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Cromo

Cr - Elemento chimico con numero atomico 24

Il cromo è l'elemento chimico di numero atomico 24 e il suo simbolo è Cr. È il primo elemento del gruppo 6 del sistema periodico, facente parte del blocco d. È un metallo di transizione lucente, di color grigio-acciaio, duro e fragile,[1] molto resistente alla corrosione.[2] Il nome deriva dal greco χρῶμα (chrôma), colore, per la varietà dei colori dei suoi composti.[3]

Cromo
   

24		 Cr
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   

vanadio ← cromo → manganese

Aspetto
Aspetto dell'elemento
Aspetto dell'elemento
metallo argenteo
Linea spettrale
Linea spettrale dell'elemento
Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomicocromo, Cr, 24
Seriemetalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco6 (VIB), 4, d
Densità7 140 kg/m³
Durezza8,5
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Termine spettroscopico7S3
Proprietà atomiche
Peso atomico51,9961
Raggio atomico (calc.)140(166) pm
Raggio covalente127 pm
Configurazione elettronica[Ar]3d54s1
e− per livello energetico2, 8, 13, 1
Stati di ossidazione6,3,2 (acido forte)
Struttura cristallinacubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materiasolido
Punto di fusione2 130 K (1 860 °C)
Punto di ebollizione2 945 K (2 672 °C)
Volume molare7,23×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione344,3 kJ/mol
Calore di fusione16,9 kJ/mol
Tensione di vapore990 Pa a 2 130 K
Velocità del suono5940 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS7440-47-3
Elettronegatività1,66 (scala di Pauling)
Calore specifico450 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica7,74×106 S/m
Conducibilità termica93,7 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione652,9 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione1 590,6 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione2 987 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione4 743 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione6 702 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione8 744,9 kJ/mol
Isotopi più stabili
isoNATDDMDEDP
50Cr4,345% È stabile con 26 neutroni
51Crsintetico 27,7025 giorniε0,75351V
52Cr83,789% È stabile con 28 neutroni
53Cr9,501% È stabile con 29 neutroni
54Cr2,365% È stabile con 30 neutroni
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Storia modifica

Nel 1761 Johann Gottlob Lehmann trovò un minerale color rosso-arancio nei monti Urali, che battezzò piombo rosso siberiano: erroneamente identificato come un composto di piombo con parti di selenio e ferro, il minerale era in realtà un cromato di piombo.

Nel 1770 Peter Simon Pallas visitò lo stesso sito di Lehmann e rinvenne un altro "minerale di piombo" color rosso che poteva essere utilmente impiegato come pigmento per vernici. Nello stesso anno François Sulpice Beudant attribuì al nuovo minerale il nome di crocoite.

L'uso del piombo rosso siberiano si sviluppò rapidamente; nello stesso periodo un colore giallo brillante ricavato sempre dalla crocoite divenne molto di moda.

Nel 1797 Nicolas-Louis Vauquelin ricevette dei campioni di crocoite e riuscì a ricavarne ossido di cromo (CrO3) mescolando la crocoite con acido cloridrico; un anno più tardi scoprì che poteva ottenere cromo metallico riscaldando l'ossido in un letto di carbone. Fu anche in grado di rilevare tracce di cromo in alcune gemme preziose, come rubini e smeraldi.

Durante l'Ottocento la crocoite come materia prima per l'estrazione del cromo fu soppiantata dalla cromite (scoperta nel 1797 ma descritta solo nel 1845 da Wilhelm von Haidiger), la quale ha contenuto decisamente più alto di cromo (fino a più del 40% in peso, contro un massimo del 16% nella crocoite).

Durante il XIX secolo il cromo fu usato principalmente per preparare vernici e pigmenti vari; oggi l'uso principale del cromo (85% del totale) è per leghe metalliche, con il resto diviso fra l'industria chimica, le fonderie e le fabbriche di laterizi.

Il nome "cromo" deriva dalla parola greca chroma, che vuol dire "colore", a causa del gran numero di composti vivacemente colorati di tale elemento.

Caratteristiche chimico-fisiche modifica

Il cromo è un metallo durissimo, impiegato nelle leghe di acciai inossidabili. Partecipa anche alla formazione di leghe d'alluminio, rame e nichel. È impiegato come rivestimento protettivo delle superfici metalliche (cromatura), che acquistano splendore e resistenza alla corrosione.

