Chrom: Element, Eigenschaften und Verwendungen

Beschreibung

Chrom gehört zur Klasse der Übergangsmetalle, die vor allem für ihre Härte, Korrosionsbeständigkeit und ihren metallischen Glanz bekannt sind. Es findet in den meisten Industriezweigen Anwendung, von der Herstellung von rostfreiem Stahl bis hin zur Verwendung in Schutzbeschichtungen und der Herstellung von Spezialchemikalien. Chrom ist aufgrund der Bildung seiner schützenden Oxidschichten anlaufbeständig und daher ein unverzichtbarer Werkstoff in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Fertigung.

Chrom - das Element

Chrom mit der Ordnungszahl 24 gehört zu den Übergangsmetallen und fällt in die Gruppe 6 des Periodensystems. Chrom wurde 1797 von einem französischen Chemiker namens Louis-Nicolas Vauquelin entdeckt. In der Natur kommt es meist als Teil des Minerals Chromit, FeCr₂O₄, vor. Das Element wird wegen seiner Härte, Korrosionsbeständigkeit und seines auffälligen Metallglanzes sehr geschätzt. Chrom wird vor allem zur Herstellung von Werkstoffen verwendet, die langlebig und widerstandsfähig gegen Abnutzung durch Umwelteinflüsse sind, was es für eine Vielzahl industrieller Prozesse unerlässlich macht.

Chemische Eigenschaften Beschreibung

Chrom ist ein vielseitiges Element mit großen Unterschieden in seinen chemischen Eigenschaften; sein Wert liegt in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen:

• Oxidationsstufen: Die Oxidationsstufen des Chroms reichen von -2 bis +6. Die stabilsten und häufigsten sind +2, +3 und +6. Chrom in der Oxidationsstufe +3 ist in der Regel stabil, während die Oxidationsstufe +6, also sechswertiges Chrom, hochgiftig und krebserregend ist.
• Reaktivität: Chrom verbindet sich in der Luft leicht mit Sauerstoff und bildet eine dünne, schützende Oxidschicht Cr₂O₃, die eine weitere Oxidation verhindert. Diese Oxidschicht ist entscheidend für die Korrosionsbeständigkeit von Chrom. Es kann sich auch mit Schwefel und Halogenen zu verschiedenen Verbindungen wie Chromsulfid und Chromhalogeniden verbinden.
• Verhalten gegenüber Säuren und Basen: Cr₂O₃ ist amphoter, das heißt, es kann sowohl mit Säuren als auch mit Basen reagieren. Diese Eigenschaft ermöglicht es Chromverbindungen, an einer Vielzahl chemischer Reaktionen teilzunehmen, weshalb sie in der Katalyse oder in anderen industriellen Prozessen von Nutzen sind.
• Toxizität: Während 3-wertiges Chrom in Spurenmengen ein für die menschliche Gesundheit essenzielles Element ist, ist seine Oxidationsstufe +6 giftig und krebserregend, insbesondere bei industriellen Anwendungen. Die Exposition gegenüber Cr⁶⁺ kann durch Einatmen, Verschlucken oder Hautkontakt erfolgen und birgt ernste Gesundheitsrisiken.

Physikalische Eigenschaften Datentabelle

Cr⁶ ist ein schweres, hartes, silbriges Metall mit einem sehr hohen Schmelz- und Siedepunkt, was es ideal für den Einsatz in der Industrie bei hohen Temperaturen macht. Einige der wichtigsten physikalischen Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

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Häufige Verwendungszwecke von Chrom

Diese besondere Kombination physikalischer und chemischer Eigenschaften macht Chrom in verschiedenen Branchen unverzichtbar. Zu den wichtigsten Verwendungszwecken von Chrom gehören die folgenden:

