chrom

Chrom er et lithofilt grundstof, dvs. det koncentreres i silikatbjergarter, især i basiske og ultramafiske magmabjergarter, der kan indeholde over 2000 g/t.

Under basiske magmaers udvikling (magmatisk differentiation) falder indholdet pga. tidlig udfældning af chromit, ligesom chrom indgår i tidligt dannet pyroxen. Under forvitring følger chrom aluminium- og jernioner; laterit dannet ud fra ultramafiske bjergarter kan derfor indeholde flere procent Cr₂O₃ (eskolait). I lermineraler kan ligeledes findes høje koncentrationer af chrom.

Der findes kun få mineraler med chrom som hovedbestanddel; vigtigst er oxider som fx chromit. Chrom findes desuden i hydroxider, carbonater, sulfider, nitrider og silikater. Nogle chrommineraler har samme krystalstruktur som tilsvarende aluminiummineraler; det gælder fx eskolait, korund, α-Al₂O₃ og spinelgruppens mineraler. Den grønne farve i visse ædelsten som fx smaragd skyldes spormængder af chrom. Et højt indhold giver derimod sort farve, fx i sort turmalin.

Økonomisk vigtige chromitforekomster findes i store lagdelte intrusioner af mafiske og ultramafiske bjergarter, fx i Bushveldkomplekset i Sydafrika, hvor lag rige på chromit findes mellem vekslende lag af bjergarterne pyroxenit og anorthosit. I Fiskenæsset i Grønland findes en lignende chromitforekomst, der dog senere er blevet stærkt metamorfoseret, hvorved en stor del af chromet er erstattet af jern og aluminium. Forekomsten indeholder millioner af ton chrommalm, men den udnyttes ikke, da lødigheden er ringe, beliggenheden ubekvem og chromitlagene uregelmæssige.

Chromit udnyttes fra linser (podiforms) i ultramafiske bjergarter, der anses for at stamme fra Jordens kappe. Chromitforekomster ledsages ofte af platingruppens grundstoffer, bl.a. i Bushveldkomplekset. Tungsandsforekomster kan indeholde flere procent chrom; dette findes i mineralerne chromit, magnetit og ilmenit.

Det eneste mineral, der anvendes til teknisk fremstilling af chrom, er chromit, og der er to veje til ekstraktion af chrom fra den findelte malm. I den alkaliske metode ristes malmen med soda og under tilførsel af luft (ilt) ved 1100 °C, hvorefter natriumchromat kan udludes. Opløsningen behandles på forskellig vis, så man enten får en opløsning af chrom(III)ioner, hvoraf chrom kan vindes ved elektrolyse, eller natriumdichromat, som reduceres til chrom(III)oxid, som igen kan reduceres (med aluminium) til chrom. I den sure metode reduceres malmen med kulstof, hvorved der dannes ferrochrom, en legering af jern og chrom. Denne kan opløses i svovlsyre, hvorefter chrom kan vindes ved elektrolyse, efter at jern er fjernet fra opløsningen.

Chromit er udgangsmateriale for fremstilling af kemikalier, ildfaste sten til ovnbygning og forlegeringer til den metallurgiske industri. Rent chrommetal fremstilles kun i ubetydeligt omfang. Så tidligt som 1810 markedsførtes de første chromholdige kemikalier. De anvendes som lysægte farvestoffer, som garvestoffer for chromlæder og som polermidler. Chromitsten indførtes i 1879 pga. deres ildfasthed, ringe reaktionsevne over for metaller samt store stabilitet over for vekslende temperaturer. Vigtigst er dog chromit ved fremstilling af forlegeringer til stålindustrien. I forkromning skelnes der mellem glanschrom og hårdchrom. Glanschrom er mindre end 0,001 mm tykt og lægges som korrosionsbeskyttende slutlag på forniklet stål. Hårdchrom udfældes som 0,01-0,50 mm tykke lag på stål med henblik på at opnå stor slidstyrke og hårdhed samt en relativt lav friktionskoefficient. Højkullet ferrochrom (60-72 % Cr, maks. 4-6 % C) benyttes til fremstilling af fx værktøjsstål, lavkullet ferrochrom (68-76 % Cr, maks. 0,1 % C) især til rustfri stål. Talrige andre chromholdige legeringer er i brug, fx som modstandstråde til opvarmning, som termoelementer til temperaturmåling og som chromkobber til svejseelektroder (se også chromstål).

Chrom kan i forbindelser optræde med oxidationstrin fra -2 til +6. De almindeligst forekommende oxidationstrin er dog +2, +3, +4 og +6. Stort set alle chromforbindelser er karakteristiske ved deres farver, der spænder over næsten hele spektret.

