Chrom                         23Cr                   

griech.: chromos ("Farbe")

relative Atommasse: 51,9961 g/mol
Ordnungszahl: 23
Schmelzpunkt: 1890°c
Siedepunkt: 2640°C
Oxidationszahlen: 6,5,4,3,2,1,0,-1,-2 meist +3
Dichte: 7,19 g/cm³
Härte (Mohs): 9
Elektronegativität (Pauling): 1,66
Atomradius: 128 pm
Elektronenkonfiguration:  [Ar]3d54s1

 

Eigenschaften

 

In reiner Form ist Chrom ein sibrig-glänzendes Schwermetall. Bei Normalbedingungen reagiert Chrom weder an der Luft noch unter Wasser mit dem Sauerstoff. Aus diesem Grunde werden häufig andere Metalle mit dünnen Chromschichten überzogen. Bei erhöhten Temperaturen reagiert Chrom mit den meisten Nichtmetallen (CrCl3, Cr2O3, CrS, CrN, CrSi, CrB).

Die Löseeigenschaften von Chrom sind abhängig von der jeweiligenVorbehandlung des Chroms. Taucht man Chrom in oxidierende Säuren ein oder macht es zur Anode in einer wässrigen Lösung, so löst es sich nach dem Herausnehmen nicht in verdünnten Säuren. Sein Normalpotential beträgt dann +1,33V. Behandelt man es jedoch mit reduzierenden Säuren oder macht es in wässrigen Lösungen zur Kathode, so löst sich Chrom unter Wasserstoffbildung in verdünnten Säuren, sein Normalpotential beträgt nur -0,74V. Diese Beobachtung erklärt man sich mit der Ausbildung einer sehr dünnen festanhaftenden Chrom(III)-oxide-Schutzschicht in oxidierenden Säuren.

 

Chromate, Dichromate und Polychromate

Natriumdichromat (Na2Cr2O7) ist ein Zwischenprodukt der Chrommetall Darstellung. Im Labor kann Chromat durch eine Oxidationsschmelze aus Cr2O3 gewonnen werden:

Cr2O3 + 2 Na2CO3 + 3KNO3 → 2Na2CrO4 + 3KNO2 + 2 CO2

 

In Lösungen mit pH-Werten größer 6 liegt das gelbe tetraedrisch gebaute Chromat-Ion CrO42- vor. Im pH-Wertbereich 2-6 liegt es allerdings im Gleichgewicht mit dem orangeroten Dichromat Cr2O72- und HCrO4-. Unterhalb pH = 1 überwiegt die Chromsäure H2CrO4.

H2CrO4 + H2O HCrO4- + H3O+                  K = 4,1

HCrO4- + H2O CrO42- + H3O+                    K = 10-5,9

Cr2O72- + H2O 2HCrO4-                             K = 10-2,2

 

Bei Zugabe von Ba2+, Ag+ oder Pb2+-Ionen fallen die entsprechenden schwerlöslichen Chromate aus. Aus stark sauren Lösungen lassen sich Alkalimetallionen der Form Cr3O102- und Cr4O132- auskristallisieren, welches analog zum Dichromat über Tetraederecken (Sauerstoff) verbunden sind. Die Dichromsäure H2Cr2O7 ist ebenso wie die Chromsäure nur in wässrigen Lösungen bekannt ist jedoch stärker sauer als die Chromsäure

 

saure Dichromatlösungen sind starke Oxidationsmittel:

Cr2O72- + 14H3O+ + 6e- 2Cr3+ + 21 H2O                            E0= +1,33V

 

basische Lösungen sind schwache Oxidationsmittel:

CrO42- + 4 H2O + 3e- Cr(OH)3 + 5 OH-                             E0= -0,13V

 

Chrom(VI)-oxid CrO3:

CrO3 ist das Endprodukt der Kondensation von Chromatlösungen. Es entsteht als roter Niederschlag aus einer Dichromattlösung bei Zugabe von Schwefelsäure. CrO3 ist ein saures Oxid mit vorwiegend kovalenten Bindungen. Es bildet polymere wobei die Cr-O-Abstände die Länge einer Einfachbindung aufweisen und die endständigen O Atome die Bindungslänge einer Doppelbindung zeigen:

Oberhalb des Schmelzpunkts gibt CrO3 Sauerstoff ab zerfällt:

Cr8O21 → Cr2O5 → Cr5O12 → CrO2 → Cr2O3

 

CrO3 ist ein starkes Oxidationsmittel welches mit organischen Stoffen explosiv reagiert. Es ist kanzerogen.

 

Peroxochromat

Versetzt man eine saure Dichromatlösung mit H2O2 so bildet sich vorrübergehend das tiefblaue Chromm(VI)-peroxid.

HCrO4- + H2O2 + H3O+ → CrO(O2)2 + 3H2O

Dieses zersetzt sich leicht unter Bildung von Cr3+:

2HCrO4- + 3 H2O2 + 8H3O+ → 2 Cr3+ + 3 O2 + 16 H2O.

Durch Ausschütteln mit Ether kann CrO5 stabilisiert werden. Beim Einwirken von H2O2 (im neutralen bis alkalischen) aus NH4+, K+- oder Tl+-Dichromat bildet sich explosives Peroxochromat-Ion [CrO(O2)2OH]-.

