Kromi
Kromi on järjestysluvultaan 24. alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Cr () ja CAS-numero 7440-47-3. Aineen nimesi sen vuonna 1798 Pariisissa eristänyt Louis Nicolas Vauquelin todettuaan, minkälaisen värikirjon se sai aikaan mineraalista valmistettuun liuokseen. Hän totesi myös, että smaragdin vihreä väri johtuu kromista. Nimi on johdettu kreikankielisestä sanasta "χρωμα (khroma)", ’väri’.
Kromi kuuluu metalleihin ja on väriltään harmahtava, kiiltävä ja kova. Kromi esiintyy kahdessa allotrooppisessa muodossa: kiderakenne 20 °C:n lämpötilassa on tilakeskeinen kuutiollinen, 1 840 °C:ssa tapahtuu muutos pintakeskeiseen kuutiolliseen kiderakenteeseen. Kromilla on neljä pysyvää isotooppia, joista yleisin on Cr, jota on 83,8 % luonnosta esiintyvästä kromista. Kromilla on myös lukuisia luonnossa esiintymättömiä, radioaktiivisia isotooppeja.
Kromia käytetään eri metallien pinnoittamiseen. Sillä saadaan metalliesineiden pinnat säilymään hapettumattomina ja kirkkaina, minkä vuoksi pinnoitusta on käytetty korvaamaan läpikotaisin ruostumattomasta teräksestä valmistettuja tuotteita. Kromipinnoitteet jaotellaan kahteen eri luokkaan; kovakromaukseen ja kiiltokromaukseen. Kovakromauksessa pinta on todellakin kromia ja se muodostaa kovan kulutusta kestävän pinnan. Kovakromausta käytetään muun muassa metallinmuokkaustyökalujen pinnoitteina. Kiiltokromauksen tyypillisiä sovelluksia ovat esimerkiksi auton puskurit. Nimestään huolimatta pinnoite saa kiiltonsa nikkelistä.
Kromi on pääseosaine ruostumattomissa teräksissä. Teräkseen sitä seostetaan ferrokromin muodossa puhtaan metallin sijasta. Suomessa ferrokromia tuottaa Outokumpu Oyj:n tehdas Torniossa. Kromimalmin sinne louhii tytäryhtiö Outokumpu Chrome Oy läheiseltä Elijärven kaivoksesta Keminmaalta. Tämä on koko EU:n alueen ainoa kromiittikaivos.
Kromi kuuluu jaksollisessa järjestelmässä ryhmään 6, ja se omaa elektronikonfiguraation [Ar]3d4s. Kromi muodostaa yhdisteitä hapetusasteilla −2:sta +6:een. Kromi muodostaa pysyvimmät yhdisteensä hapetusasteilla +3 ja +6. Hapetusasteilla −2, −1, +1, +2, +4 ja +5 esiintyvät yhdisteet ovat harvinaisempia.
Kromi muodostaa epämetallien kanssa useita yhdisteitä eri hapetusasteilla, kuten halideja, hydrideitä, borideja, nitrideitä, fosfideita, silisidejä, arsenidejä, oksideita ja oksoyhdisteitä, Kromi muodostaa anionien kanssa suoloja, kuten kromi(III)sulfaattia.
Kromin tärkeimmät yhdisteet esiintyvät hapetusasteella +3 ja +6. Hapetusasteella +3 kromi muodostaa muun muassa halideja CrX (X= Cl, Br, F) sekä Kromi(III)-oksidin CrO. Hapetusasteella +6 kromi muodostaa useita yhdisteitä, joista tärkeimmät ovat hapettimina käytetyt kromaatit CrO ja dikromaatit [CrO].
Kromaatti- ja dikromaatti-ionit esiintyvät vesiliuoksissa tasapainotilassa, joka on riippuvainen pH:sta. Happamissa olosuhteissa tasapaino on dikromaatti-ioneja suosiva, ja ne toimivat voimakkaampina hapettimina.
CrO (aq) + 4HO + 3e → Cr(OH) + 5OH      ε = −0,13 V
[CrO](aq) + 14H + 6e → 2Cr+7HO         ε = 1,33 V
Kromi muodostaa kaikilla hapetusasteillaan koordinaatiokomplekseja, jotka ovat useimmiten geometrialtaan oktahedraalisia. Komplekseja tunnetaan tuhansia erilaisia, esimerkiksi halidi-, akvahalidi-, syanidi ja amiinihalidikompleksit, kompleksit neutraalien ligandien ja monihampaisten ligandien kanssa sekä metalloseenit, kuten kromoseeni.
Kromi(II)-komplekseja hyödynnetään muun muassa koordinaatioyhdisteiden tutkimuksessa, koska ne ovat labiileja. Kromi(III)-kompleksit muodostavat suuren osuuden kromin kemiallisesta käytöstä. Hapetusasteella 0 kromi muodostaa komplekseja neutraalien π-donoriligandien kanssa, kuten heksakarbonyylikromi(0):n [Cr(CO)].
Valtaosa kromin käytöstä on sen käyttö metalliseoksissa ferrokromina. Kromia käytetään metalliseoksissa tuomaan niihin kovuutta ja ruostumattoman teräksen valmistuksessa, sillä kromi pystyy muodostamaan pysyviä metallikarbideja jotka vahvistavat metallin rakennetta. Kromi lisää myös korroosionkestävyyttä. Esimerkiksi työkaluissa kromia on usein 3–5 %. Ruostumatonta terästä saadaan, kun rautaan lisätään noin 10 % tai enemmän kromia. Kromia käytetään myös teräksen pinnoittamiseen, sillä se saa aikaan kiiltävän pinnan. Kromia käytetään usein autojen osien, kuten puskureiden pinnoittamiseen. Sitä voidaan käyttää myös muovien pinnoittamiseen kiiltävän pinnan aikaansaamiseksi.
Kromia, esimerkiksi kromisulfaattia, voidaan käyttää myös nahan värjäämiseen. Värjätyssä nahassa voi olla 4–5 % kromia, joka on sitoutunut proteiineihin. Syntyvä jäte on kuitenkin myrkyllistä, joten sen tilalle etsitään uusia vaihtoehtoja.
Kromiyhdisteitä käytetään teollisina katalyytteinä ja pigmentteinä (kirkkaan vihreissä, keltaisissa, punaisissa ja oransseissa väreissä). Kromi esiintyy esimerkiksi maaleissa usein lyijy-yhdisteinä (esim. PbCrO), jotka ovat myrkyllisiä ympäristölle. Tästä syystä varsinkin kromin keltaisen pigmentin käyttö on vähentynyt ja on siirrytty orgaanisiin pigmentteihin, jotka eivät sisällä kromia tai lyijyä. Rubiinit saavat punaisen värinsä kromi-ioneista ja lasi saa smaragdinvihreän väri, kun se käsitellään kromilla.
Kromin(VI)-suoloja käytetään puun käsittelyssä parantamaan sen säilyvyyttä. Puutavara käsitellään esimerkiksi kromatulla kupariarsenaatilla, mikä suojaa puuta sieniltä ja haitallisilta hyönteisiltä, kuten termiiteiltä. Suomessa arseenipitoisten suolakyllästeiden käyttö on kielletty vuonna 2007.
Kromi on elimistölle välttämätön hivenaine ja se osallistuu mm. hiilihydraattien sekä rasvojen aineenvaihduntaan. Kromia tarvitaan lisäksi sokeriaineenvaihdunnan ja hermoston toimintaan sekä verensokerin säätelyyn. Ilman riittävää kromin saantia elimistö ei pysty hyödyntämään glukoosia riittävän hyvin. Kromin saantisuositus on 50–200 mikrogrammaa vuorokaudessa. Sen liikasaanti on kuitenkin haitallista.
Kromin lähteitä ovat leivinhiiva, maksa, täysjyvämurot, mausteet, teollisesti valmistettu liha, sienet ja hunaja. Ruoat, joissa on paljon yksinkertaisia sokereita, kuten sakkaroosia ja fruktoosia sisältävät hyvin vähän kromia. Usein ravinnosta saadaan kuitenkin alle 60 % minimisaantisuosituksesta. Maanviljelyllä ja ruoan tuotantotavoilla on vaikutusta eri ruokien kromipitoisuuteen ja siksi sitä on vaikea tarkkaan arvioida.
Ravinnossa esiintyvä kromi on Cr(III)-muodossa ja on ihmiselle välttämätöntä, kun taas Cr (VI) on hengitettynä erittäin myrkyllistä ja mutageenistä. Cr(VI)-muodon ei ole havaittu olevan karsinogeenista liuoksissa.
Kromia esiintyy useissa mineraaleissa, mutta ainoastaan kromiitti-mineraalin käyttö on taloudellisesti kannattavaa. Tällä hetkellä taloudellisesti kannattavia malmivarantoja on arvioitu olevan 1,14 miljardia tonnia ja löydetyt varannot kokonaisuudessaan 3,91 miljardia tonnia (normitettu 45 % CrO-pitoisuuteen). Suurin osa (70–80 %) tästä on Etelä-Afrikassa, Bushveldin esiintymässä. Seuraavaksi suurimmat varannot ovat Kazakstanissa ja Zimbabwessa. Noin 1 % maailman varannoista löytyy Suomesta.
2010 arvioitiin vuotuiseksi kromiitti-malmin käyttömääräksi 12 miljoonaa tonnia vuodessa. On arvioitu malmivarantojen riittävän sadoiksi vuosiksi.
Suomessa tuotettiin vuonna 2014 kromiittimalmia 1,03 miljoonaa tonnia ja 450 000 tonnia ferrokromia. Suomen kromiittimalmin tuotanto oli siis n. 3,9 % maailman kokonaistuotannosta.