خانه / آموزش / کروم چیست

کروم چیست

کروم یکی از عناصر جدول تناوبی است که دارای نشان Cr و عدد اتمی ۲۴ می‌باشد. کروم یا کرومیوم فلزی سخت، براق به رنگ خاکستری فلزی با جلاپذیری بالا و نقطه جوش بالا و مقاومت قابل توجه در برابر زنگ‌زدگی و تیرگی است.

اکسید کرومیوم از بیش از ۲ هزار سال پس در امپراتوری چین برای روکش سلاح‌های فلزی استفاده می‌شد. کروم به عنوان یک عنصر در سال ۱۷۶۱ کشف شد و ابتدا به عنوان رنگدانه کاربرد داشت. در ۱۷۹۷ فلز کروم برای نخستین بار از سنگ معدنی آن جدا شد.از آن زمان تاکنون تقریباً تمام کروم دنیا از سنگ معدنی کرومیت به دست می‌آید. ارزش این فلز بیشتر به دلیل مقاومت بسیار آن در برابر زنگ‌زدگی و فرسایش است به ویژه وقتی کشف شد که افزودن کروم به فولاد تاثیر قابل توجهی در جلوگیری از فرسایش و تیرگی فولاد دارد. امروزه حدود ۸۵ درصد مصرف کروم دنیا برای ساخت فولاد ضدزنگ (که حداقل ۱۰.۵ درصد حجم آن را کروم تشکیل می‌دهد) و همچنین آبکاری با کروم است.

معمولی‌ترین حالتهای اکسایش کروم ۲+  ۳+  و ۶+  است که ۳+ پایدارترین آنها وحالت‌های ۴+ و ۵+ نسبتا کمیاب هستند. ترکیبات کروم در حالت اکسایش ۶، اکسیدکننده‌هایی قوی هستند.

موارد استفاده کروم:

در متالورژی برای مقاوم کردن در مقابل پوسیدگی و در براقی نهایی

به‌عنوان یک جزء در آلیاژها، مثلاً”در فولاد ضدزنگ

در آب کاری با کروم

در آلومینیوم آنادایز

به عنوان یک کاتالیزور

از کرومیت برای ساخت قالبهای پخت آجر استفاده می‌شود.

نمک‌های کروم باعث سبز شدن رنگ شیشه می‌شوند.

کرومات‌ها و اکسیدها در رنگ مو و رنگهای معمولی به کار می‌روند.

دی کرومات پتاسیم یک معرف شیمیایی است که درتمیز کردن ظروف شیشه‌ای آزمایشگاهی و به عنوان یک عامل تیترات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این عنصر همچنین بصورت دندانه (مثلا ، عامل ثابت نگه دارنده) در رنگرزی بکار می‌رود.

دی اکسید کروم(CrO2) در تولید نوارهای مغناطیسی مصرف می‌شود این نوارها نسبت به نوارهای اکسید آهن دارای مقاومت در برابر میدانهای مغناطیسی بیشتری بوده، لذا کارآیی بهتری دارند.

تاریخچه کروم

یوهان گوتلوب لمن در سال ۱۷۶۱ در کوههای اورال ماده معدنی نارنجی- قرمز رنگی پیدا کرد که نام آن را سرب قرمز سیبریایی نهاد. گرچه او به اشتباه آن را ترکیب سرب با آهن و سلنیوم انگاشت، آن ماده معدنی در حقیقت کرومات سرب (PbCrO4) بود.

پیتر سیمون پالاس در سال ۱۷۷۰ این ماده معدنی سربی قرمزرنگ (سرب قرمز سیبریایی) را در همان مکانی که لمن قبلاً دیده بود، مشاهده کرد که خصوصیات مفید زیادی داشت. از جمله این خصوصیات کاربرد آن به عنوان رنگدانه در تولید رنگ بود که استفاده از این ویژگی به سرعت توسعه یافت. رنگ زرد درخشانی که از کروکوئیت ساخته شد به یک رنگ بسیار رایج تبدیل گشت.

