Kromi

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tämä artikkeli käsittelee metallista alkuainetta. "Kromi" on myös metalliyhtye Saran toinen albumi vuodelta 2002.
VanadiiniKromiMangaani


Cr

Mo  
 
 
Cr-TableImage.png
Yleistä
Nimi Kromi
Tunnus Cr
Järjestysluku 24
Luokka siirtymämetalli
Lohko d
Ryhmä 6
Jakso 4
Tiheys 7,15×103 kg/m3
Kovuus 8,5 (Mohsin asteikko)
Väri hopeisen metallinen
Löytövuosi 1797
Atomiominaisuudet
Atomipaino 51,9961[1] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 166 pm
Kovalenttisäde 127 pm
Orbitaalirakenne [Ar] 3d5 4s1
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 13, 1
Hapetusluvut VI, III, II
Kiderakenne tilakeskinen kuutiollinen (BCC)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 2180 K (1907 °C)
Kiehumispiste 2944 K (2671 °C)
Moolitilavuus -×10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö 339,5 kJ/mol
Sulamislämpö 21,0 kJ/mol
Höyrynpaine - Pa - K:ssa
Äänen nopeus 5940 m/s 293,15 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,66 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,449 kJ/kg K
Sähkönjohtavuus 7.9×106 S/m
Lämmönjohtavuus (300 K) 93,9 W/(m×K)
CAS-numero 7440-47-3
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Kromi on järjestysluvultaan 24. alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Cr (lat. chromium) ja CAS-numero 7440-47-3. Aineen nimesi sen vuonna 1798 Pariisissa eristänyt Louis Nicolas Vauquelin todettuaan, minkälaisen värikirjon se sai aikaan mineraalista valmistettuun liuokseen. Hän totesi myös, että smaragdin vihreä väri johtuu kromista.[2] Nimi on johdettu kreikankielisestä sanasta χρωμα (khroma), 'väri'.

Ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kromi kuuluu metalleihin ja on väriltään harmahtava, kiiltävä ja kova. Kromi esiintyy kahdessa allotrooppisessa muodossa: kiderakennne 20°C lämpötilassa on tilakeskeinen kuutiollinen[3][4][5], 1840°C:ssa tapahtuu muutos pintakeskeiseen kuutiolliseen kiderakenteeseen. Kromilla on neljä pysyvää isotooppia, joista yleisin on 52Cr, jota on 83,8% luonnosta esiintyvästä kromista.[6] Kromilla on myös lukuisia luonnossa esiintymättömiä, radioaktiivisia isotooppeja.

Stabiilit isotoopit[7]
Isotooppi Atomimassa (u) Esiintymisosuus luonnossa (%)
50Cr 49,946 0495 4,345
52Cr 51,940 5115 83,789
53Cr 52,940 6534 9,501
54Cr 53,938 8846 2,365

Kromia käytetään eri metallien pinnoittamiseen. Sillä saadaan metalliesineiden pinnat säilymään hapettumattomina ja kirkkaina,[2] minkä vuoksi pinnoitusta on käytetty korvaamaan läpikotaisin ruostumattomasta teräksestä valmistettuja tuotteita. Kromipinnoitteet jaotellaan kahteen eri luokkaan; kovakromaukseen ja kiiltokromaukseen. Kovakromauksessa pinta on todellakin kromia ja se muodostaa kovan kulutusta kestävän pinnan. Kovakromausta käytetään muun muassa metallinmuokkaustyökalujen pinnoitteina. Kiiltokromauksen tyypillisiä sovelluksia ovat esimerkiksi auton puskurit. Nimestään huolimatta pinnoite saa kiiltonsa nikkelistä.lähde?

Kromi on pääseosaine ruostumattomissa teräksissä.[2] Teräkseen sitä seostetaan ferrokromin muodossa puhtaan metallin sijasta. Suomessa ferrokromia tuottaa Outokumpu Oyj:n tehdas Torniossa. Kromimalmin sinne louhii tytäryhtiö Outokumpu Chrome Oy läheiseltä Elijärven kaivoksesta Keminmaalta.[2] Tämä on koko EU:n alueen ainoa kromiittikaivos.[8]

Kromia

Yhdisteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kromi kuuluu jaksollisessa järjestelmässä ryhmään 6, ja se omaa elektronikonfiguraation [Ar]3d54s1. Kromi muodostaa yhdisteitä hapetusasteilla -2:sta +6:een. Kromi muodostaa pysyvimmät yhdisteensä hapetusasteilla +3 ja +6. Hapetusasteilla -2, -1, +1, +2, +4 ja +5 esiintyvät yhdisteet ovat harvinaisempia.