• Herstellung vonrostfreiem Stahl: Chrom ist ein sehr wichtiges Legierungselement bei der Herstellung von rostfreiem Stahl, das eine unvergleichliche Korrosions- und Fleckenbeständigkeit ermöglicht. Der Chromgehalt in nichtrostendem Stahl liegt in der Regel zwischen 10 und 30 % und bildet eine passive Oxidschicht, die den Stahl vor Rost und Anlaufen schützt. Diese Stähle haben ein breites Anwendungsgebiet gefunden, das von Küchengeräten und medizinischen Instrumenten bis hin zum Bauwesen und zur Luft- und Raumfahrt reicht.
• Verchromen: Chrom wird sehr häufig in der Galvanotechnik verwendet, um eine glänzende, dauerhafte und korrosionsbeständige Oberfläche zu erzeugen. Verchromt werden in der Regel Automobilteile, Haushaltsgeräte, Sanitärarmaturen und dekorative Gegenstände. Dadurch werden sowohl die Ästhetik als auch die Haltbarkeit dieser Produkte verbessert.
• Pigmente und Farbstoffe: Chromverbindungen, einschließlich Chromoxid (Cr₂O₃), werden als Pigmente für Farben, Farbstoffe und Tinte verwendet. Chromgelb, PbCrO₄, ist das bekannte Pigment für die Herstellung leuchtend gelber Farben. Das stabilere Chromoxid wird für die Herstellung von Grünpigmenten in Keramikglasuren und Kunststoffen verwendet.
• Legierungen: Chrom wird in einer Reihe von Hochleistungslegierungen für industrielle, luft- und raumfahrttechnische sowie militärische Anwendungen eingesetzt. So wird Chrom beispielsweise mit Nickel und Eisen legiert, um Superlegierungen herzustellen, die in Turbinenschaufeln, Motoren und Abgassystemen verwendet werden. Diese Legierungen zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Hitze- und Verschleißbeständigkeit aus und eignen sich daher für raue Bedingungen.
• Holzschutz: Chromverbindungen, insbesondere die Behandlung mit chromiertem Kupferarsenat, werden zur Behandlung von Holz verwendet, um es gegen Fäulnis, Pilze und Insektenbefall zu schützen. Aufgrund dieser Widerstandsfähigkeit wird CCA-behandeltes Holz häufig für Konstruktionen im Außenbereich, wie Zäune und Terrassen, sowie für Strommasten verwendet.

Aufbereitungsmethoden

Die wichtigste Methode zur Gewinnung von Chrom ist die aluminothermische Reaktion; als Erz wird im Allgemeinen Chromit, FeCr₂O₄, verwendet. Bei diesem Verfahren wird das Chromit mit Aluminiumpulver vermischt und erhitzt, wodurch die Reduktion von Chromoxid zu metallischem Chrom erfolgt. Chrom kann auch durch die Elektrolyse von Chromchlorid in geschmolzenem Salz hergestellt werden; dieses Verfahren wird für hochreine Anwendungen eingesetzt. Diese Verfahren sind zwar energieintensiv, bieten aber eine äußerst zuverlässige Versorgung mit Chrom für die industrielle Nutzung.

Verwandte Industrieprodukte

Chrom wird bei der Herstellung vieler industrieller Produkte verwendet:

• Rostfreier Stahl: Chrom, in der Regel in Kombination mit Nickel und Molybdän, ist die Grundlage für rostfreien Stahl, der in allen Bereichen von der Lebensmittelverarbeitung über das Bauwesen bis hin zur Medizin eingesetzt wird.
• Chromhaltige Legierungen: Chromlegierungen werden für Anwendungen verwendet, die eine hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Zähigkeit erfordern. Beispiele hierfür sind Komponenten wie Turbinenschaufeln, Motorenteile und schwere Maschinenteile.
• Chromhaltige Chemikalien: Die Herstellung von Chemikalien ist ein weiterer wichtiger Bereich, in dem Chrom ein wichtiger Rohstoff ist. Dazu gehören Chromsalze, Chromdioxid, das in magnetischen Aufzeichnungsmedien verwendet wird, und andere spezielle Verbindungen. Diese werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, die von der Gerbung von Leder über die Wasseraufbereitung bis hin zu galvanischen Verfahren reichen.

Häufig gestellte Fragen

Wofür wird Chrom im täglichen Leben verwendet?

Chrom wird vor allem bei der Herstellung von rostfreiem Stahl für Küchengeräte, Besteck, medizinische Instrumente und Industriemaschinen verwendet. Es wird auch für die Verchromung von Autoteilen, Haushaltsgegenständen und dekorativen Oberflächen verwendet.

Wie wird Chrom gewonnen?

Die Gewinnung von Chrom aus Chromerz erfolgt durch die aluminothermische Reaktion des Erzes mit Aluminiumpulver, das erhitzt wird, um Chromoxid zu metallischem Chrom zu reduzieren. Darüber hinaus wurden verschiedene elektrolytische Verfahren entwickelt, um noch reineres Chrom zu gewinnen.

Warum ist Chrom gefährlich?

Chrom ist giftig und krebserregend, insbesondere in seiner sechswertigen Form (Cr⁶⁺). Es ist gesundheitsgefährdend, wenn es eingeatmet oder verschluckt wird. Die Exposition gegenüber diesem Element ist in der Industrie sehr häufig und daher sollten beim Umgang mit Chromverbindungen in der Industrie angemessene Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Spielt Chrom eine wesentliche Rolle für die menschliche Gesundheit?

Ja, dreiwertiges Chrom (Cr³⁺) ist ein essenzielles Spurenelement, das eine Rolle bei der Regulierung des Glukosestoffwechsels spielt. Es wird jedoch nur in geringen Mengen benötigt, und ein Mangel ist selten.

Was ist die Hauptquelle für Chrom?

Das meiste Chrom wird aus Chromerz gewonnen, das hauptsächlich in Südafrika, Indien, Kasachstan und der Türkei vorkommt. Diese Länder sind die größten Chromerzproduzenten der Welt.