سال ۱۷۹۷ نیکلاس لوئی واکلین نمونه‌هایی از سنگ معدن کروکوئیت را پیدا کرد. او با مخلوط کردن کروکوئیت و اسید هیدروکلریک موفق به تهیه اکسید کروم (CrO3) گشت. سال ۱۷۹۸ واکلین متوجه شد که با حرارت دادن این اکسید در کوره‌های ذغالی می‌توان کروم فلزی به دست آورد. او موفق به شناسایی مقدار کمی کروم در سنگ‌های قیمتی از جمله یاقوت و زمرد شد.

در طول دهه اول قرن نوزدهم از کروم بیشتر به عنوان سازه‌ای در رنگ‌ها استفاده می‌شد، اما امروزه عمده کاربرد آن (۸۵٪) در آلیاژهای فلزی است و مابقی موارد استفاده آن در صنایع شیمیایی، مواد نسوز و صنایع پایه است.

نقش بیولوژیکی کروم

کروم سه ظرفیتی فلزی است که مقدار کم آن بسیار ضروری است و برای سوخت و ساز کامل قند در بدن انسان مورد نیاز است. کمبودهای کروم می‌تواند بر توانایی انسولین در ثابت نگه‌داشتن میزان قند خون تأثیر بگذارد. برخلاف سایر فلزاتی که مقدار کم آنها ضروری است، برای کروم عملکرد بیولوژیکی در متالوپروتئین دیده نشده است.

خاصیت ضد زنگ کردن کروم

این فلز کروم میتواند بسیاری از فلزات دیگر را ضد زنگ کرده و از آنها در برابر خوردگی و زنگ زدن محافظت کند. از همین رو یکی از آلیاژهای اصلی فولاد ضدزنگ یا استیل را کروم تشکیل می‌شود.

پیدایش کروم

کروم به شکل سنگ معدن کرومیت Fe، Mg)Cr۲O۴) استخراج می‌شود و با غلظت ۲۱ ذره در میلیون بیست‌ویکمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین است. این عنصر را به صورت تجاری با حرارت دادن این سنگ معدن در حضور آلومینیوم یا سیلیسیوم تهیه می‌شود. نزدیک به نیمی از سنگ معدن کرومیت جهان در آفریقای جنوبی تولید می‌شود و قزاقستان، هند، زیمباوه، ایران، فنلاند، برزیل، روسیه و ترکیه نیز از تولید کنندگان عمده آن هستند. مقدار کرومیت اسخراج نشده بسیار زیاد است، اما از نظر جغرافیایی در قزاقستان و آفریقای جنوبی متمرکز هستند. در سال ۲۰۰۰ حدود ۴٫۴ میلیون تن سنگ معدن کرومیت قابل فروش تولید شد که ۳٫۳ میلیون تن آهن- کروم به ارزش تقریبی ۲٫۵ میلیارد دلار آمریکا از آن به دست آمد.

اگرچه وجود کروم خالص بسیار نادر است، مقادیری کروم خالص کشف شده است. معدن اوداچنایا در روسیه نمونه‌هایی از کروم خالص تولید می‌کند. این معدن یک استوانه کیمبرلیت غنی از الماس است که در آن هم کروم خالص و هم الماس تولید می‌شود.

ترکیبات کروم

دی کرومات پتاسیم عامل اکسید کننده بسیار قوی است و این ترکیب برای تمیز کردن ظروف آزمایشگاهی، ارجح تر از سایر ترکیبات آلی است. اکسید کرومیک همان اکسید کروم سبز است (Cr2O۳)که در نقاشی لعابی و رنگ کردن شیشه مورد استفاده قرار می‌گیرد. زردینه کروم رنگدانه زرد درخشانی است (PbCrO4) که مورد استفاده نقاشان قرار می‌گیرد. اسید کرومیک دارای ساختار فرضی H2CrO۴ است. نه اسید کرومیک و نه اسید دی کرومیک در طبیعت یافت نمی‌شوند اما آنیون‌های آنها در ترکیبات متنوعی یافت می‌شود. تری اکسید کروم CrO۳ ،-اسید بدون آب اسید کرومیک – بصورت تجاری، به‌عنوان اسید کرومیک بفروش می‌رسد.

