وقتی صحبت از یک فلز ارزشمند می‌شود، تنها منظور قیمت آن نیست بلکه کارایی و عملکرد آن بیشتر جلب توجه می‌کند. گاهی اوقات فلزاتی در طول تاریخ کشف شده‌اند که تاثیر بزرگی بر زندگی بشر نگذاشته‌اند. اما گاهی نیز فلزاتی کشف شده‌اند که توانسته‌اند گامی بزرگ در پیشرفت و ترقی زندگی بشر باشند. فلز کروم از دسته دوم به حساب می‌آید. ارزش این فلز بیشتر به دلیل مقاومت بسیار زیاد آن در برابر زنگ‌زدگی و فرسایش است. افزودن کروم به فولاد تاثیر قابل توجهی در جلوگیری از فرسایش و تیرگی فولاد دارد و همین موضوع باعث شد تا استفاده از فولاد در جهان به شکل شگفت آوری چندین برابر شود و کیفیت ساخت و سازهایی که از طریق آن انجام می‌شود نیز افزایش یافت. اما فلز کروم چیست و معادن آن در چه کشورهایی قرار دارد؟ کاربرد و کارایی آن در صنایع مختلف چگونه است؟ برای یافتن پاسخ این سوالات در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا با زبانی ساده از صفر تا صد این فلز کاربردی را برای شما توضیح دهیم.
فهرست مطالب
عنصر و فلز کروم چیست؟
کروم (Chromium) یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی با نماد Cr و عدد اتمی ۲۴ است. این عنصر اولین عنصر در گروه ۶ است. کروم یک فلز واسطه است که رنگی خاکستری، و سطحی براق داشته، و سخت و شکننده است. کروم افزودنی اصلی در تولید فولاد زنگ نزن است که باعث خاصیت ضد خوردگی آن می‌شود. همچنین کروم به عنوان فلزی که دارای خاصیت جلاپذیری بالا بوده و در مقابل کدر شدن نیز مقاومت بسیار خوبی دارد از اهمیت فراوانی برخوردار است. وقتی گرم می‌شود، اکسید کروم سبز رنگ را تشکیل می‌دهد. کروم در اکسیژن ناپایدار است، بلافاصله یک لایه نازک اکسیدی تولید می‌کند که در برابر اکسیژن نفوذناپذیر است و از فلز زیر محافظت می‌کند.
کاربردهای اصلی کروم در آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ، آبکاری کروم و سرامیک‌های فلزی است. آبکاری کروم زمانی به‌طور گسترده برای دادن پوشش آینه نقره‌ای صیقلی به فولاد استفاده می‌شد. کروم در متالورژی برای ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و پوشش براق استفاده می‌شود. به عنوان رنگ، نمک‌های آن، شیشه را به رنگ سبز زمردی در می‌آورند و برای تولید یاقوت‌های مصنوعی استفاده می‌شود. به عنوان یک کاتالیزور در رنگرزی و دباغی چرم؛ برای ساختن قالب برای پخت آجر نیز کاربرد دارد. اکسید کروم (IV) (CrO2) برای تولید نوار مغناطیسی استفاده می‌شود.
کاربرد کروم چیست؟
- کاربرد در متارلوژی برای مقاوم کردن در مقابل پوسیدگی و در براقی نهائی
- ساخت آلیاژها مانند فولاد ضدزنگ
- آب کاری کروم
- آلومینیوم آنادایز
- کاربرد در رنگرزی
- تمیز کردن ظروف شیشه ای آزمایشگاهی و عامل تیترات
- کاتالیزور
- ساخت قالب‌های پخت آجر
- نقاشی لعابی و رنگ کردن شیشه
- رنگ مو و رنگ‌های معمولی
- استفاده از دی اکسید کروم در تولید نوارهای مغناطیسی
کروم به عنوان سنگ معدن کرومیت (FeCr2O4) استخراج می‌شود. سنگ معدن کروم امروزه در آفریقای جنوبی، زیمباوه، فنلاند، هند، قزاقستان و فیلیپین استخراج می‌شود. در مجموع تاکنون 14 میلیون تن سنگ معدن کرومیت استخراج شده است. تخمین زده می‌شود که ذخایر آن در حدود 1 میلیارد تن در گرینلند، کانادا و ایالات متحده آمریکا باشد.
