zusätzlich wird der Reaktionsmischung noch Quarz als Siliciumbeigabe hinzugefügt. Handelsübliches Ferrochrom enthält zwischen 52 und 75 Prozent Chrom, 0,01 bis 10 Prozent Kohlenstoff und 0,02 bis 12 Prozent Silicium. Ebenfalls technisch bedeutend sind Legierungen ohne Eisen wie Chrom-Nickel- oder Chrom-Cobalt-Legierungen, die u. a. zu Laufschaufeln für Gasturbinen und als Werkstoff für Raketentriebwerke oder Anlagen der chemischen Industrie weiterverarbeitet werden.

Das Verchromen von Metallen oder Stahl macht diese beständiger gegen Korrosion: Der betreffende Gegenstand wird in eine Lösung von Dichromsäure (H₂Cr₂O₇) getaucht und als Kathode (siehe Elektrode) geschaltet. Das Chrom schlägt sich dabei nach folgender Teilreaktion auf dem (zuvor meist vernickelten) Gegenstand nieder:

Cr2O72- + 14H+ + 12e- → 2Cr + 7H2O.

Zur Färbung von Glas und Emaille nutzt man das ungiftige, grüne, auch als Chromoxidgrün bezeichnete Chrom(III)-oxid (Cr₂O₃). Chrom(VI)-verbindungen werden aufgrund ihrer Giftigkeit nicht mehr in Farben oder Anstrichstoffen verwendet. Von historischer Bedeutung sind die Malerfarben Chromgelb oder Bleichromat (PbCr^VIO₄) sowie Chromgrün, eine Mischung aus Chromgelb und Berliner Blau (siehe Eisen).