Gli stati di ossidazione più comuni del cromo sono +2, +3 e +6, di cui +3 è il più stabile; gli stati +4 e +5 sono relativamente rari. I composti del cromo +6 (cromo esavalente) sono potenti ossidanti, e gli effetti tossici e cancerogeni del cromo esavalente sono principalmente imputati a questa caratteristica, rendendolo fortemente aggressivo nei confronti dei sistemi biologici. Il suo calore specifico è 0,45 J/(g·K). Esso è un elemento di transizione.

Isotopi modifica

Del cromo si conoscono almeno 26 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 42, ad A = 67. Tra questi, quelli presenti in natura sono i quattro isotopi che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi: 50Cr (4,345%), 52Cr (83,789%, il più abbondante), 53Cr (9,501%) e 54Cr (2,365%).[4]

Il primo degli isotopi naturali, il nuclide 50Cr, con solo 2 neutroni in più dei protoni, è osservativamente stabile ma il suo decadimento a 50Ti è energeticamente favorito, per cui si sospetta che possa avvenire. Le due modalità permesse sono la doppia cattura elettronica (εε), con rilascio di 1173,3 keV di energia, o anche il modo combinato di cattura elettronica ed emissione di positrone (εβ+), con rilascio di 296,07 keV di energia. L'emivita stimata del processo è di 1,3×1018 anni.[5] Gli altri tre isotopi menzionati sono stabili.

Isotopi radioattivi modifica

Il 48Cr (spin 0), con un numero di protoni e neutroni uguale, non è stabile; decade per emissione di positrone (β+) a vanadio-48 (Q = 634,01 keV, T1/2 = 21,56 ore), che poi decade a sua volta, ancora in modalità β+, a titanio-48, stabile.[6]

Il 49Cr (spin 5/2-), decade β+ a vanadio-49 (Q = 1,604 MeV, T1/2 = 42,33 minuti), che poi decade a sua volta, per cattura elettronica (ε), a titanio-49, stabile.

Il 51Cr (spin 7/2-), decade per cattura elettronica a vanadio-51, stabile (Q = 752,58 keV, T1/2 = 27,70 giorni).[7]

Il 55Cr (spin 3/2-), decade β- a manganese-55, stabile (Q = 2,603 MeV, T1/2 = 3,497 minuti).[8]

Il 56Cr (spin 0), decade β- a manganese-56 (Q = 1,628 MeV, T1/2 = 5,933 minuti), che poi decade a sua volta, ancora β-, a ferro-56, stabile.[9]

Tutti gli altri isotopi sono molto radioattivi, con emivite di meno di un minuto.

Il decadimento del 53Mn produce 53Cr. Il manganese quindi contiene di solito anche isotopi di cromo, e questo rende il sistema cromo-manganese uno strumento di indagine in geologia. I rapporti Mn/Cr confermano le prove fornite dal 26Al e dal 107Pd sulla storia degli inizi del sistema solare; variazioni del rapporto fra 53Cr / 52Cr e Mn/Cr riscontrati in molti meteoriti indicano un rapporto iniziale 53Mn / 55Mn tale per cui la loro struttura isotopica Mn-Cr deriva dal decadimento in situ di 53Mn in corpi planetari differenziati. Quindi il 53Cr fornisce prove ulteriori sui processi nucleosintetici immediatamente successivi alla condensazione del sistema solare.

Produzione modifica

Materia prima modifica

Il cromo si estrae dal suo principale minerale, la cromite (FeCr2O4), un ossido misto di Cr(III) e Fe(II) ed anche uno spinello. Circa metà della cromite estratta nel mondo viene dal Sudafrica. Altri produttori importanti sono il Kazakistan, l'India e la Turchia. Esistono molti giacimenti vergini di cromite, ma sono concentrati quasi tutti in Kazakistan e in Sudafrica. La produzione annua nel 2000 è stata di circa 15 milioni di tonnellate, convertita quasi tutta in 40 milioni di tonnellate di lega ferro-cromo con un valore approssimativo di mercato di 2 miliardi di euro.

I depositi di cromo nativo puro sono rari: la miniera Udačnaja in Russia ne produce piccole quantità. È una miniera di diamanti che sfrutta una vena di kimberlite, in cui l'ambiente riducente favorisce l'accumulo di cromo metallico puro.

Processi modifica

Riduzione chimica dell'ossido di cromo(III) con alluminio, silicio o carbone:

Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr
Cr2O3 + 3C → 3CO + 2Cr

Per via elettrochimica è possibile ridurre l'allume di cromo e l'ossido di cromo(VI).

