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’.

Ominaisuudet
Kromi kuuluu metalleihin ja on väriltään harmahtava, kiiltävä ja kova. Kromi esiintyy kahdessa allotrooppisessa muodossa: kiderakenne 20 °C:n lämpötilassa on tilakeskeinen kuutiollinen, mutta sille tunnetaan myös heksagoninen kiderakenne. Kromilla on neljä pysyvää isotooppia, joista yleisin on 52Cr, jota on 83,8 % luonnosta esiintyvästä kromista.

Kromille tunnetaan myös 21 luonnossa esiintymätöntä, radioaktiivista isotooppia. Näiden massaluvut ovat välillä 42–66 ja niistä pitkäikäisin on vuonna 1940 löydetty 51Cr jonka puoliintumisaika on 27,7 päivää. Seuraavaksi pysyvin on vuonna 1952 löydetty β+-säteilijä 48Cr, jonka puoliintumisaika on 21,56 tuntia. Kaikkien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle yhden tunnin, useimmiten alle yhden minuutin.

Yhdisteet 
Kromi kuuluu jaksollisessa järjestelmässä ryhmään 6, ja se omaa elektronikonfiguraation [Ar]3d54s1. 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 CrX3 (X= Cl, Br, F) sekä Kromi(III)-oksidin Cr2O3. Hapetusasteella +6 kromi muodostaa useita yhdisteitä, joista tärkeimmät ovat hapettimina käytetyt kromaatit CrO42− ja dikromaatit [Cr2O7]2−.

Kromaatti- ja dikromaatti-ionit esiintyvät vesiliuoksissa tasapainotilassa, joka on riippuvainen pH:sta. Happamissa olosuhteissa tasapaino on dikromaatti-ioneja suosiva, ja ne toimivat voimakkaampina hapettimina.

CrO42− (aq) + 4H2O + 3e− → Cr(OH)3 + 5OH−      ε0 = −0,13 V

[Cr2O7]2−(aq) + 14H+ + 6e− → 2Cr3++7H2O         ε0 = 1,33 V

Koordinaatiokompleksit 
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)6].

Käyttö 
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. PbCrO4), 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 ja ihmisen ravitsemus 
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.

Esiintymät ja kaivostoiminta 
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 % Cr2O3-pitoisuuteen). Kromia ei tuoteta juurikaan Euroopan unionissa vaan suurin osa malmivaroista (95 %) on keskittynyt Kazakstaniin ja Etelä-Afrikkaan. 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.

Suomessa ferrokromia tuottaa Outokumpu Oyj:n tehdas Torniossa. Kromimalmin sinne louhii tytäryhtiö Outokumpu Chrome Oy läheiseltä Elijärven kaivoksesta Keminmaasta.

Merkittävimmät esiintymisalueet 
Albania
Bosnia ja Hertsegovina
Etelä-Afrikka
Iran
Kazakstan
Pohjois-Makedonia
Syyria
Uusi-Kaledonia

Lähteet

Aiheesta muualla

Tohtori.fi
Periodictable: Technical data for Chromium 
Human Metabolome Database (HMDB): Chromium 
Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Chromium 

Mindat: Chromium 
Webmineral: Chromium Mineral Data 
Webmineral: Mineral Species containing Chromium (Cr) 
Americanelements: Chromium Technical and Safety Data 
Argonne National Laboratory: Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Chromium sivut 92 - 93  (pdf)
Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Chromium 

Alkuaineet
Luonnonvarat
Metallit
Seulonnan keskeiset artikkelit