کرومیت اغلب با کربن در یک کوره احیا می‌شود و آلیاژ فروکروم را تولید می‌کند که حاوی آهن و کروم با نسبت اتمی تقریباً 1 به 2 است. برای به دست آوردن کروم خالص، ابتدا کرومیت را با قلیایی مذاب و اکسیژن تصفیه می‌کنند و تمام کروم را به کرومات قلیایی تبدیل می‌کنند و دومی در آب حل می‌شود و در نهایت به صورت دی کرومات سدیم Na2Cr2O7 رسوب می‌کند. سپس دی کرومات با کربن احیا می‌شود و به کروم سسکوئی اکسید Cr2O3 تبدیل می‌شود و آن اکسید به نوبه خود با آلومینیوم احیا می‌شود تا فلز کروم به دست آید.
مشخصات عنصر کروم
| نوع مشخصه | جزئیات |
| عدد اتمی | 24 |
| جرم اتمی | 51.9961 u |
| الکترونگاتیوی | 1.6 |
| تراکم | 7.19 g.cm-3 at 20°C |
| نقطه ذوب | 1907 درجه سانتی‌گراد |
| نقطه جوش | 2672 درجه سانتی‌گراد |
| ایزوتوپ ها | 6 |
کروم و خاصیت ضدزنگ
فلز کروم میتواند بسیاری از فلزات دیگر را ضدزنگ کرده و از آنها در برابر خوردگی و زنگ زدن محافظت کند. از همین رو یکی از آلیاژهای اصلی فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) کروم می‌باشد. البته باید بدانید که اگر میزان کروم زیر ۴ درصد باشد، خاصیت ضدزنگ ایجاد نمی‌کند. اما حضور کروم زیر چهار درصد در کنار کربن به استحکام قطعه می‌افزاید.
ایزوتوپ‌های کروم
کروم به طور طبیعی متشکل از ۳ ایزوتوپ پایدار Cr-۵۳ ,Cr-۵۴ ,Cr-۵۲ است که فراوان‌ترین آنها Cr-۵۲ (با فراوانی طبیعی ۷۸۹/۸۳٪) است.
تاریخچه کروم
کروم به عنوان یک عنصر در سال ۱۷۶۱ توسط یوهان گوتلوب لمن کشف شد. در طول دهه اول قرن نوزدهم از کروم بیشتر به عنوان سازه‌ای در رنگ‌ها استفاده می‌شد، اما امروزه عمده کاربرد آن که پیش‌بینی می‌شود 85 درصد باشد، در آلیاژهای فلزی است و مابقی موارد استفاده آن در صنایع شیمیایی، مواد نسوز و صنایع پایه است. در ۱۷۹۷ فلز کروم برای نخستین بار از سنگ معدنی آن جدا شد و از آن زمان تاکنون تقریباً تمام کروم جهان از سنگ معدنی کرومیت به دست می‌آید.
کروم یک عنصر نسبتاً فراوان در پوسته زمین است. فلز آزاد هرگز در طبیعت یافت نمی‌شود. اکثر سنگ معدن‌ها از کرومیت معدنی تشکیل شده‌اند که فرمول ایده آل آن FeCr2O4 است. به‌طور گسترده‌ای در رسوبات طبیعی که معمولاً با اکسیژن، منیزیم، آلومینیوم و سیلیس ترکیب هستند، پراکنده می‌شود. محتوای کروم آنها از 42 تا 56 درصد متغیر است.
مضرات کروم
انواع مختلفی از کروم وجود دارد که تأثیرات آنها بر موجودات مختلف متفاوت است. کروم به شکل کروم (III) و کروم (VI) از طریق فرآیندهای طبیعی و فعالیت‌های انسانی وارد هوا، آب و خاک می‌شود. عمده فعالیت‌های انسانی که باعث افزایش غلظت کروم (III) می‌شود، چرم و تولید پارچه است. فعالیت‌های اصلی انسانی که غلظت کروم (VI) را افزایش می‌دهد، تولید مواد شیمیایی، چرم و منسوجات، رنگ‌آمیزی الکتریکی و سایر کاربردهای کروم (VI) در صنعت است. این کاربردها عمدتاً باعث افزایش غلظت کروم در آب می‌شود.
