کروم

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

کروم، 24Cr
ویژگی‌های کلی
ظاهرنقرهy metallic
جرم اتمی نسبی (Ar، استاندارد)۵۱٫۹۹۶۱(۶)[1]
کروم در جدول تناوبی
-
↑
Cr
↓
Mo
وانادیم ← کروم → منگنز
عدد اتمی (Z)24
گروهگروه ۱۲
دورهدوره 4
بلوکبلوک-d
آرایش الکترونی[Ar] 3d5 4s1
لایه الکترونی
2, 8, 13, 1
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب2180 K ​(1907 °C, ​3465 °F)
نقطه جوش2944 K ​(2671 °C, ​4840 °F)
چگالی (near r.t.)7.19 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)6.3 g/cm3
حرارت همجوشی21.0 kJ/mol
آنتالپی تبخیر 339.5 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی23.35 J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 1656 1807 1991 2223 2530 2942
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 (depending on the oxidation state, an acidic, basic, or amphoteric اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 1.66
انرژی یونش
  • 1st: 652.9 kJ/mol
  • 2nd: 1590.6 kJ/mol
  • 3rd: 2987 kJ/mol
  • (بیشتر)
شعاع اتمیempirical: 128 pm
شعاع کووالانسی pm 139±5
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری کروم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری ​(bcc)
سرعت صوت thin rod5940 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی4.9 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی93.9 W/(m·K)
رسانش الکتریکی125 n Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسیAFM (rather: SDW[2])
مدول یانگ279 GPa
مدول برشی115 GPa
مدول حجمی160 GPa
نسبت پواسون0.21
سختی موس8.5
سختی ویکرز1060 MPa
سختی برینل1120 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-47-3
ایزوتوپ‌های کروم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
50Cr 4.345% > 1.8×1017y εε - 50Ti
51Cr syn 27.7025 d ε - 51V
γ 0.320 -
52Cr 83.789% 52Cr ایزوتوپ پایدار است که 28 نوترون دارد
53Cr 9.501% 53Cr ایزوتوپ پایدار است که 29 نوترون دارد
54Cr 2.365% 54Cr ایزوتوپ پایدار است که 30 نوترون دارد

اکسید کروومیوم از بیش از ۲ هزار سال پیش 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 تأثیر 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 و حالت‌های ۴+ و ۵+ نسبتاً کمیاب هستند. ترکیبات کروم در حالت اکسایش ۶، اکسیدکننده‌هایی قوی هستند.

کاربردها

موارد استفاده کروم:

  • در متالورژی برای مقاوم کردن در مقابل پوسیدگی و در براقی نهائی:
    • 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 به صورت دندانه (مثلاً، 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 کارایی بهتری دارند.
  • جهت دوپ کردن در پوشش کربن شبه الماس (DLC)

تاریخچه

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 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

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 استینلس استیل را کروم تشکیل می‌شود.

البته باید مد نظر قرارداد که زیر 4 درصد کروم ، خاصیت ضد زنگ ایجاد نمیکند.

حضور کروم زیر چهار درصد در کنار کربن به استحکام قطعه می افزاید.

پیدایش

کروم به شکل سنگ معدن کرومیت Fe, Mg)Cr2O۴) 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، زیمبابوه، ایران، فنلاند، برزیل، روسیه و ترکیه نیز از تولیدکنندگان عمده آن هستند. مقدار کرومیت استخراج 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 شده‌است. 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

دی کرومات پتاسیم عامل اکسیدکننده 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 - به صورت تجاری، به‌عنوان اسید کرومیک بفروش می‌رسد.

ایزوتوپ‌ها

کروم به‌طور طبیعی متشکل از ۳ ایزوتوپ پایدار Cr-53 ,Cr-54 ,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 روز است برای این عنصر شناخته شده‌است. 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 دربارهٔ تاریخ ابتدایی به دست آمده تقویت می‌کند. اختلاف در نسبت‌های Cr-53/Cr-۵۲ و Mn-Cr در چندین شهاب سنگ بیانگر یک نسبت Mn-53/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 دربارهٔ 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

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 رسیده‌است. بیشتر ترکیبات کروم VI برای چشم، پوست و همچنین 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

منابع
  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Fawcett, Eric (1988). "Spin-density-wave antiferromagnetism in chromium". Reviews of Modern Physics. 60: 209. doi:10.1103/RevModPhys.60.209.

پیوند به بیرون
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.