  •  
    Produzione mondiale di cromo per nazione
  •  
    Produzione annuale di cromo

Produzione mondiale modifica

I maggiori produttori di cromo nel 2019[10]
Posizione Paese Produzione (Mille tonnellate)
1   Sudafrica 16395
2   Turchia 10000
3   Kazakistan 6700
4   India 4139
5   Finlandia 2415
6   Brasile 200[11]
Altri paesi 4910

Composti modifica

Il dicromato di potassio è un potente agente ossidante ed è il miglior composto disponibile per eliminare ogni possibile composto organico dai vetri di laboratorio, ma è altamente tossico e mutageno[12]. Il verde cromo è un ossido di cromo, Cr2O3 usato nelle vernici per miniature, modellismo e pittura su vetro. Il giallo cromo è un pigmento giallo brillante, PbCrO4, usato dai pittori.

L'acido cromico ha la struttura (ipotizzata) H2CrO4. Né l'acido cromico né l'acido dicromico sono presenti in natura, ma i loro anioni si possono ritrovare in una gran varietà di composti. Sia il triossido di cromo, CrO3 (l'anidride acida di cromo) che l'acido cromico propriamente detto sono venduti industrialmente come "acido cromico".

Applicazioni modifica

Utilizzi del cromo e dei suoi composti:

Precauzioni e tossicologia modifica

  Le informazioni riportate non sono consigli medici e potrebbero non essere accurate. I contenuti hanno solo fine illustrativo e non sostituiscono il parere medico: leggi le avvertenze.
frasi H ---
frasi R R 40
consigli P ---[13]
Le sostanze chimiche
vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Il cromo metallico e i composti del cromo trivalente non sono normalmente considerati pericolosi per la salute, ma i composti del cromo esavalente (cromati e bicromati) sono molto tossici se ingeriti o se i fumi vengono respirati. La dose letale di composti di cromo esavalente è, per esempio, nel caso del bicromato d'ammonio, per somministrazione orale LD50 <190 (Cr6+) mg/kg nel ratto. Dimostra irritabilità primaria ed è corrosivo sulla pelle e sulle mucose, può essere mortale se assorbito anche attraverso la pelle e se ingerito; l'inalazione può provocare spasmo dei bronchi, infiammazione ed edema della laringe e dei bronchi, polmonite chimica ed edema polmonare. Presenta frequentemente fenomeni di sensibilizzazione se inalato, e a contatto con la pelle. Si sospetta essere teratogeno ed è classificato come cancerogeno per quasi tutti gli organismi viventi (tra cui anche gli esseri umani).

Si discute invece se il cromo trivalente sia un oligonutriente essenziale, necessario per il corretto metabolismo degli zuccheri nel corpo umano.[senza fonte] La Food Standards Agency inglese, per esempio ha visto e ricorretto i dati relativi al fabbisogno umano di tale elemento, spesso supplementato nella dieta in forma di cromo picolinato e varie volte accusato di essere al contrario solamente dannoso, o al più ininfluente, se assunto in piccole dosi.[senza fonte] Non è dimostrato che una carenza di cromo influenzi eventualmente la capacità dell'insulina di regolare il livello di glucosio nel sangue. Diversamente da altri oligominerali, non è stata trovata traccia di atomi di cromo in alcuna metalloproteina dotata di attività biologica e neppure in altri composti attivi. Il ruolo del cromo nel metabolismo degli zuccheri resta dunque, per ora, un mistero o un fatto irrilevante.

Poiché molti composti del cromo sono stati e sono tuttora usati in colori, vernici e nella concia del cuoio, molti di essi si ritrovano oggi nel terreno e nelle falde acquifere in siti industriali abbandonati, che ora necessitano di decontaminazione e recupero ambientale.

Nel 1958 l'OMS consigliò una concentrazione massima ammissibile per il cromo esavalente di 0,05 mg/l nell'acqua potabile, sulla base di misure di salvaguardia per la salute. Tale raccomandazione è stata rivista molte volte, ma il valore fissato non è mai stato elevato.

A partire dal 1º luglio 2006 è diventata obbligatoria la Direttiva della Comunità Europea 2002/95/CE[14] (RoHS) che vieta l'utilizzo di cromo esavalente come componente nei rivestimenti anticorrosione in vari tipi di apparecchiature elettriche ed elettroniche.

