Chrom (Element Cr) – Eigenschaften, Vorkommen und Isotope

Chrom (Cr): Eigenschaften, Vorkommen & Isotope kompakt erklärt — Atomaufbau, Isotopenvielfalt, natürliche Vorkommen und Anwendungen. Alles Wissenswerte kurz und verständlich.

Chrom ist ein chemisches Element. Sein Symbol im Periodensystem (eine Liste aller Elemente) ist Cr. Es hat immer 24 Protonen, seine Ordnungszahl beträgt also 24. Die mittlere relative Massenzahl (Atommasse) beträgt etwa 51,996 (gerundet 52). Am häufigsten kommt das Isotop mit 28 Neutronen vor (das ist 52Cr), aber verschiedene Isotope haben mehr oder weniger Neutronen. Als Metall hat es 24 Elektronen; seine Ionen besitzen entsprechend weniger Elektronen.

Eigenschaften

• Aussehen: silbrig-stahlgraues, hartes Metall mit hohem Glanz.
• Elektronenkonfiguration: [Ar] 3d5 4s1.
• Dichte: ca. 7,19 g/cm³ (bei 20 °C).
• Schmelzpunkt: etwa 1907 °C; Siedepunkt: etwa 2671 °C.
• Chemische Eigenschaften: bildet häufig Oxidationsstufen +2, +3 und +6; insbesondere Cr(III) und Cr(VI) sind praktisch bedeutsam. Chromverbindungen sind oft farbig („chroma“ = Farbe).
• Magnetismus: bei Raumtemperatur antiferromagnetische Eigenschaften (Néel-Temperatur ≈ 311 K).

Vorkommen und Gewinnung

Chrom kommt in der Erdkruste hauptsächlich in Form des Minerals Chromit (FeCr2O4) vor. Wichtige Förderländer sind Südafrika, Kasachstan, Indien und die Türkei. Industriell wird Chrom meist in mehreren Schritten aus Chromiterz gewonnen: Aufschluss (z. B. Röstung/Schmelzen), Reduktion zu Ferrochrom und weitere Raffinationsschritte. Ferrochrom ist ein wichtiger Rohstoff für Stahllegierungen.

Isotope

Natürliches Chrom besteht aus vier stabilen Isotopen:

• 50Cr – etwa 4,35 %
• 52Cr – etwa 83,79 % (häufigstes Isotop)
• 53Cr – etwa 9,50 %
• 54Cr – etwa 2,36 %

Außerdem gibt es radioaktive Isotope; das bekannteste ist 51Cr (Halbwertszeit ≈ 27,7 Tage), das in der Medizin und Forschung als Radiotracer verwendet wird. Isotopenverhältnisse von Cr werden in der Geochemie genutzt, um Prozesse wie Fraktionierung und Alterbestimmung zu untersuchen.

Verwendungen

• Edelstahl und Legierungen: Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit und Härte; zentraler Bestandteil von rostfreiem Stahl.
• Galvanische Beschichtung (Chromplattierung): dekorativ und verschleiß- bzw. korrosionshemmend.
• Pigmente: Chromoxid- und Chromatpigmente (z. B. Chromgelb) in Farben und Lacken.
• Gerbung: Cr(III)-Verbindungen werden in der Ledergerbung eingesetzt.
• Katalysatoren, Zusatzstoffe und Refraktärmaterialien: vielfältige industrielle Anwendungen.

Biologische Rolle und Sicherheit

Chrom in niedrigen Oxidationsstufen (vor allem Cr(III)) wird als sogenanntes Spuren­element diskutiert und spielt eine Rolle im Stoffwechsel von Kohlenhydraten und Lipiden; die genaue essentielle Bedeutung beim Menschen ist teilweise noch Gegenstand der Forschung. Hingegen ist Chrom(VI) hochgiftig und krebserzeugend (IARC: Gruppe 1). Aufnahmewege sind Inhalation und Hautkontakt bei industriellen Prozessen. Beim Umgang mit hexavalentem Chrom sind geeignete Schutzmaßnahmen, Absaugung und persönliche Schutzausrüstung unbedingt erforderlich.

