chrom

Chrom (lat. Chromium) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente, das das Symbol Cr und die Ordnungszahl 24 hat.

Geschichte

Im Jahr 1761 entdeckte Johann Gottlob Lehmann ein orangefarbenes Blei(II)-chromat (PbCrO₄) im Ural, das er als rote Bleierz bezeichnete. Er identifizierte es als Blei-Eisen-Selen-Verbindung, wodurch Chrom unbekannt blieb.

Im Jahr 1770 fand Peter Simon Pallas an der gleichen Stelle ein rotes Bleimineral, das er nach seiner roten Farbe als Krokoit (von griechisch krokos, Safranfarben) benannte. Die Verwendung der roten Bleierz als Farbpigment stieg schnell an. Aus dem Krokoit wurde ein leuchtend gelbes Farbpigment namens Chromgelb hergestellt, das Mode wurde. Viele erinnern sich daran als Postgelb.

Im Jahr 1797 erhielt Louis Nicolas Vauquelin Chromoxid (Cr₂O₃) aus dem Krokoit und Salzsäure. Im Jahr 1798 produzierte er unreinen elementaren Chrom durch Reduktion des Chromoxids mit Holzkohle. Dieses neu isolierte Element erhielt aufgrund der Farbvielfalt seiner Salze den Namen Chrom (von griechisch chroma, Farbe). Vauquelin entdeckte auch geringe Mengen des neuen Elements in Edelsteinen wie Rubin und Smaragd. Im 19. Jahrhundert wurden Chromverbindungen hauptsächlich als Farbstoffe verwendet. Ende des 20. Jahrhunderts wird Chrom und seine Verbindungen hauptsächlich zur Herstellung von korrosionsbeständigen und hitzebeständigen Legierungen verwendet.

Vorkommen

Chrom wird fast ausschließlich als Chromit (FeCr₂O₄) oder seltener als Chromferit an der Oberfläche oder in geringer Tiefe abgebaut. Metallisches Chrom wird durch Reduktion dieses Erzes mit Aluminium oder Silizium gewonnen.

Südafrika liefert etwa die Hälfte des weltweiten Chromitbedarfs. Wichtig sind auch die Länder Kasachstan, Indien und Türkei.

Im Jahr 2000 wurden weltweit etwa 15 Millionen Tonnen Chromiterz abgebaut. Davon konnten 4 Millionen Ferrochrom gewonnen werden, mit einem Marktwert von 2,5 Milliarden Dollar. Metallisches Chrom kommt in Lagerstätten nur selten vor. Ein Beispiel ist das Bergwerk Udačnaja in Russland, wo Kimberlit abgebaut wird. In der reduzierten Grundmasse dieses Kimberlits befinden sich Diamanten und metallisches Chrom, vermutlich aus tieferen Schichten der Erdmantel.

Gewinnung

Das abgebbaute Chromiterz wird von Gestein getrennt. Im zweiten Schritt erfolgt eine oxidative Verbindung unter Erhitzung zu Dichromat. Anschließend wird es mit Kohlenstoff zum Chromoxid reduziert und mit Aluminium zum elementaren Chrom. Chrom kann nicht durch Reduktion mit Kohlenstoff aus oxidischen Erzen gewonnen werden, da Chromkarbid entsteht. Reines Chrom wird durch Elektrolyse von Cr³⁺-Ionen aus einer Schwefelsäure-Lösung hergestellt. Die entsprechenden Verbindungen werden durch Auflösen von Chromoxid oder Ferrochrom in Schwefelsäure erzeugt. Ferrochrom als Ausgangsstoff erfordert natürlich vorheriges Entfernen des Eisens.

Extrem reines Chrom wird durch weitere Reinigungsschritte mit der Van-Arkel-de-Boer-Methode nach Van Arkel und De Boer hergestellt.

Ferrochrom wird durch Reduktion von Chromit in einer Oberhitzungsofen bei 2 800 °C hergestellt.

Eigenschaften

Chrom ist ein stahlgrauer, rostfreier und nicht oxidierender harter Metall, der im Grundzustand duktil, formbar und schmiedbar ist.

Die üblichen Oxidationsstufen von Chrom sind +2, +3 und +6, wobei +3 die stabilste ist. In der Oxidationsstufe +6 ist es ein starkes, aber auch giftiges Oxidationsmittel.

Anwendung

Chrom und seine Verbindungen werden auf verschiedene Arten verwendet:

• Hartchromierung
  Elektrolytische Aufbringung bis zu 500 µm (0,5 mm) einer abrieb- und rostbeständigen Schicht direkt auf Stahl, Guss, Kupfer, ... Auch Aluminium kann nach Auftragung einer Zwischenschicht chromiert werden (hartchromierte Aluminiumwalzen in Motoren).
• Dekorative Chromierung.
  Elektrolytische Aufbringung einer weniger als 1 µm (0,001 mm) dicken Cr-Schicht für dekorative Zwecke mit einer korrosionsbeständigen Zwischenschicht aus Nickel oder Nickel-Kupfer. Sehr oft werden auch Teile aus Kunststoff chromiert.
• Legierung in rostfreien und hitzebeständigen Edelstählen und nicht-eisenhaltigen Legierungen.
• als Katalysator
• als Chromit bei der Herstellung von Formen zum Brennen von Ziegeln
• Färben von Glas oder Maler Farbpigmente.
  Cr^III-Verbindungen färben Glas smaragdgrün, Cr^VI-Verbindungen gelb (Zinkgelb).

Einschränkung

Die Richtlinie RoHS beschränkt die Verwendung von sechswertigem Chrom sowie weiterer 5 Substanzen (Kadmium, Blei, Quecksilber, polybromierte Biphenyle (PBB) und polybromierte Diphenylether (PBDE) bei der Herstellung von elektrischen und elektronischen Geräten, die in großen Mengen auf Deponien landen und somit zur Schutz des menschlichen Gesundheits und der Umwelt beitragen. Die Beschränkung gilt daher nicht für industrielle, telekommunikative, medizinische, wissenschaftliche usw. Geräte mit langer Lebensdauer, die in kleinen Mengen hergestellt werden und bei denen davon ausgegangen werden kann, dass sie nicht auf Deponien landen.^[1]: