Chrom                         ₂₃Cr                   

griech.: chromos ("Farbe")

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 CrO₄^2- vor. Im pH-Wertbereich 2-6 liegt es allerdings im Gleichgewicht mit dem orangeroten Dichromat Cr₂O₇^2- und HCrO₄^-. Unterhalb pH = 1 überwiegt die Chromsäure H₂CrO₄.

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

HCrO₄^- + H₂O CrO₄^2- + H₃O⁺                    K = 10^-5,9

Cr₂O₇^2- + 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 Cr₃O₁₀^2- und Cr₄O₁₃^2- 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:

Cr₂O₇^2- + 14H₃O⁺ + 6e^- 2Cr³⁺ + 21 H₂O                            E0= +1,33V

basische Lösungen sind schwache Oxidationsmittel:

CrO₄^2- + 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^- +  Cr₂O₇^2- + 6 H⁺ → 2 CrO₂Cl₂ ↑ + 3 H₂O

CrO₂Cl₂ + 4OH^- → 2 Cl^- + CrO₄^2- + 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.