Kromi muodostaa epämetallien kanssa useita yhdisteitä eri hapetusasteilla, kuten halideja, hydrideitä, borideja, nitrideitä, fosfideita, silisidejä, arsenidejä, oksideita ja oksoyhdisteitä, Kromi muodostaa anionien kanssa suoloja, kuten kromi(III)sulfaattia.[9]

Kromin tärkeimmät yhdisteet esiintyvät hapetusasteella +3 ja +6. Hapetusasteella +3 kromi muodostaa muun muassa halideja CrX3 (X= Cl, Br, F) sekä Kromi(III)-oksidin Cr2O3. Hapetusasteella +6 kromi muodostaa useita yhdisteitä, joista tärkeimmät ovat hapettimina käytetyt kromaatit CrO42- ja dikromaatit [Cr2O7]2-.

Kromaatti-ja dikromaatti-ionin esiintyvät vesiliuoksissa tasapainotilassa, joka on riippuvainen pH:sta. Happamissa olosuhteissa tasapaino on dikromaatti-ioneja suosiva, ja ne toimivat voimakkaampina hapettimina.[9]

CrO42- (aq) + 4H2O + 3e- → Cr(OH)3 + 5OH-      ε0 = −0.13 V

[Cr2O7]2-(aq) + 14H+ + 6e- → 2Cr3++7H2O         ε0 = 1.33 V [10]

Kromin Pourbaix-diagrammi, joka havainnollistaa pysyvintä yhdistettä tietyissä olosuhteissa.
Kiinteä kaliumdikromaatti
Kiinteä kaliumkromaatti
Esimerkkiyhdiste hapetusasteella[11]
−2 Na2[Cr(CO)5]
−1 Na2[Cr2(CO)10]
0 Cr(C6H6)2
+1 K3[Cr(CN)5NO]
+2 CrCl2
+3 CrCl3
+4 K2CrF6
+5 K3CrO8
+6 K2CrO4, H2CrO4,

Koordinaatiokompleksit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kromi muodostaa kaikilla hapetusasteillaan koordinaatiokomplekseja, jotka ovat useimmiten geometrialtaan oktahedraalisia. Komplekseja tunnetaan tuhansia erilaisia, esimerkiksi halidi-, akvahalidi-, syanidi ja amiinihalidikompleksit, kompleksit neutraalien ligandien ja monihampaisten ligandien kanssa sekä metalloseenit, kuten kromoseeni.[9]

Kromi(II)-komplekseja hyödynnetään muun muassa koordinaatioyhdisteiden tutkimuksessa, koska ne ovat labiileja. Kromi(III)-kompleksit muodostavat suuren osuuden kromin kemiallisesta käytöstä. Hapetusasteella 0 kromi muodostaa komplekseja neutraalien π-donoriligandien kanssa, kuten heksakarbonyylikromi(0):n [Cr(CO)6].[9]

Heksakarbonyylikromi(0)-koordinaatiokompleksi

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valtaosa kromin käytöstä on sen käyttö metalliseoksissa ferrokromina. Kromia käytetään metalliseoksissa tuomaan niihin kovuutta ja ruostumattoman teräksen valmistuksessa, sillä kromi pystyy muodostamaan pysyviä metallikarbideja jotka vahvistavat metallin rakennetta. Kromi lisää myös korroosionkestävyyttä.[12] Esimerkiksi työkaluissa kromia on usein 3-5%. Ruostumatonta terästä saadaan, kun rautaan lisätään noin 10% tai enemmän kromia.[13] Kromia käytetään myös teräksen pinnoittamiseen, sillä se saa aikaan kiiltävän pinnan. Kromia käytetään usein autojen osien, kuten puskureiden pinnoittamiseen. Sitä voidaan käyttää myös muovien pinnoittamiseen kiiltävän pinnan aikaansaamiseksi.[12]

Kromia, esimerkiksi kromisulfaattia, voidaan käyttää myös nahan värjäämiseen. Värjätyssä nahassa voi olla 4-5% kromia, joka on sitoutunut proteiineihin.[14] Syntyvä jäte on kuitenkin myrkyllistä, joten sen tilalle etsitään uusia vaihtoehtoja.[12]