Anmerkungen

Der Name „Chrom“ leitet sich vom griechischen Wort „chroma“ (Farbe) ab, da viele Chromverbindungen sehr farbig sind. In technischen und alltäglichen Kontexten ist Chrom vor allem durch seine Verwendung in Legierungen (rostfreier Stahl) und als Beschichtung bekannt.

Verbindungen

Chrom kommt in mehreren Oxidationsstufen vor; am häufigsten sind +2, +3 und +6. Es bildet chemische Verbindungen, die farbig sind.

• Chrom(II)-oxid, schwarz, selten, Reduktionsmittel
• Chrom(II)-chlorid, blau, wenn in Wasser gelöst, instabil
• Chrom(III)-oxid, dunkelgrün
• Chrom(III)-chlorid, grün, wenn es Wasser enthält (hydratisiert), violett, wenn es kein Wasser enthält (wasserfrei)
• Chrom(III)-sulfat
• Chrom(IV)-oxid, schwarz, verwendet in Kassetten
• Chrom(VI)-oxid, Chromtrioxid, rot, Oxidationsmittel, giftig. Chromsäure entsteht durch Auflösen von Chrom(VI)-oxid in Wasser.
• Chromylchlorid, rote Flüssigkeit
• Chrom-Alaun

Dreiwertiges Chrom

Es gibt zwei Haupttypen von Chromionen, die in Chromverbindungen vorkommen. Die eine Art von Chromionen (Cr3+, dreiwertiges Chrom) wird von unserem Körper und von denen anderer Tiere benötigt. Wenn wir nicht genügend Chrom erhalten, können bestimmte Teile unseres Körpers nicht richtig funktionieren. Den größten Teil des benötigten Chroms erhalten wir aus unserer Nahrung, die wir zu uns nehmen. Chrom wird auch in Vitaminen eingesetzt, um sicherzustellen, dass wir genügend Chrom erhalten. Wenn wir zu viel von dieser Art von Chrom zu uns nehmen, kann es unserem Körper schaden.

Sechswertiges Chrom

Eine andere Art von Chrom (Cr6+ (Chromat, sechswertiges Chrom), in der Oxidationsstufe +6) kann Krebs verursachen oder Menschen krank machen, obwohl die meisten Menschen ihm nicht viel ausgesetzt sind. Es kommt an Stellen vor, die Chrom zu Metall machen, weshalb sie beim Schließen gereinigt werden müssen. Sechswertiges Chrom kann durch Reaktion mit Reduktionsmitteln zerstört werden, indem es zu Cr3+ (dreiwertiges Chrom) umgewandelt wird. Sie sind starke Oxidationsmittel.

Chromate

Das Chromat-Ion ist CrO42-. Chromatierungen sind im Allgemeinen gelb.

• Kaliumchromat
• Natriumchromat

Dichromate

Das Dichromat-Ion ist Cr2O72-. Dichromate sind rot oder orange.

• Ammoniumdichromat
• Kaliumdichromat
• Natriumdichromat, verwendet bei der Chromverarbeitung

Dreiwertige Chromverbindung


Sechswertige Chromverbindung

Vorkommen und Vorbereitung

Chrom kommt als Chromit vor. Chromit ist eine Mischung aus Eisen(II)-oxid und Chrom(III)-oxid. Seine chemische Formel lautet FeCr2O4. Es wird mit Natriumkarbonat erhitzt, um Natriumchromat, Eisen(III)-oxid und Kohlendioxid herzustellen. Das Natriumchromat wird mit Schwefelsäure umgesetzt, um Natriumdichromat herzustellen. Das Natriumdichromat wird durch Kohlenstoff zu Chrom(III)-oxid reduziert. Das Chrom(III)-oxid wird mit Aluminium umgesetzt, um Chrommetall herzustellen. Die Chromate und Dichromate sind es, die die Chromproduktionsbereiche giftig machen.

Chromit

Fragen und Antworten

Q: Wie lautet das Symbol für Chrom im Periodensystem?

F: Wie lautet die Ordnungszahl von Chrom?

F: Wie viele Protonen hat Chrom?

Q: Wie hoch ist die Massenzahl von Chrom?

F: Wie viele Elektronen hat eine metallische Form von Chrom?

F: Gibt es verschiedene Isotope mit mehr oder weniger Neutronen als üblich bei Chrom?

F: Haben Chrom-Ionen weniger Elektronen als die Metallform?

Suche nach Buchstaben