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Lexikon der Chemie: Chrom

Chrom, Symbol Cr, chem. Element aus der VI. Nebengruppe des Periodensystems, der Chromgruppe, Schwermetall; Z 24, Massenzahlen der natürlichen Isotope 52 (83,76 %), 53 (9,55 %), 50 (4,31 %), 54 (2,38 %), Atommasse 51,996, Wertigkeit verbreitet II, III, VI, daneben auch V, IV, I, 0, D. 7,14 g cm-3, F. 1875 °C, Kp. 2672 °C, elektrische Leitfähigkeit 7,75 Sm/mm2, Standardelektrodenpotential (Cr/Cr3+) -0,744 V.

Eigenschaften. C. ist ein silberweißes, in reiner Form zähes, dehn- und schmiedbares, im kubischraumzentrierten Gitter kristallisierendes Metall. Bereits geringe Mengen an Verunreinigungen, z. B. Sauerstoff, erhöhen die Härte von C. und führen zu Sprödigkeit. Sehr feinverteiltes C. ist pyrophor. Das kompakte Metall ist demgegenüber chemisch recht widerstandsfähig, es wird weder durch Luft noch durch Wasser merklich oxidiert. Bei hohen Temperaturen verbindet sich C. mit Nichtmetallen wie Sauerstoff, Halogenen, Stickstoff, Bor oder Phosphor. Von Alkalihydroxidschmelzen wird es oberhalb 600 °C angegriffen. Das Verhalten von C. gegenüber Säuren hängt von seiner Vorbehandlung ab. Taucht man C. in Lösungen starker Oxidationsmittel, wie Salpeter- oder Chromsäure, oder oxidiert man es anodisch, so erfährt es infolge der Bildung einer dünnen, zusammenhängenden Chromoxidschutzschicht eine Passivierung, die sich in einer Erhöhung des Normalpotentials auf +1,3 V äußert. Passiviertes C. ist damit in verd. Säuren nicht löslich. Die Passivierung wird aufgehoben, wenn man passiviertes C. als Kathode schaltet oder es in eine reduzierende Lösung eintaucht. Oxidierende Säuren greifen C. aufgrund des geschilderten Passivierungsprozesses in der Kälte nicht und beim Erwärmen nur wenig an.

In seinen Verbindungen tritt C. vor allem zwei-, drei- und sechswertig auf. Weitere Oxidationsstufen sind +4 und +5, starke Komplexbildner, wie Dipyridyl oder Kohlenmonoxid, vermögen auch niedere Wertigkeitsstufen +1, 0, -1, -2 zu stabilisieren. Chrom(VI)-Verbindungen stellen starke Oxidationsmittel dar, während Chrom(II)-Verbindungen reduzierende Eigenschaften haben.

Analytisches. Zur Vorprobe auf C. werden die Oxidationsschmelze (in Anwesenheit von C. Gelbfärbung infolge Chromatbildung) sowie die Phosphorsalz- oder Boraxperle (Grünfärbung in Gegenwart von C.) eingesetzt. Alkalilaugen oder Ammoniak fällen aus Chrom(III)-salzlösungen graugrünes Chromoxidhydrat, das im alkalischen Medium mit starken Oxidationsmitteln zu gelben Chromaten(VI) oxidiert werden kann. Der qualitativen Charakterisierung von Chromaten dient die Überführung in blaues Chromperoxid CrO2 durch Schütteln mit Wasserstoffperoxid und Ether. Gravimetrisch wird C. als Chrom(III)-oxid oder Bariumchromat(VI) bestimmt. Chromate(VI) können mittels iodometrischer Titration nachgewiesen werden.