Cromo trivalente modifica

Risultati contrastanti di studi di tossicità subcronica, cronica e riproduttiva sui sali del cromo solubile (III) e sull'uomo impediscono di determinare il valore massimo di tossicità.
Il gruppo di esperti sulle vitamine e minerali del Regno Unito (EVM) ha definito non tossica una dose di 0,15 mg/kg di peso corporeo / giorno di cromo (III) (o 10 mg / persona / giorno).
L'OMS ha fissato il limite alla supplementazione di cromo a 250 μg / giorno.

Più studi hanno affermato che il cromo picolinato monoidrato non è mutageno o cancerogeno, con un ampio margine di sicurezza di 4-5 ordini di grandezza.L'US National Toxicology Programme (NTP) ha accertato nei ratti e topi l'assenza di danni al DNA per la somministrazione equivalente nell'uomo a 50 000 mg/kg della dieta per un periodo di due anni, molto più alto della dose di 250 µg/giorno[15]

Intossicazione acuta modifica

La maggior parte dei composti del cromo esavalente sono irritanti per gli occhi, per la pelle e per le mucose, ed un'esposizione cronica ad essi può causare danni permanenti agli occhi, se non adeguatamente curati. L'ingestione di liquidi contenenti cromo (accidentale o a scopo suicidario) provoca gravi gastroenteriti con nausea, dolori addominali, vomito e diarrea. A questa fase segue il danno epatico e renale e necrosi tubulare acuta con sviluppo di insufficienza renale acuta molto grave e possibile morte.

Intossicazione cronica modifica

Il cromo è responsabile di una lunga serie di effetti tossici cronici. Tra questi i più noti sono:

Il cromo esavalente è inoltre un famoso agente cancerogeno per gli esseri umani (gruppo I secondo IARC). Esiste infatti una estesa letteratura scientifica (vedi Bibliografia), dimostrante gli effetti cancerogeni del cromo (VI) sia in esperimenti di laboratorio che come casistica. Il cromo è responsabile di:

Indicatori di dose modifica

Per stabilire la possibile esposizione al cromo, si deve procedere alla misurazione del cromo urinario prima e dopo il turno lavorativo. Questo semplice metodica permette di quantificare l'esposizione al tossico in soggetti con manifestazioni cliniche suggestive di intossicazione da cromo.

Note modifica

  1. ^ (EN) E. A. Brandes, H. T. Greenaway e H. E. N. Stone, Ductility in Chromium, in Nature, vol. 178, n. 4533, 1956-09, pp. 587–587, DOI:10.1038/178587a0. URL consultato l'8 marzo 2022.
  2. ^ (EN) Thermal Spraying vs. Hard Chrome Plating, su AZoM.com, 15 agosto 2002. URL consultato l'8 marzo 2022.
  3. ^ (EN) chromium | Etymology, origin and meaning of chromium by etymonline, su etymonline.com. URL consultato l'8 marzo 2022.
  4. ^ Isotope data for chromium-52 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 16 marzo 2023.
  5. ^ I. Bikit, N. Zikić-Todorović e J. Slivka, Double \ensuremath{\beta} decay of ${}^{50}\mathrm{Cr}$, in Physical Review C, vol. 67, n. 6, 3 giugno 2003, pp. 065801, DOI:10.1103/PhysRevC.67.065801. URL consultato il 16 marzo 2023.
  6. ^ Isotope data for chromium-48 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 16 marzo 2023.
  7. ^ Isotope data for chromium-51 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 16 marzo 2023.
  8. ^ Isotope data for chromium-55 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 16 marzo 2023.
  9. ^ Isotope data for chromium-56 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 16 marzo 2023.
  10. ^ Statistiche sulla produzione di cromo por USGS
  11. ^ Anuário Mineral Brasileiro
  12. ^ Scheda sul Bicromato di Potassio del CIS (International Occupational Safety and Health Information Centre), su ilo.org.
  13. ^ Scheda del cromo in polvere, su IFA-GESTIS. URL consultato il 20 giugno 2021 (archiviato dall'url originale il 16 ottobre 2019).
  14. ^ Direttiva della Comunità Europea 2002/95/CE (PDF), su eur-lex.europa.eu. URL consultato il 30 aprile 2019 (archiviato dall'url originale il 23 febbraio 2007).
  15. ^ Parere per la Commissione Europea, su europass.parma.it. URL consultato il 6 aprile 2019 (archiviato dall'url originale il 4 marzo 2015).

Bibliografia modifica

Voci correlate modifica

Altri progetti modifica

Collegamenti esterni modifica

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