Kromiyhdisteitä käytetään teollisina katalyytteinä ja pigmentteinä (kirkkaan vihreissä, keltaisissa, punaisissa ja oransseissa väreissä). Kromi esiintyy esimerkiksi maaleissa usein lyijy-yhdisteinä (esim. PbCrO4), jotka ovat myrkyllisiä ympäristölle. Tästä syystä varsinkin kromin keltaisen pigmentin käyttö on vähentynyt ja on siirrytty orgaanisiin pigmentteihin, jotka eivät sisällä kromia tai lyijyä.[15] Rubiinit saavat punaisen värinsä kromi-ioneista ja lasi saa smaragdinvihreän väri, kun se käsitellään kromilla.[12]

Kromin(VI)-suoloja käytetään puun käsittelyssä parantamaan sen säilyvyyttä. Puutavara käsitellään esimerkiksi kromatulla kupariarsenaatilla, mikä suojaa puuta sieniltä ja haitallisilta hyönteisiltä, kuten termiiteiltä.[16] Suomessa arseenipitoisten suolakyllästeiden käyttö on kielletty vuonna 2007.[17]

Kromi ja ihmisen ravitsemus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kromi on elimistölle välttämätön hivenaine ja se osallistuu mm. hiilihydraattien sekä rasvojen aineenvaihduntaan. Kromia tarvitaan lisäksi sokeriaineenvaihdunnan ja hermoston toimintaan sekä verensokerin säätelyyn. Ilman riittävää kromin saantia elimistö ei pysty hyödyntämään glukoosia riittävän hyvin.[18] Kromin saantisuositus on 50-200 mikrogrammaa vuorokaudessa. Sen liikasaanti on kuitenkin haitallista.[19]

Kromin lähteitä ovat leivinhiiva, maksa, täysjyvämurot, mausteet, teollisesti valmistettu liha, sienet ja hunaja. Ruoat, joissa on paljon yksinkertaisia sokereita, kuten sakkaroosia ja fruktoosia sisältävät hyvin vähän kromia.[20] Usein ravinnosta saadaan kuitenkin alle 60 % minimisaantisuosituksesta. [18] Maanviljelyllä ja ruoan tuotantotavoilla on vaikutusta eri ruokien kromipitoisuuteen ja siksi sitä on vaikea tarkkaan arvioida.[20]

Ravinnossa esiintyvä kromi on Cr(III)–muodossa ja on ihmiselle välttämätöntä, kun taas Cr (VI) on hengitettynä erittäin myrkyllistä ja mutageenistä. Cr(VI)–muodon ei ole havaittu olevan karsinogeenista liuoksissa.[21]

Esiintymät ja kaivostoiminta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kromia esiintyy useissa mineraaleissa, mutta ainoastaan kromiitti-mineraalin käyttö on taloudellisesti kannattavaa. Tällä hetkellä taloudellisesti kannattavia malmivarantoja on arvioitu olevan 1,14 miljardia tonnia ja löydetyt varannot kokonaisuudessaan 3,91 miljardia tonnia (normitettu 45% Cr2O3 pitoisuuteen). Suurin osa (70-80%) tästä on Etelä-Afrikassa, Bushveldin esiintymässä. Seuraavaksi suurimmat varannot ovat Kazakstanissa ja Zimbabwessa. Noin 1% maailman varannoista löytyy Suomesta.[22]

2010 arvioitiin vuotuiseksi kromiitti-malmin käyttömääräksi 12 miljoonaa tonnia vuodessa. On arvioitu malmivarantojen riittävän sadoiksi vuosiksi.[22]

Suomessa tuotettiin vuonna 2014 kromiittimalmia 1,03 miljoonaa tonnia ja 450 000 tonnia ferrokromia.[23] Suomen kromiittimalmin tuotanto oli siis n. 3,9% maailman kokonaistuotannosta.

