Chrom

Er war Apotheker und Chemiker: Louis-Nicolas Vauquelin, ein 1763 in der Normandie geborener Franzose. Ohne ihn wären in der Mitte des 20. Jahrhunderts amerikanische Autos nicht das geworden, was sie waren – chromblitzende Straßenkreuzer. 1797 gewann Louis-Nicolas Vauquelin Chrom (III)-oxid Cr2O3 aus Krokoit und Salzsäure, ein Jahr später erhielt er verunreinigtes, elementares Chrom, in dem er das Chrom(III)-oxid mit Holzkohle reduzierte. Und die Farbenpracht der enthaltenen Salze muss ihn umgehauen haben: Warum sonst sollte der Name Chrom vom griechischen «Chroma» – also «Farbe» – abgeleitet sein?

Anfangs wurde das Element vor allem als Farbpigment und in der Chromgerberei eingesetzt, wo es bis heute die wichtigste Gerbmethode geblieben ist: Ihne Chrom würde es die Lederproduktion in der jetzigen Form nicht geben.

Deutlich bekannter jedoch ist sein Einsatz in der Verchromung; Als Hartverchromung auf Stoßstangen, Alufelgen oder Armaturen. Gemeinsam mit Vanadium kennt es wohl auch jeder Handwerker: Chrom-Vanadium-Stahl gilt als besonders fest und langlebig. Doch die mit Abstand größte Menge des weltweit produzierten Chroms fließt als wesentlicher Bestandteil in die Herstellung von rostfreiem Stahl ein, dem es zu rund 20 Prozent beigesetzt wird.

Bei all den Einsatzgebieten und dem jährlichen Bedarf kann man froh sein, dass die weltweiten Vorkommen an Chrom als nicht problematisch und für mehrere Jahrzehnte gesichert gelten. Schon heute liegen die Reserven an Chromit bei rund 350 Millionen Tonnen, werden die Ressourcen auf gut 12 Milliarden Tonnen taxiert.

Hauptlieferanten des glänzenden uns sehr korrosionssicheren Elements sind Kasachstan und Südafrika, die laut einer USGS-Schätzung gemeinsam fast 90 Prozent der Rohstoffe besitzen.

Und so hat Chrom, über 200 Jahre nach seiner Entdeckung, immer noch eine glänzende Zukunft: Auch, wenn die amerikanischen Straßenkreuzer mittlerweile weitestgehend der Vergangenheit angehören.

Spezifikationen:

Schmelzpunkt:                     1907°C
Spezifisches Gewicht:          7,1 g/cm3
Farbe:                                   Silber-metallisch
Siedepunkt:                          2672 °C
Weltjahresproduktion ca.:    15 Mio. Tonnen
Massenanteil / Erdhülle:      0,019 ppm

Wertentwicklung:

Im Jahr 2021:                        +36,00%
Im Jahr 2022:                        – 4,90%

Verwendung:

  • In Schaufeln von Gas-Turbinen
  • Werkstoff für Formplatten
  • Dekorative Oberflächenbeschichtung (Autofelgen)
  • Apparateteile in der Lebensmittelindustrie
  • Härtende Oberflächenbeschichtung
  • Lederproduktion

Die Geschichte des Metalls Chrom

Die Entdeckung eines neuen Elements ist immer ein aufregendes Ereignis in der Welt der Chemie. Im Jahr 1761 machte Johann Gottlob Lehmann eine bedeutende Entdeckung im Ural: ein orange-rotes Bleichromat-Mineral, das er Rotbleierz nannte. Interessanterweise identifizierte er es fälschlicherweise als eine Blei-Eisen-Selen-Verbindung, und so blieb das Element Chrom vorerst unentdeckt.

Es dauerte jedoch nicht lange, bis eine weitere Entdeckung folgte. Michail Wassiljewitsch Lomonossow berichtete 1763 von seiner Reise nach Sankt Petersburg und erwähnte, dass Johann Gottlob Lehmann, der dort als Professor für Chemie arbeitete, ein „rotes Bleierz“ in Beresowsk entdeckt und untersucht hatte. Lehmann beschrieb 1766 das orangerote Mineral aus dem Ural als „Rotbleierz“, das in Salzsäure eine grüne Lösung bildete. Irrtümlicherweise hielt er es für eine eisenhaltige Bleiverbindung, die mit Calciumsulfat auskristallisierte, und so blieb das Geheimnis des Chroms weiterhin ungelöst.

