Χρώμιο

Το χρώμιο (λατινικά chromium) είναι το χημικό στοιχείο με χημικό σύμβολο Cr και ατομικό αριθμό 24. Είναι το πρώτο στοιχείο της ομάδας 6 (πρώην VIB). Το χημικά καθαρό χρώμιο, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι χαλυβί, γυαλιστερό, σκληρό και εύθραυστο μεταβατικό μέταλλο, με (σχετικά) υψηλή κανονική θερμοκρασία τήξης (1907°C). Το χρώμιο αποτελεί το κύριο πρόσθετο για την παραγωγή ανοξείδωτου χάλυβα, και πιο συγκεκριμένα είναι ακριβώς το στοιχείο που προσθέτει τις αντιοξειδωτικές ιδιότητες σε αυτό το κράμα. Το χρώμιο επίσης εκτιμάται ιδιαίτερα ως μέταλλο που μπορεί να στιλβωθεί εξαιρετικά, ενώ αντιστέκεται στην αμαύρωση. Το στιλβωμένο χρώμιο ανακλά περίπου το 70% του ορατού φάσματος, καθώς και περίπου το 90% του υπερύθρου.

Το όνομά του προέρχεται από την ελληνική λέξη «χρῶμα», επειδή έχει πολλές έντονα έγχρωμες ενώσεις.

Το οξείδιο του χρωμίου χρησιμοποιήθηκε από τους Κινέζους, τουλάχιστον από την εποχή της Δυναστείας Τσιν, δηλαδή πάνω από 2.000 πριν από την εποχή μας, για να επικαλύπτει μεταλλικά μέρη όπλων που βρέθηκαν στον περίφημο Στρατό από τερακότα.  

Το χρώμιο (ως στοιχείο) ανακαλύφθηκε το 1761 στο Δυτικό Κόσμο, όταν κέρδισε το επιστημονικό ενδιαφέρον το κόκκινο κρυσταλλικό ορυκτό που ονομάζεται κροκοΐτης (δηλαδή κυρίως χρωμικός μόλυβδος, PbCrO4), που αρχικά χρησιμοποιήθηκε ως χρωστική ουσία. Ο Λουί Νικολά Βοκιά (Louis Nicolas Vauquelin) το 1797 απομόνωσε για πρώτη φορά μεταλλικό (δηλαδή στοιχειακό) χρώμιο. Μετά την πρώτη παραγωγή μεταλλικού χρωμίου από το Βοκιά βρέθηκαν μικρές ποσότητες φυσικού μεταλλικού χρωμίου σε σπάνια ορυκτά, αλλά αυτά τα κοιτάσματα ποτέ δεν χρησιμοποιήθηκαν για εμπορική εκμετάλλευση. Αντί για αυτό, σχεδόν όλο το χρώμιο που αξιοποιείται εμπορικά εξορύσσεται από το μοναδικό εμπορικά βιώσιμο ορυκτό του χρωμίου, που είναι ο χρωμίτης (δηλαδή κυρίως τετροξείδιο διχρωμοσιδήρου, FeCr2O4). 

Το μεταλλικό χρώμιο και το κράμα σιδηροχρώμιο παράγονται εμπορικά από το χρωμίτη με πυριτοθερμικές ή αργιλιοθερμικές αντιδράσεις, ή με διεργασίες φρύξης και έκπλυσης. Το μεταλλικό χρώμιο αποδείχθηκε ότι έχει υψηλή αξία, χάρη στην υψηλή του αντίσταση στη διάβρωση και σκληρότητα. Μια μεγάλης σημασίας εξέλιξη ήταν η ανακάλυψη ότι ο χάλυβας μπορούσε να αποκτήσει υψηλή αντοχή στη διάβρωση και στην αποχρωμάτωση με την προσθήκη μεταλλικού χρωμίου, οπότε σχηματίζεται ανοξείδωτος χάλυβας. Αυτή η εφαρμογή, μαζί με την επιχρωμίωση (ηλεκτροεπιχρωμίωση, για την ακρίβεια) προς το παρόν καταναλώνει το 85% της εμπορικής κατανάλωσης χρωμίου, με τις εφαρμογές των ενώσεων του χρωμίου να αφορούν το υπόλοιπο 15%. 