بیشتر کروم موجود در هوا در نهایت ته نشین می‌شود و به آب یا خاک می‌رسد. کروم در خاک به شدت به ذرات خاک چسبده و در نتیجه به سمت آب‌های زیرزمینی حرکت نمی‌کند. در آب، کروم بر روی رسوبات جذب شده و بی حرکت می‌شود. فقط بخش کوچکی از کروم که در آب قرار میگیرد در نهایت حل می‌شود.
غلظت بالای کروم، به دلیل دفع محصولات فلزی در آب‌های سطحی، میتواند به آبشش ماهیانی که در نزدیکی محل دفع شنا می‌کنند، آسیب برساند. در حیوانات، کروم میتواند باعث مشکلات تنفسی، کاهش توانایی در مبارزه با بیماری، نقص مادرزادی، ناباروری و تشکیل تومور شود.
محصولات زراعی حاوی سیستم‌هایی هستند که جذب کروم را طوری تنظیم می‌کنند که به اندازه‌ای کم باشد که آسیبی به آن وارد نشود. اما هنگامی که مقدار کروم در خاک افزایش می‌یابد، همچنان میتواند منجر به غلظت بالاتر در محصولات شود. اسیدی شدن خاک همچنین میتواند بر جذب کروم توسط گیاهان تأثیر بگذارد. گیاهان معمولاً فقط کروم (III) را جذب می‌کنند. این نوع ضروری کروم باشد، اما زمانی که غلظت آن از مقدار معینی فراتر رود، اثرات منفی همچنان ممکن است رخ دهد.
آبکاری کروم
به پوشاندن یک سطح (فولاد، آلومینیوم، آلیاژهای مس، پلاستیک و آلیاژهای روی) با لایه‌ای از کروم، آبکاری کروم (کروم کاری) می‌گویند. این لایه کروم میتواند کاربرد تزئینی داشته یا از فلز در برابر خوردگی مراقبت کند. آبکاری کروم دارای دو روش آبکاری کروم سخت و آبکاری کروم تزئینی می‌باشد.
پرسش و پاسخ
مهمترین مصارف کروم در چیست؟
از کروم برای ساخت قالب برای پخت آجر، ساخت فولاد ضد زنگ، تولید یاقوت های مصنوعی، در آبکاری کروم و در ساخت سرامیک‌های فلزی استفاده می‌شود.
آیا کروم سخت ترین فلز است؟
کروم با امتیاز 8.5 در مقیاس سختی، یکی از سختترین فلزات روی سیاره زمین است. کروم به راحتی از تیتانیوم پیشی میگیرد که تنها امتیاز 6 دارد. در این مقیاس فقط بور و الماس بالاتر از کروم قرار میگیرند که به ترتیب دارای امتیازات 9.5 و 10 هستند.
آیا کروم یک فلز سمی است؟
ترکیبات کروم میتوانند حساس کننده و همچنین تحریک کننده باشند. سازمان بهداشت جهانی، کروم (VI) را به عنوان یک ماده سرطانزا برای انسان شناسایی کرده است. مواجهه شغلی با ترکیبات Cr(VI) در تعدادی از صنایع با افزایش خطر ابتلا به سرطانهای دستگاه تنفسی مرتبط است. کروم برای پوست، چشم، خون و سیستم تنفسی مضر است و کارگران ممکن است از قرار گرفتن در معرض کروم و ترکیبات آن آسیب ببینند.
آیا کروم گران قیمت است؟
کروم یک فلز بسیار گران قیمت است. فلزی است که زنگ نمیزند و در برابر خط و خش مقاوم است و ظاهری براق دارد.
کروم در چه مواردی ضعیف است؟
کروم در اکسیژن ناپایدار است، بلافاصله یک لایه نازک اکسیدی تولید می‌کند که در برابر اکسیژن نفوذ ناپذیر است و از فلز زیر محافظت می‌کند. کاربردهای اصلی کروم در آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ، آبکاری کروم و سرامیک‌های فلزی است.
پنج تا از قوی ترین فلزات را نام ببرید؟
اوسمیوم، فولاد، کروم، تیتانیوم و تنگستن
آیا لمس کروم بی خطر است؟
تماس مستقیم پوست با کروم شش ظرفیتی میتواند باعث تحریک پوستی غیر آلرژیک شود. تماس با پوست سالم نیز میتواند منجر به زخم کروم شود. اینها زخمهای پوستی کوچک هستند که به آرامی بهبود مییابند و معمولاً جای زخم باقی میماند.