Es war jedoch Louis-Nicolas Vauquelin, der im Jahr 1797 einen entscheidenden Beitrag zur Erforschung von Chrom leistete. Er entdeckte in dem Rotbleierz eine bisher unbekannte metallische Substanz und verglich sie mit Molybdänsäure. Er erhielt zuerst Chrom(III)-oxid (Cr2O3) aus dem Mineral und Salzsäure. 1798 gelang ihm schließlich die Herstellung von verunreinigtem elementarem Chrom durch die Reduktion von Chrom(III)-oxid mit Holzkohle. Etwa zur gleichen Zeit beschäftigte sich auch Martin Heinrich Klaproth mit dem Mineral und entdeckte ebenfalls das neue Element, jedoch veröffentlichte Vauquelin seine Untersuchungen früher. René-Just Haüy, ein Freund Vauquelins, schlug vor, das neu entdeckte Metall „Chrom“ zu nennen, abgeleitet vom griechischen Wort „chróma“ für „Farbe“, aufgrund der Vielfarbigkeit seiner Salze in unterschiedlichen Oxidationsstufen. Obwohl Vauquelin anfangs Bedenken wegen der unscheinbaren grauen Färbung des Elements hatte, setzte sich der Name durch.

Im 19. Jahrhundert wurden Chromverbindungen vor allem als Farbpigmente und in der Chromgerberei verwendet. Die Verwendung von Chrom als Farbpigment nahm schnell zu, und das aus dem Mineral Krokoit gewonnene strahlende Gelb, bekannt als Chromgelb, wurde zur Modefarbe und als Postgelb beliebt.

Doch gegen Ende des 20. Jahrhunderts änderte sich der Fokus der Verwendung von Chrom drastisch. Heute werden Chrom und seine Verbindungen hauptsächlich zur Herstellung von korrosions- und hitzebeständigen Legierungen eingesetzt, wie beim Verchromen und in der Herstellung von Chromstahl.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Geschichte des Metalls Chrom von faszinierenden Entdeckungen und einer Vielzahl von Anwendungen geprägt ist. Von seinen bescheidenen Anfängen als Farbpigment und Chromgerberei bis hin zu seinen heutigen Einsatzgebieten in korrosions- und hitzebeständigen Legierungen hat Chrom eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen. Als vielseitiges Element wird es auch in Zukunft eine bedeutende Rolle in der modernen Industrie spielen. Dank der Beiträge von Lehmann, Vauquelin und anderen Wissenschaftlern haben wir heute ein besseres Verständnis dieses wichtigen Elements und nutzen seine Eigenschaften in einer Vielzahl von Anwendungen.

Vorkommen und Gewinnung von Chrom

Chrom, ein wichtiges und vielseitiges Metall, wird hauptsächlich als Chromit oder Chromeisenstein (FeCr2O4) im Tagebau oder in geringer Tiefe abgebaut. Die Gewinnung von metallischem Chrom erfolgt durch die Reduktion des Erzes mit Aluminium oder Silicium. In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit dem Vorkommen und der Förderung dieses wertvollen Metalls befassen und dabei einige interessante Fakten über die Förderländer entdecken.

Vorkommen von Chrom
Chrom kommt in der Natur fast ausschließlich in Form von Chromit oder Chromeisenstein vor. Eine bemerkenswerte Lagerstätte, in der Chromit abgebaut wird, befindet sich in der Udatschnaja-Mine in Russland. Hier wird eine diamantenhaltige Kimberlit-„Pipe“ ausgebeutet, in der sich neben Diamanten auch metallisches Chrom gebildet hat. Solche Lagerstätten sind jedoch äußerst selten, und die Hauptquelle für die Gewinnung von Chromit liegt in den Tagebauen oder in geringer Tiefe.

Förderländer von Chrom
Südafrika ist das bedeutendste Förderland für Chromit und sticht hierbei mit einem Anteil von 50 % am Weltbedarf deutlich hervor. Im Jahr 2003 verzeichnete das Land eine enorme Produktion des wertvollen Metalls. Weitere nennenswerte Förderländer sind Kasachstan mit einem Anteil von 15,2 %, Indien mit 12,1 %, Simbabwe mit 3,7 % und Finnland mit 3 %. Diese Länder spielen eine entscheidende Rolle bei der Versorgung des Weltmarktes mit Chromit und tragen maßgeblich dazu bei, dass die industrielle Nachfrage nach diesem wertvollen Metall gedeckt wird.

