Kromi: Alkuaine

Kromi on järjestysluvultaan 24. alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Cr (lat. chromium) ja CAS-numero 7440-47-3.Kromin 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, 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.

 

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].

 

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 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. Kromin liikasaanti on haitallista. Ravinnosta saadaan usein vain alle 60 % minimisaantisuosituksesta.

Kromia esiintyy runsaasti etenkin tonnikalassa (90 µg/100g), lohessa, silakassa, makrillissa ja hauessa (55 µg/100g). Lisäksi sitä esiintyy sianlihassa (13,5 µg/100g), kaurassa (13), linsseissä (11), perunassa ja pavuissa (10) sekä naudanlihassa ja broilerissa (9 µg/100g). Muita kromin lähteitä ovat leivinhiiva, maksa, täysjyvämurot, mausteet, lihajalosteet, sienet ja hunaja. Hedelmät ja muut ruoat, joissa on paljon yksinkertaisia sokereita, kuten sakkaroosia ja fruktoosia, sisältävät hyvin vähän kromia. Maanviljelyllä ja ruoan tuotantotavoilla on vaikutusta eri ruokien kromipitoisuuteen ja siksi sitä on vaikea tarkkaan arvioida. Etenkin hunajan kromipitoisuudessa on suuria vaihteluja.

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 % 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

 

Wiki Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Kromi.

• Kromin kansainvälinen kemikaalikortti
• Tohtori.fi
• Periodictable: Technical data for Chromium (englanniksi)
• Human Metabolome Database (HMDB): Chromium (englanniksi)
• Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Chromium (englanniksi)
• Luettelo kromin isotoopeista The Isotopes Project Home Page (englanniksi)
• Mindat: Chromium (englanniksi)
• Webmineral: Chromium Mineral Data (englanniksi)
• Webmineral: Mineral Species containing Chromium (Cr) (englanniksi)
• Americanelements: Chromium Technical and Safety Data (englanniksi)
• Argonne National Laboratory: Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Chromium sivut 92 - 93 (englanniksi) (pdf)
• Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Chromium (englanniksi)