Tuotetun kromiittimalmin määrä miljoonissa tonneissa[8]
Maa 2014 2015
Etelä-Afrikka 12 15
Intia 3,54 3,5
Kazakstan 3,7 3,8
Turkki 2,6 3,6
Muut maat 4,59 4,6
Maailmanlaajuinen kokonaistuotanto 26,4 27

Merkittävimmät esiintymisalueet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  2. a b c d Marko Hamilo: HS:n alkuainesarjan artikkeli kromista Helsingin Sanomat. Viitattu 7.7.2010.
  3. John F. Papp, Bruce R. Lipin: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc., 2000. ISBN 9780471238966. Teoksen verkkoversio (viitattu 16.6.2017). en
  4. Smithells,C. 1967 Metals Reference Book 1, Plenum Press, New York, 4. painos (1967), s. 157F. E. Bacon, 1964. Chromium and Chromium Alloys. Encyclopedia of Chemical Technology, 5, Interscience, New York, 2. painos. s.459.: Chromium and Chromium Alloys. Encyclopedia of Chemical Technology 5. 4.painos, s. 459. Plenum Press, New York, 1967.
  5. Simons, E.: Guide to Uncommon Metals. 4.painos, s. 157. Plenum Press, New York, 1967.
  6. John R. de Laeter, John Karl Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman: Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 1.1.2003, nro 6. doi:10.1351/pac200375060683. ISSN 1365-3075. Artikkelin verkkoversio. en
  7. John R. de Laeter, John Karl Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman: Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 1.1.2003, nro 6. doi:10.1351/pac200375060683. ISSN 1365-3075. Artikkelin verkkoversio. en
  8. a b USGS National Minerals Information Center, Center UNMI. Chromium. 2016. USGS Miner Commod Summ. s. 48–9. https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/chromium/mcs-2016-chrom.pdf
  9. a b c d Rollinson, Carl L.: The chemistry of chromium, molybdenum and tungsten. Pergamon, 1975, ©1973. ISBN 9780080188676.
  10. Overton, Tina.: Descriptive inorganic chemistry. W.H. Freeman, 2010. 473479184. ISBN 1429218142. Teoksen verkkoversio.
  11. Guertin, Jacques., Jacobs, James A. (James Alan), 1956-, Avakian, Cynthia P., Independent Environmental Technical Evaluation Group., CRC Press.: Chromium (VI) handbook. CRC Press, 2005. 172963452. ISBN 9780203487969. Teoksen verkkoversio.
  12. a b c d [http://www.rsc.org/periodic-table/element/24/chromium Chromium - Element information, properties and uses | Periodic Table] www.rsc.org. Viitattu 16.6.2017. (englanniksi)
  13. Kromi www.helsinki.fi. Viitattu 16.6.2017. (englanniksi)
  14. National Research Council (U.S.). Committee on Biologic Effects of Atmospheric Pollutants.: Chromium. {{{Julkaisija}}}. ISBN 0309022177.
  15. Stout, George L. (George Leslie): Painting materials : a short encyclopaedia. Dover Publications, 1966. ISBN 0486215970.
  16. J. A Hingston, C. D Collins, R. J Murphy, J. N Lester: Leaching of chromated copper arsenate wood preservatives: a review. Environmental Pollution, January 2001, nro 1, s. 53–66. doi:10.1016/S0269-7491(00)00030-0. Artikkelin verkkoversio.
  17. Onnettomuuden vaaraa aiheuttavat aineet: Arseenipitoiset suolakyllästeet www.ttl.fi. Viitattu 16.6.2017.
  18. a b Richard A Anderson: Chromium as an Essential Nutrient for Humans. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 1.8.1997, nro 1, s. S35–S41. doi:10.1006/rtph.1997.1136. Artikkelin verkkoversio.
  19. A. S. Kozlovsky, P. B. Moser, S. Reiser, R. A. Anderson: Effects of diets high in simple sugars on urinary chromium losses. Metabolism: Clinical and Experimental, June 1986, nro 6, s. 515–518. PubMed:3713513. ISSN 0026-0495. Artikkelin verkkoversio.
  20. a b Office of Dietary Supplements - Dietary Supplement Fact Sheet: Chromium Viitattu 16.6.2017. (englanniksi)
  21. Sandra S. Wise, John Pierce Wise Sr.: Chromium and genomic stability. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 1.5.2012, nro 1–2, s. 78–82. PubMed:22192535. doi:10.1016/j.mrfmmm.2011.12.002. Artikkelin verkkoversio.
  22. a b Papp JF, Lipin BR. 2010. Handbook of Chemical Industry Economics, Inorganic. https://pubs.usgs.gov/of/2001/0381/report.pdf
  23. Papp JF. CHROMIUM. In: 2014 Minerals Yearbook 2016. USGS National Minerals Information Center. https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/chromium/myb1-2014-chrom.pdf

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Kromi.


Tämä kemiaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.