ایزوتوپ‌های کروم

کروم به طور طبیعی متشکل از ۳ ایزوتوپ پایدار Cr-۵۳ ,Cr-۵۴ ,Cr-۵۲ است که فراوان‌ترین آنها Cr-۵۲ (با فراوانی طبیعی ۷۸۹/۸۳٪) است. ۱۹ رادیو ایزوتوپ که پایدارترین آنها Cr-۵۰ با نیمه عمر(بیش از) ۱٫۸E۱۷سال وCr-۵۱ با نیمه عمر۷۰۲۵/۲۷ روزمی‌باشد برای این عنصر شناخته شده است. مابقی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آن از نیمه عمری کمتراز ۲۴ ساعت برخوردارند که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از ۱ دقیقه است. این عنصر همچنین دارای ۲ حالت برانگیخته است. کروم ۵۳ محصول فروپاشی پرتوزاد Mn-۵۳ است.محتویات ایزوتوپی کروم معمولاً” با محتویات ایزوتوپی منگنز ترکیب می‌شود و در زمین‌شناسی ایزوتوپی کاربرد دارد. نسبت‌های ایزوتوپ Mn-Cr شواهدی را که از Al-۲۶ وPd-۱۰۷ درباره تاریخ ابتدایی به دست آمده تقویت می‌کند. اختلاف در نسبتهای Cr-۵۳/Cr-۵۲ و Mn-Cr در چندین شهاب سنگ بیانگر یک نسبت Mn-۵۳/Mn-۵۵ است که نشان می‌دهد رده‌بندی ایزوتوپ Mn-Cr باید از فروپاشی ثابت Mn-۵۳ در پیکره سیاره‌های مجزا ناشی شده باشد. بنابراین Cr-۵۳ دلایلی بیشتر را درباره فرایندهای نوکلئوسنتزی بلافاصله قبل از یکپارچگی منظومه شمسی در اختیار می‌گذارد.

ایزوتوپهای کروم از نظر وزن اتمی، در بازه ۴۳amu (کروم ۴۳) تا ۶۷amu (کروم ۶۷) قرار دارند. حالت فروپاشی اتمی بلافاصله قبل از فراوان‌ترین ایزوتوپ پایدار(کروم ۵۲)، جذب الکترون است و حالت بلافاصله بعد از آن کاهش بتا است.

هشدارها در مورد کروم

فلز کروم و ترکیبات کروم (III) معمولاً” برای سلامتی خطرناک نیستند، اما ترکیبات کروم VI در صورت بلع سمی هستند. مقدار تقریباً” نصف قاشق چای خوری ترکیبات کروم سمی (VI) کشنده بوده و سرطانزا بودن مقادیر غیرکشنده کروم VI به اثبات رسیده است. بیشتر ترکیبات کروم VI برای چشم، پوست و بافت‌های مخاطی مضر هستند. تماس دائمی با این ترکیبات می‌تواند موجب آسیب‌های دائمی چشم گردد، مگر مواردی که درمان کامل صورت پذیرد.

در سال ۱۹۵۸ سازمان بهداشت جهانی حداکثر میزان مصرف مجاز کروم VI از جنبه سلامتی را ۰۵/۰ میلی‌گرم در هر لیتر آب آشامیدنی پیشنهاد کرد. این پیشنهاد بارها بررسی شد و در این فاصله مقدار اعلام شده تغییر نکرد.