Το τρισθενές χρώμιο (CrIII) αναγνωρίστηκε στις ΗΠΑ ως απαραίτητο ιχνοστοιχείο για την ινσουλίνη (και κατ' επέκταση) το μεταβολισμό σακχάρων και λιπιδίων. 

Όμως, το 2014 η Ευρωπαϊκή Ένωση κατέληξε στο ότι υπάρχουν ανεπαρκείς ενδείξεις για να χαρακτηριστεί το χρώμιο ως απαραίτητο.  

Ενώ το μεταλλικό χρώμιο και τα ιόντα Cr3+ θεωρούνται μη τοξικά, οι ενώσεις του εξασθενούς χρωμίου (CrVI), και ιδιαίτερα το τριοξείδιο του χρωμίου (CrO3), είναι εξαιρετικά τοξικές και καρκινογόνες. Οι εγκαταλελειμμένες (ιδίως) τοποθεσίες παραγωγής (ή και επεξεργασίας) χρωμίου συχνά απαιτούν (ειδικό) «περιβαλλοντικό» καθαρισμό.

Φυσική παρουσία 

Το χρώμιο είναι το 22ο σε αφθονία χημικό στοιχείο στο φλοιό της Γης, με μέση συγκέντρωση της τάξης των 100 ppm. Ενώσεις του χρωμίου βρίσκονται στο περιβάλλον, χαρη στη διάβρωση των χρωμιούχων πετρωμάτων, αλλά και των ηφαιστειακών εκρήξεων. Η συγκέντρωση του χρωμίου στο έδαφος ποικίλλει από 1 ως 300 mg/kg. Στο δε θαλάσσιο νερό από 5 ως 800 μg/lit. Στα ποτάμια και τις λίμνες κυμαίνεται μεταξύ 26 μg/lit και 5,2 mg/lit. Το χρώμιο εξορύσσεται ως χρωμίτης (FeCr2O4). Περίπου τo 40% του ορυκτού χρωμίτη παράγεται στη Νότια Αφρική, ενώ στη λίστα των σημαντικών χρωμιτοπαραγωγικών χωρών περιλαμβάνονται (κατά σειρά) η Ινδία, το Καζακστάν, η Τουρκία, το Ομάν, η Ρωσία, η Βραζιλία, η Φινλανδία, η Ζιμπάμπουε, το Πακιστάν, η Αυστραλία, η Αλβανία, η Κίνα, το Ιράν, η Μαδαγασκάρη, το Βιετνάμ, τα ΗΑΕ, το Σουδάν, η Κούβα, οι Φιλιππίνες, το Αφγανιστάν και η Ελλάδα. Τα αναξιοποίητα κοιτάσματα χρωμίτη είναι (σχετικά) άφθονα, αλλά γεωγραφικά συγκεντρώνονται (περισσότερο) στο Καζακστάν και στη Νότια Αφρική.

Παρόλο που είναι σπάνια, κοιτάσματα φυσικού (μεταλλικού) χρωμίου υπάρχουν. Το Udachnaya Pipe στη Ρωσία παράγει δείγματα φυσικού μετάλλου. Το ορυχείο αυτό είναι πλούσιο σε διαμάντια και το αναγωγικό περιβάλλον του βοηθά στην παραγωγή στοιχειακού χρωμίου και διαμαντιών. 

Η σχέση μεταξύ του CrIII και του CrVI εξαρτάται πολύ από το pH και την παρουσία οξειδωτικών στοιχείων στην περιβάλλουσα περιοχή, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις το CrIII υπερισχύει, παρόλο που σε μερικές περιοχές τα υπόγεια ύδατα μπορεί να περιέχουν ως και 39 μg/lit χρωμίου συνολικά, και τα 30 μg/lit από αυτά να είναι CrVI.

Ισότοπα 

Το χρώμιο που προκύπτει φυσιολογικά αποτελείται από 3 σταθερά ισότοπα: το 52Cr, το 53Cr και το 54Cr με το πρώτο από τα τρία να υπερισχύει σε ποσοστό ύπαρξης από τα άλλα δύο (83,789%). Δεκαεννιά ισότοπα του χρωμίου έχουν βρεθεί με πιο σταθερά από αυτά τα 50Cr (διάρκεια ημιζωής: παραπάνω από 1,8 · 1017 χρόνια) και 51Cr (διάρκεια ημιζωής: 27,7 μέρες). Όλα τα υπόλοιπα ισότοπα έχουν διάρκεια ημιζωής μικρότερη από 24 ώρες και η πλειοψηφία αυτών έχει διάρκεια ημιζωής μικρότερη του ενός λεπτού.

