Crom

Đặc trưng

Crom là một kim loại cứng, mặt bóng, màu xám thép với độ bóng cao và nhiệt độ nóng chảy cao. Nó là chất không mùi, không vị và dễ rèn. 
Các trạng thái ôxi hóa phổ biến của crom là +2, +3 và +6, với +3 là ổn định nhất. Các trạng thái +1, +4 và +5 là khá hiếm. Các hợp chất của crom với trạng thái ôxi hóa +6 là những chất có tính ôxi hóa mạnh. Trong không khí, crom được ôxy thụ động hóa, tạo thành một lớp mỏng ôxít bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn quá trình ôxi hóa tiếp theo đối với kim loại ở phía dưới.Crom có mạng tinh thể lập phương tâm khối

Lịch sử

Vào ngày 26 tháng 7 năm 1761, Johann Gottlob Lehmann đã tìm thấy một khoáng chất màu đỏ da cam tại khu vực thuộc dãy núi Ural và ông đặt tên cho nó là chì đỏ Siberi. Mặc dù bị xác định nhầm là hợp chất của chì với các thành phần selen và sắt, nhưng trên thực tế nó là cromat chì với công thức PbCrO₄, ngày nay được biết dưới tên gọi khoáng chất crocoit.
Năm 1770, Peter Simon Pallas đến cùng một khu vực như Lehmann và tìm thấy khoáng chất "chì" đỏ có các tính chất rất hữu ích để làm chất nhuộm màu trong các loại sơn. Việc sử dụng chì đỏ Siberi làm chất nhuộm sơn đã phát triển rất nhanh. Chất nhuộm màu vàng sáng sản xuất từ crocoit trở thành màu trong thời trang.
Năm 1797, Louis Nicolas Vauquelin nhận được các mẫu vật chứa quặng crocoit. Ông đã sản xuất được ôxít crom với công thức hóa học CrO₃, bằng cách trộn crocoit với axít clohiđric. Năm 1798, Vauquelin phát hiện ra rằng ông có thể cô lập crom kim loại bằng cách nung ôxít trong lò than củi. Ông cũng phát hiện được các dấu vết của crom trong các loại đá quý, chẳng hạn như trong hồng ngọc hay ngọc lục bảo.
Trong thế kỷ XIX, crom được sử dụng chủ yếu như là thành phần trong các loại sơn và trong các muối để thuộc da, nhưng hiện nay ứng dụng chủ yếu của nó là trong các hợp kim và việc này chiếm tới 85% sản lượng crom. Phần còn lại được sử dụng trong công nghiệp hóa chất và các ngành sản xuất vật liệu chịu lửa và đúc kim loại.

Vai trò sinh học

Crom hóa trị ba (Cr (III) hay Cr³⁺) là yêu cầu với khối lượng rất nhỏ cho quá trình trao đổi chất của đường trong cơ thể người và sự thiếu hụt nó có thể sinh ra bệnh gọi là thiếu hụt crom. Ngược lại, crom hóa trị sáu lại rất độc hại và gây đột biến gen khi hít phải. Cr (VI) vẫn chưa được xác nhận là chất gây ung thư khi hít phải , nhưng ở trạng thái dung dịch nó đã được xác nhận là gây ra viêm da tiếp xúc dị ứng (ACD).
Gần đây, người ta nhận thấy rằng chất bổ sung ăn kiêng phổ biến là phức chất của picolinat crom sinh ra các tổn thương nhiễm sắc thể ở các tế bào của chuột đồng (phân họ Cricetinae). Tại Hoa Kỳ, các hướng dẫn ăn kiêng đã hạ mức tiêu thụ crom hàng ngày từ 50-200 µg cho người lớn xuống 35 µg (đàn ông) và 25 µg (phụ nữ).

Phổ biến

Crom là nguyên tố phổ biến thứ 21 trong vỏ Trái Đất với nồng độ trung bình 100 ppm. Các hợp chất crom được tìm thấy trong môi trường do bào mòn các đá chứa crom và có thể được cung cấp từ nguồn núi lửa. Nồng độ trong đất nằm trong khoảng 1 đến 3000 mg/kg, trong nước biểt từ 5 đến 800 µg/lit, và trong sông và hồ từ 26 µg/lit đến 5,2 mg/lit. 
Crom được khai thác dưới dạng quặng cromit (FeCr₂O₄). Gần một nửa quặng cromit trên thế giới được khai thác tại Nam Phi, bên cạnh đó Kazakhstan, Ấn Độ và Thổ Nhĩ Kỳ cũng là các khu vực sản xuất đáng kể. Các trầm tích cromit chưa khai thác có nhiều, nhưng về mặt địa lý chỉ tập trung tại Kazakhstan và miền nam châu Phi.
Khoảng 15 triệu tấn quặng cromit dưới dạng có thể đưa ra thị trường được sản xuất vào năm 2000, và được chuyển hóa thành khoảng 4 triệu tấn crom-sắt với giá trị thị trường khoảng trên 2,5 tỷ đô la Mỹ vào năm này.
Mặc dù các trầm tích crom tự nhiên (crom nguyên chất) là khá hiếm, nhưng một vài mỏ crom kim loại tự nhiên đã được phát hiện. Mỏ Udachnaya tại Nga sản xuất các mẫu của crom kim loại tự nhiên. Mỏ này là các mạch ống chứa đá kimberlit giàu kim cương, và môi trường khử đã đưa ra sự hỗ trợ cần thiết để sản sinh ra cả crom kim loại lẫn kim cương.
Mối quan hệ giữa Cr(III) và Cr(VI) phụ thuộc chủ yếu vào pH và các đặc điểm ôxy hóa của vị trí quặng, nhưng trong hầu hết các trường hợp Cr(III) là loại chủ yếu, mặc dù ở một vài nơi nước ngầm có thể chứa tới 39 µg trong tổng crom với 30 µg là Cr(VI).