Gewinnung von Chrom
Die Förderung von Chromit erfolgt zunächst durch den Abbau des Erzes aus den Tagebauen. Das geförderte Erz wird anschließend von taubem Gestein befreit, um die wertvolle Chromitverbindung zu isolieren. Der weitere Prozess umfasst einen oxidierenden Aufschluss bei etwa 1200 °C, um das Chromat zu gewinnen. Daraufhin wird das Natriumchromat extrahiert und mit Schwefelsäure ins Dichromat umgewandelt. Durch eine nachfolgende Reduktion erhält man Chrom(III)-oxid, welches schließlich zu reinem Chrom umgewandelt wird.

Chrom spielt eine extrem wichtige Rolle in verschiedenen Industriezweigen. Insbesondere wird es zur Herstellung von korrosions- und hitzebeständigen Legierungen eingesetzt, wie beispielsweise beim Verchromen und in der Herstellung von Chromstahl. Die Verwendung von Chrom als Farbpigment und in der Chromgerberei hat im Laufe der Geschichte ebenfalls an Bedeutung gewonnen.

Insgesamt ist Chrom ein faszinierendes und wertvolles Metall, das aufgrund seiner vielfältigen Eigenschaften und Anwendungen eine wichtige Rolle in der modernen Industrie spielt. Mit seiner weitreichenden Verteilung in verschiedenen Förderländern und seiner Gewinnung durch komplexe Verfahren ist Chrom ein begehrtes Element auf dem globalen Markt. Die Entdeckung und Nutzung von Chrom haben zweifellos zu einer Vielzahl von Innovationen geführt und werden auch in Zukunft eine bedeutende Rolle in der Technologie und Industrie spielen.

Eigenschaften und Anwendungen von Chrom

Chrom ist ein faszinierendes Metall mit einer Vielzahl von beeindruckenden Eigenschaften und einer breiten Palette von Anwendungen. In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit den Eigenschaften von Chrom befassen und gleichzeitig die zahlreichen Anwendungen dieses Metalls beleuchten.

Eigenschaften von Chrom

Chrom präsentiert sich als silberweißes, hartes Metall, das äußerst korrosions- und anlaufbeständig ist. Im Urzustand ist es zäh, formbar und schmiedbar, was es zu einem äußerst vielseitigen Werkstoff macht. Das Metall zeigt häufige Oxidationsstufen wie +2, +3 und +6, wobei die +3-Stufe als die stabilste betrachtet wird. Interessanterweise ist Chrom(II) mit einer d4-Konfiguration instabil und reagiert schnell mit Sauerstoff aus der Luft. Unter Luftabschluss sind Cr2+-Lösungen nur dann kurzzeitig stabil, wenn sie aus reinem Chrom, wie beispielsweise Elektrolytchrom, gewonnen werden.

Die Kristallfeldtheorie erklärt die Stabilität der Cr3+-Form, da die d3-Konfiguration durch eine halbgefüllte Unterschale stabilisiert wird. Chrom(VI) als Chromat (CrO42−) oder Dichromat (Cr2O72−) fungiert hingegen als starkes Oxidationsmittel, ist jedoch gleichzeitig giftig und karzinogen. In wässrigen Lösungen liegt zwischen den beiden Ionen ein pH-abhängiges chemisches Gleichgewicht vor.

Physiologische Bedeutung von Chrom

In seiner elementaren Form hat Chrom keine direkte physiologische Bedeutung für den menschlichen Körper. Die Rolle von Cr(III) (Cr3+-Ionen) im menschlichen Körper ist jedoch Gegenstand kontroverser Diskussionen. Es gibt Hinweise darauf, dass Cr(III) eine Rolle im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel von Säugetieren spielen könnte. Die genaue Bedeutung wird derzeit weiter erforscht. Frühere Studien deuteten darauf hin, dass das beliebte Nahrungsergänzungsmittel Cr(III)picolinat positive Auswirkungen auf den Körperaufbau haben könnte, doch spätere Untersuchungen konnten dies nicht bestätigen. Tatsächlich wurde gezeigt, dass Cr(III)picolinat mutagen und krebserregend sein kann.

Es ist wichtig zu betonen, dass eine Chromunterversorgung äußerst unwahrscheinlich ist, da das Löslichkeitsprodukt von Cr(III)hydroxid extrem niedrig ist und somit die Aufnahme im menschlichen Darm erschwert wird. In den USA wurden die empfohlenen Tagesmengen für Cr(III) entsprechend herabgesetzt, um potenzielle toxische Effekte zu minimieren.