Chrom ist vor allem in seinen sechswertigen Verbindungen äußerst giftig. Chrom(VI)-oxid, Chromsäure, Chromylchlorid, Chromate, Dichromate und auch Chromstaub rufen eine tiefgreifende, chronische Verätzung der Schleimhäute und der Haut hervor. So treten bei häufigem Hantieren mit Chromatlösungen schwerheilende Hautgeschwüre (Chromgeschwüre, Chromekzeme) auf. Durch eingeatmeten Chrom- oder Chromatstaub werden Geschwüre in der Nasenschleimhaut, Katarrhe der tieferen Atemwege und Lungengeschwüre hervorgerufen. Beim Verschlucken von Chromatlösungen treten schwere Verätzungen des Magen-Darm-Kanals und Nierenschädigungen ein. 0,6 g vom Magen aufgenommenes Chrom(VI)-oxid wirken tödlich.

Als Schutzmaßnahme gegen chronische Vergiftungen empfiehlt sich das Tragen von Gummihandschuhen und Atemmasken sowie eine gute Belüftung des Arbeitsraumes. Bei akuten inneren Verätzungen wird der Magen ausgespült, anschließend werden Milch und Magnesiamixtur eingeflößt.

Vorkommen. C. ist am Aufbau der Erdkruste mit 6,4·10-3 % beteiligt. Das wichtigste Chromerz ist Chromit (Chromeisenstein) FeCr2O4. Ein seltenes Chrommineral ist Krokoit (Rotbleierz) PbCrO4. C. kommt in Boden und Pflanzen als Spurenelement in wechselnden Mengen (um 200 bzw. 2 ppm) vor. Während Chrom(VI) in Form des Chromats CrO42- als mutagener und cancerogener Stoff erkannt worden ist, stellt das Metall in seiner in wäßriger Lösung stabilsten Oxidationsstufe +III ein essentielles Spurenelement dar, dessen Mangelerscheinung eine Glukose-Intoleranz mit Diabetes-ähnlichen Symptomen ist.

Gewinnung. Durch Flotation angereicherter und feingemahlener Chromit wird unter Zusatz von Natriumcarbonat und Calciumoxid in Flamm- oder Drehrohröfen unter Luftzutritt bei 1000 bis 1300 °C zu Natriumchromat oxidiert: 2 FeCr2O4 + 4Na2CO3+ 7/2 O2 → 4 Na2CrO4 + Fe2O3 + 4 CO2. Das Reaktionsgut wird nach Abkühlung mit einer Natriumcarbonatlösung extrahiert, Schwefelsäurezusatz oder CO2-Zufuhr überführt Natriumchromat in Natriumdichromat, das beim Eindampfen als Dihydrat Na2Cr2O7·2 H2O anfällt. Reduktion mit Schwefel oder Kohle führt zu Chrom(III)-oxid, aus dem man aluminothermisch C. gewinnt: Cr2O3 + 2 Al → Al2O3+ 2 Cr. Das bei der aluminothermischen Reaktion anfallende geschmolzene Aluminiumoxid ist als "künstlicher Korund" ein vorzügliches Schleifmittel und bedingt z. T. die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Zur Herstellung von sehr reinem C., werden Chromsäure- oder Chrom(III)-salzlösungen elektrolytisch reduziert; und das entstandene C, das bei Zimmertemperatur bis zu 60 Raumteile Wasserstoff gelöst enthält, wird durch Erhitzen im Hochvakuum entgast. Zur Herstellung von reinstem Chrom bedient man sich des Aufwachsverfahrens, bei dem Elektrolytchrom über die Bildung und thermische Zersetzung von Chrom(III)-iodid einer weiteren Reinigung unterworfen wird. Die technisch wichtige Chrom-Eisen-Legierung Ferrochrom wird durch ein elektrothermisches Verfahren unter Kokszusatz aus Chromit hergestellt.

Verwendung. C. dient zum Verchromen anderer Metalle als wirksamer Schutz gegen oxidativen Angriff. Im breiten Umfang wird es zur Herstellung von Legierungen verwendet; es ist Hauptlegierungselement der Chromlegierungen und wird auch z. B. Nickellegierungen und Superlegierungen beigemengt. Geringe Zusätze von C. zu Kupfer ergeben aushärtungsfähige Legierungen guter elektrischer Leitfähigkeit. C. dient ferner als Legierungselement für Schneidmetalle.

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