Φυσικές ιδιότητες 

Το χρώμιο είναι λαμπερό, σκληρό μέταλλο που, όταν γυαλίζεται, δίνει μια όμορφη μεταλλική λάμψη. Γι' αυτό η βιομηχανία το χρησιμοποιεί για την παρασκευή εντυπωσιακών μεταλλικών αντικειμένων. Οι ενώσεις του είναι συνήθως τοξικές. Το χρώμιο ανακαλύφθηκε από τον Louis-Nicholas Vauquelin το 1797.

Το χρώμιο, επίσης, είναι αξιοσημείωτο για τις μαγνητικές του ιδιότητες: είναι το μόνο στερεό στοιχείο που μπορεί, όταν βρίσκεται στη φύση σαν στοιχείο και όχι σε ενώσεις, να μην έλκεται μαγνητικά σε θερμοκρασία δωματίου (ή χαμηλότερη). Πάνω από τους 38οC έρχεται σε παραμαγνητική κατάσταση.

Βιολογική σημασία 
Το τρισθενές χρώμιο (Cr(III) ή Cr3+) απαιτείται σε ελάχιστες ποσότητες για τη ζάχαρη και το μεταβολισμό των λιπιδίων στους ανθρώπους και η απώλειά του μπορεί να προκαλέσει αρρώστια ονομαζόμενη “απώλεια χρωμίου”. Αντίθετα το εξασθενές χρώμιο (Cr(VI) ή Cr6+) είναι πολύ τοξικό και μπορεί να προκαλέσει μεταλλάξεις, όταν καταπίνεται. Το Cr(VI) δεν έχει αποδειχθεί ως καρκινογόνο σε διάλυμα, παρόλο που μπορεί να προκαλέσει δερματίτιδα εξαιτίας κάποιας αλλεργίας.

Η χρήση διατροφικών συμπληρωμάτων με χρώμιο είναι αμφιλεγόμενη εξαιτίας των περίπλοκων αποτελεσμάτων των συγκεκριμένων συμπληρωμάτων. Κάποιες περίπλοκες οργανικές ενώσεις του χρωμίου προκαλούν ζημιά στα χρωμοσώματα των κυττάρων των χάμστερ. Στις Ηνωμένες Πολιτείες οι διατροφικές οδηγίες για την ημερήσια κατανάλωση χρωμίου μειώθηκαν από τα 50-200 μg για έναν ενήλικα στα 35 μg (για τους άντρες) και 25 μg (για τις γυναίκες).

Φυσικές πηγές χρωμίου: Θυμάρι, σιτάρι, μαγιά μπύρας, λαχανικά, φρούτα, κρέας, γαλακτοκομικά προϊόντα και δημητριακά.

Χρήσεις 
Το χρώμιο χρησιμοποιείται στα οδοντοτεχνικά κράματα όπως: CoCr και NiCr. Σημαντική εφαρμογή βρίσκει, επίσης, στην κατασκευή χρωμιοχαλύβων, οι οποίοι είναι ανοξείδωτοι, αλλά και στην επιχρωμίωση μετάλλων που επιθυμείτε η προστασία τους από τη διάβρωση. Κράμα χρωμίου-βαναδίου χρησιμοποιείται στην κατασκευή κλειδιών.

Μερικές ενώσεις του χρωμίου

Πηγές 
 ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Chromium Toxicity 
 Los Alamos National Laboratory - Chromium  
 WebElements.com – Chromium  
 IARC Monograph "Chromium and Chromium compounds" 
 International Chromium Development Association  
 It's Elemental – The Element Chromium 
 National Pollutant Inventory - Chromium (III) compounds fact sheet 
 The Merck Manual – Mineral Deficiency and Toxicity 
 National Institute for Occupational Safety and Health - Chromium Page

Παραπομπές και σημειώσεις

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Στοιχεία μετάπτωσης
Μέταλλα