Anwendungen von Chrom

Chrom und Chromverbindungen finden vielfältige Anwendungen in verschiedenen Branchen:

1. Hartverchromung: Hierbei wird eine bis zu 1000 μm dicke Verschleißschutzschicht direkt auf Stahl, Gusseisen und Kupfer galvanisch aufgebracht. Auch Aluminium kann nach dem Aufbringen einer Zwischenschicht verchromt werden.

2. Dekorverchromung: Eine dünne Cr-Schicht wird galvanisch als dekorative Schicht mit einer korrosionsschützenden Zwischenschicht aus Nickel oder Nickel-Kupfer aufgetragen. Häufig werden auch Kunststoffteile verchromt.

3. Legierungselement: Chrom wird in korrosions- und hitzebeständigen nichtrostenden Stählen und NE-Legierungen als Legierungselement verwendet.

4. Katalysator: Chrom wird als Katalysator eingesetzt, um chemische Reaktionen zu ermöglichen oder zu beschleunigen.

5. Chromit: Chromit wird zur Herstellung von Formen für das Brennen von Ziegelsteinen verwendet.

6. Glasfärbung: Chrom(III)-Verbindungen färben Glas smaragdgrün, während Chrom(VI)-Verbindungen gelb färben.

7. Farbpigmente: Chromate und Chromoxide werden als Farbpigmente in Farben und Färbemitteln verwendet.

8. Kaliumdichromat: Es wird als Reinigungsmittel für Laborgeräte aus Glas und als Titrationsmittel verwendet, sowie als Fixiermittel in industriellen Färbebädern.

9. Magnetbänder: Chrom(IV)-oxid, auch bekannt als Chromdioxid, wird für die Herstellung von Magnetbändern verwendet, da es ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis als konventionelle Eisenoxid-Magnetbänder aufweist.

10. Chromgerbung: Eine unverzichtbare Methode für die Lederherstellung

Insgesamt ist Chrom ein beeindruckendes Metall mit einer faszinierenden Vielfalt von Eigenschaften und Anwendungen. Von der Dekorverchromung bis hin zur Glasfärbung und der Verwendung als Legierungselement in Stählen – Chrom hat in verschiedenen Branchen eine wichtige Rolle eingenommen. Die vielfältigen Eigenschaften und die breite Anwendbarkeit machen es zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Technologien und Industrien.

Chrom – Verbindungen und faszinierende Anwendungen

Chromverbindungen sind äußerst vielseitig und finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Eines der bemerkenswertesten ist das orangefarbene Kaliumdichromat, ein starkes Oxidationsmittel. In der Atemluft kann es genutzt werden, um primäre Alkohole in Aldehyde umzuwandeln. Im Labor wurde es zur Reinigung von Glasgeräten eingesetzt, allerdings ist Vorsicht geboten, da beim Kontakt mit Chloridionen das krebserregende Chromylchlorid entstehen kann.

Ein weiteres faszinierendes Chrompigment ist das grüne Chrom(III)-oxid, auch als Chromgrün bekannt. Es wird in der Emaillefarbe und zum Glasfärben verwendet, beispielsweise für grüne Flaschen.

Früher wurde Chromgelb, ein gelbes Bleichromat, als brillantes Farbpigment verwendet. Heutzutage wird es aufgrund seiner Toxizität fast vollständig durch organische Farbpigmente ersetzt. Dennoch hat Chromgelb seine Bedeutung in der Kunstwelt behalten. Vincent van Gogh nutzte es in seinen berühmten Sonnenblumenbildern, die heute teilweise unter Verfärbungen leiden, die durch den Zerfall des Pigments verursacht werden.

Chromsäure ist ein weiteres interessantes Chromverbindung. Obwohl die reine Chromsäure nur in verdünnter wässriger Lösung existiert, ist ihr Anion in einigen Chromaten und Dichromaten zu finden.

Zu den faszinierendsten Anwendungen von Chrom gehört auch seine Verwendung bei der Fälschungsanalyse „alter“ Gemälde. Chromgelb spielt hier eine wichtige Rolle, da es in alten Gemälden als Farbpigment verwendet wurde und bei der Untersuchung von Gemälden auf ihre Echtheit hinweisen kann.

Die faszinierende Vielfalt von Chromverbindungen und ihre breite Anwendung in verschiedenen Bereichen machen Chrom zu einem wichtigen Element in der heutigen Welt. Von Farbpigmenten über Oxidationsmittel bis hin zur Fälschungsanalyse – Chrom zeigt seine bemerkenswerte chemische Vielseitigkeit und bleibt ein fesselndes Element in der Welt der Wissenschaft und Kunst.

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