Säure und Base Eigenschaften von Cr(OH)3

Cr(OH)3 besitzt amphoteren Charakter

[Cr(H2O)6]3+Cr(OH)3 [Cr(OH)6]3-

 

Das Hexaqua-Ion reagiert in wässriger Lösung sauer. Beim Dissoziieren kondensiert es leicht unter Bildung von Hydroxobrücken.

Chrom(III)-Komplexe:

Die Cr3+ Ionen zeichnen sich durch die Bildung von kationischen, anionischen oder neutralen klassischen Komplexen aus. Es sind tausende Komplexe bekannt welche fast immer sechsfach oktaedrisch koordiniert sind. Dies können einzähnige Liganden wie Wasser, Ammoniak oder die Halogenidionen sein oder mehrzähnie Liganden wie des Ethylendiamins (H2N-CH2-CH2-NH2).

 

Chlorid-Nachweis mittels Chromylchlorid:

Eine Cl- haltige Substanz wird mit der gleichen Menge an Kaliumdichromat verrieben und in ein trockenes Reagenzglas überführt und mit konz. H2SO4 versetzt. Das Reagenzglas wird mit einem durchbohrten Stopfen durch den ein Gaseinleitungsrohr führt verschlossen. Das Glasrohr taucht in ein mit Natronlauge gefülltes Reagenzglas ein. Es wird nun das rote Chromylchlorid (CrO2Cl2) abdestilliert (durch leichtes Erhitzen). Kann nun in dem zweiten Reagenzglas Chrom nachgewiesen werden so enthält die Probe Chlorid:

4 Cl- +  Cr2O72- + 6 H+ → 2 CrO2Cl2 ↑ + 3 H2O

CrO2Cl2 + 4OH- → 2 Cl- + CrO42- + 2 H2O

 

 

Vorkommen

 

Chrom ist das 20. häufigste Element der Erdkruste. Es lässt sich auf der Erde nur in Verbindungen wie Chromit ((Fe,Mg)Cr2O4) oder Krokoit finden. Chromitlagerstätten befinden sich in Südafrika, Russland, Türkei, Indien und Finnland.

 

 

Geschichtliches

 

Das Element wurde im Jahre 1797 vom Franzosen Louis Nicolas Vauquelin entdeckt. Bei Untersuchungendes Krokoit stellt der Chemiker das Element erstmals in verunreinigter Form dar. Im gleichen Jahr entdeckte auch der deutsche Chemiker Martin H. Klaroth das Element, welches er ebenso aus dem Mineral Krokoit darstellte.Den Namen Chromium (vom griechischen chromos = Farbe) wurde aufgrund seiner vielfarbigen Salze eingeführt.

Chrom wurde von Moisson 1898 erstmals durch Reduktion aus Chromoxid mit Koks gewonnen. Sehr reines Chrom erhielt der Chemiker Goldschmidt im gleichen Jahr durch ein aluminothermisches Verfahren. Um hochreines Chrom darzustellen verwendet man das 1930 erfundene Verfahren von Arkel und de Boer.

 

 

Darstellung

 

Die technische Darstellung auf chemischen Wege aus Chrom-(III)-oxid (Cr2O3) erfolgen oder auf elektrochemische Wege aus Cr(III)- und Chrom(VI)-Salzlösungen erfolgen.

Das benötigte Chrom(III)-oxid wird aus Chromeisenstein (FeCrO4) gewonnen. Um Chrom zu gewinnen muss erst das Eisen abgetrennt werden. Dazu wird das Fe(II)-oxid durch Luftoxidation in das wasserunlösliche Fe(III)-oxid überführt. Gleichzeitig wird Cr(III).oxid das wasserlösliche Cr(VI) überführt (in Form des Dichromats):

Cr2O3 + 1½O2  2Na2CrO4Na2Cr2O7 + H2O

 

Das gewonnene Dichromat kann durch Koks, Schwefel oder Ammoniumchlorid zu Dichromattrioxid reduziert werden. Dieses wird anschließend durch Aluminium oder Kohlenstoff zu Chrom reduziert:

Cr2O3 + 2 Al → 2 Cr + Al2O3

Cr2O3 + 3C → 2Cr + 3CO

 

elektrochemischer Weg: Dazu wird Ferrochrom in Schwefelsäure gelöst. Dabei bildet sich Cr3+ und Fe2+. Das Eisen wird durch Zugabe von Ammoniumsulfat als (NH4)2Fe(SO4)2∙6H2O ausgefällt. Anschließend wird Chromalaun (NH4Cr(SO4)2∙12H2O) ausgefällt und wieder gelöst. Das Chrom wird aus der Lösung gewonnen.

 

Reinigung von Chrom:

Wie auch Titan wird Chrom auch nachdem Verfahren von van Arkel und de Boer gereinigt. Dabei wird zunächst CrI2 erzeugt, welches bei 1000-1300°C thermisch zu zersetzten ist.

 

 

Verwendung

 

Chrom wird häufig als Legierungsbestndteil für nicht rostende Stähle verwendet. Aúßerdem nutzt man es in der Galvanotechnik zum Verchromen von unedlen Metalllen. Chrom(III)-oxid gilt als wichtiger Katalysator in der chemischen Industrie.

 

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