Cô lập

Crom thu được ở quy mô thương mại bằng cách nung quặng với sự có mặt của nhôm (phản ứng nhiệt nhôm) hay silic.

Hợp chất

Dicromat kali là một chất ôxi hóa mạnh và là hợp chất ưa thích để làm vệ sinh các đồ bằng thủy tinh trong phòng thí nghiệm ra khỏi dấu vết của các chất hữu cơ. Nó được sử dụng dưới dạng dung dịch bão hòa trong axít sulfuric đậm đặc để rửa các thiết bị đó. Tuy nhiên, đối với mục đích này thì dung dịch dicromat natri đôi khi cũng được sử dụng do độ hòa tan cao hơn của nó (5 g/100 ml ở dicromat kali với 20 g/100 ml ở dicromat natri).
Màu lục crom là ôxít crom III (Cr₂O₃) màu lục, được sử dụng trong công việc vẽ trên men cũng như trong việc hãm màu thủy tinh.
Màu vàng crom là chất nhuộm màu vàng có công thức PbCrO₄, được các họa sĩ hay thợ sơn sử dụng.
Axít cromic có cấu trúc giả thuyết là H₂CrO₄. Cả axít cromic lẫn axít dicromic đều không có trong tự nhiên, nhưng các anion của chúng được tìm thấy trong nhiều loại hợp chất chứa crom. Triôxít crom (CrO₃) là trạng thái anhydrit của axít cromic, được buôn bán trong công nghiệp dưới tên gọi "axít cromic".
Xem thêm Các hợp chất Crom.

Đồng vị

Crom nguồn gốc tự nhiên là sự hợp thành của 3 đồng vị ổn định; Cr⁵², Cr⁵³ và Cr⁵⁴ với Cr⁵² là phổ biến nhất (83,789%). 19 đồng vị phóng xạ đã được miêu tả với ổn định nhất là Cr⁵⁰ có chu kỳ bán rã trên 1,8x10¹⁷ năm, và Cr⁵¹ với chu kỳ bán rã 27,7 ngày. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 ngày và phần lớn là ít hơn 1 phút. Nguyên tố này cũng có 2 siêu trạng thái.
Cr⁵³ là sản phẩm phân rã do phóng xạ sinh ra của Mn⁵³. Hàm lượng đồng vị crom nói chung thông thường gắn liền với hàm lượng đồng vị mangan và có ứng dụng trong địa chất học đồng vị. Tỷ lệ đồng vị Mn-Cr tăng cường chứng cứ từ Al²⁶ và paladi¹⁰⁷ đối với lịch sử sơ kì của hệ Mặt Trời. Các dao động trong các tỷ lệ Cr⁵³/Cr⁵² và Mn/Cr từ một vài mẫu vẫn thạch chỉ ra tỷ lệ ban đầu của Mn⁵³/Mn⁵⁵ gợi ý rằng việc phân loại đồng vị Mn-Cr có thể tạo ra từ phân rã tại chỗ (in situ) của Mn⁵³ trong các thiên thể hành tinh đã phân biệt. Vì vậy Cr⁵³ cung cấp thêm chứng cứ bổ sung cho quá trình tổng hợp hạt nhân ngay trước khi có sự hợp nhất của hệ mặt trời.
Các đồng vị của crom có nguyên tử lượng từ 43 amu (Cr⁴³) tới 67 amu (Cr⁶⁷). Phương thức phân rã chủ yếu trước khi có đồng vị ổn định (Cr⁵²) là bắt điện tử còn phương pháp chủ yếu sau đó là phân rã beta.

Cảnh báo

Crom kim loại và các hợp chất crom (III) thông thường không được coi là nguy hiểm cho sức khỏe, nhưng các hợp chất crom hóa trị sáu (crom VI) lại là độc hại nếu nuốt/hít phải. Liều tử vong của các hợp chất crom (VI) độc hại là khoảng nửa thìa trà vật liệu. Phần lớn các hợp chất crom (VI) gây kích thích mắt, da và màng nhầy, có thể gây bệnh đối với những người có cơ địa dị ứng.Crom(VI) có trong thành phần của xi măng Porland có thể gây bệnh dị ứng xi măng với những người có cơ địa dị ứng hoặc có thời gian tiếp xúc qua da thường xuyên và đủ lâu với xi măng.Phơi nhiễm kinh niên trước các hợp chất crom (VI) có thể gây ra tổn thương mắt vĩnh viễn, nếu không được xử lý đúng cách. Crom (VI) được công nhận là tác nhân gây ung thư ở người. Tại Hoa Kỳ, cuộc điều tra của Erin Brockovich về việc xả crom hóa trị 6 vào nguồn nước sinh hoạt là cốt truyện của bộ phim điện ảnh cùng tên.
Tổ chức y tế thế giới (WHO) khuyến cáo hàm lượng cho phép tối đa của crom (VI) trong nước uống là 0,05 miligam trên một lít.
Do các hợp chất của crom đã từng được sử dụng trong thuốc nhuộm và sơn cũng như trong thuộc da, nên các hợp chất này thông thường hay được tìm thấy trong đất và nước ngầm tại các khu vực công nghiệp đã bị bỏ hoang. Các loại sơn lót chứa crom hóa trị 6 vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng sửa chữa lại tàu vũ trụ và ô tô.