Oxidationstrin +6. Under udvindingen af chrom dannes det gule natriumchromat, Na₂CrO₄, der er letopløseligt i vand. Ved tilsætning af svovlsyre omdannes natriumchromat til det orange natriumdichromat, Na₂Cr₂O₇, som er en af de vigtigste chromholdige handelsvarer. Svovlsure opløsninger af natriumdichromat anvendes til forkromning af jerngenstande, der ønskes beskyttet mod rust. Det gule blychromat, PbCrO₄, (blygult eller chromgult) har været meget anvendt i maling, men pga. blyindholdet er brugen af det indskrænket. Chrom(VI)oxid, CrO₃, er et rødt, kraftigt oxidationsmiddel, der med vand danner chromsyre, H₂CrO₄, der dog ikke kan isoleres. Ved reaktion med saltsyre dannes chromylklorid, CrO₂Cl₂, når der samtidig er koncentreret svovlsyre til at binde det vand, der dannes. Chromylkloridet kan da destilleres fra blandingen og anvendes som oxidations- og kloreringsmiddel i den organiske syntese. Chromsvovlsyre er en opløsning af fx kaliumdichromat i konc. svovlsyre og anvendes i laboratoriet bl.a. til affedtning af glasudstyr (Beckmann-blanding).

Oxidationstrin +4. Det velkendte chrom(IV)oxid, CrO₂, er ferromagnetisk og har siden 1975 fundet anvendelse i fx kassettebånd (chrombånd), hvor den kendes på sin sorte farve.

Oxidationstrin +3. Det grønne chrom(III)oxid, Cr₂O₃, kan i princippet danne udgangspunkt for simple chrom(III)forbindelser, om end det kun i ringe grad angribes af syrer. Vandige chrom(III)opløsningers kemi kan beskrives ud fra, at de indeholder hexaaquachrom(III)ion, Cr(H₂O)₆³⁺, der er blåviolet. Chromgarvning af læder er betinget af, at denne ion kan bindes kemisk til proteiner, cellulose o.l. Ionen er en svag syre, og svage baser reagerer med den under dannelse af chrom(III)hydroxid, Cr(OH)₃, der er tungt opløseligt og matgrøn. Et eller flere af vandmolekylerne i Cr(H₂O)₆³⁺-ionen kan udveksles med andre molekyler eller ioner; se komplekse forbindelser. I dette oxidationstrin kan chrom indgå i dobbeltsaltene aluner. Det bedst kendte er den blåviolette chromalun (kaliumchrom(III)sulfat), KCr(SO₄)₂∙12H₂O, som tidligere anvendtes til lædergarvning.

Oxidationstrin +2. Forbindelser med chrom i oxidationstrin +2 kan fremstilles ved opløsning af metallisk chrom i en ikke-oxiderende syre, fx saltsyre, eller ved reduktion af chrom(III)forbindelser. Vandige opløsninger af chrom(II)ioner har en kraftig blå farve. Forbindelserne oxideres let, fx af luftens ilt, og det gælder alment, at chrom(II)forbindelser er meget reaktionsdygtige.

Oxidationstrin 0. Chromhexacarbonyl, Cr(CO)₆, og dibenzen-chrom, Cr(C₆H₆)₂, en sandwichforbindelse (se aromatiske forbindelser), er begge eksempler på, at chrom kan danne molekylære forbindelser, hvor det kan tillægges oxidationstrinnet 0. Fremstillingen af disse og lignende forbindelser har været betydningsfulde for udviklingen af kemiske bindingsteorier.

Chrom er et sporstof, der er nødvendigt for normal funktion af kulhydrat-, fedt- og proteinstofskiftet. Det daglige behov kendes ikke, men ca. 50 μg anses for tilstrækkeligt. Behovet dækkes af en varieret kost med kød, ost og fuldkornsprodukter. Nødder og skaldyr er særlig rige på chrom. Alvorlig chrommangel er meget sjælden og viser sig ved en tilstand, der ligner sukkersyge. Overdosering med chrom kan medføre lever- og nyreskade. Hos personer, der industrielt arbejder med chrom, kan der ses øget forekomst af eksem og lungekræft.

Chrom blev opdaget i Paris i 1797 af L.N. Vauquelin. Han undersøgte det orangerøde blymineral krokoit, der tredive år tidligere var blevet fundet i Beresovsk, Ural. Vauquelin isolerede metallet i 1798 og fandt, at det var gråt og hårdt og havde højere smeltepunkt end jern. Metallets forbindelser viste sig at være gule, grønne, rosa, røde og violette. Kort efter opdagede Vauquelin, at chrom selv i små mængder kan ændre stoffers farve. Rent chrom (over 99 %) blev fremstillet 1854 af R. Bunsen ved elektrolyse.