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Chrom

Chemie und Physik des chemischen Elements Chrom.



Chrom

Chrom - wegen seiner bunten Verbindungen dem Namen nach das 'Farbige' unter den chemischen Elementen - ist ein silberweißes, in reiner Form zähes, dehnbares, schmiedbares, im kubisch-raumzentrierten Gitter kristallisierendes Metall mit dem chemischen Symbol Cr und der Ordnungszahl 24.

Chrom ist eines der wenigen Metalle, die eine Passivierungsfähigkeit besitzen: Metallisches Chrom reagiert spontan mit dem Luftsauerstoff und bildet eine sehr dünne Oxidschicht, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Diese Oberfläche ist hart, nicht reaktiv und läßt sich - wie vom Chrom bekannt - hochglänzend polieren. Dies macht Chrom ideal für die Galvanisierung anderer Metalle, um sie vor Oxidation zu schützen, und aufgrund seiner Härte wird es zum Härten und Verchromen der Oberfläche vieler Objekte - wie z. B. Metallwerkzeuge - verwendet.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Chrom

Bezeichnung:Chrom Symbol:Cr Ordnungszahl:24 Atommasse:51,9961(6) u Periodensystem-Stellung:6. Gruppe, 4. Periode, d-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Nebengruppen-Elemente, Übergangsmetalle. Entdeckung:Louis Nicolas Vauquelin (1794, 1797) Bedeutung des Namens:Aus dem Griechischen: chroma = Farbe (wegen der Farbigkeit der Cr-Verbindungen). Englischer Name:Chromium CAS-Nummer:7440-47-3 InChI-Key:VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N

 

Das Chrom-Atom

Das Cr-Atom - und damit das chemische Element Chrom - ist eindeutig durch die 24 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Chrom-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Chrom-Isotope bzw. Chrom-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Chrom-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch; die relative Atommasse wird daher mit 51,9961 u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f
Cr24[Ar] 3d5 4s1 2262651

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Chrom-Atom zu trennen.

1. IE: 6,76651 eV2. IE: 16,4857 eV3. IE: 30,96 eV4. IE: 49,16 eV5. IE: 69,46 eV6. IE: 90,6356 eV
7. IE: 160,18 eV8. IE: 184,7 eV9. IE: 209,3 eV10. IE: 244,4 eV11. IE: 270,8 eV12. IE: 298,0 eV
13. IE: 354,8 eV14. IE: 384,171 eV15. IE: 1010,6 eV16. IE: 1097 eV17. IE: 1185 eV18. IE: 1299 eV
19. IE: 1396 eV20. IE: 1496 eV21. IE: 1643 eV22. IE: 1721,4 eV23. IE: 7481,4 eV24. IE: 7894,87 eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Chrom-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
5989696583,8574,1

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
74,142,242,2

 

Weitere Daten

Atomradius:166 pm (berechnet)
140 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:139(5) pm (nach Cordero et al.)
122 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
111 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
104 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen: 7,23 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,288; ωL1: 0,00071; ωL2: 0,0037; ωL3: 0,0037 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,31; F13: 0,57; F23:

 

Spektrallinien des Chroms

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Aluminiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chrom-Spektrallinien

 

 

Chemie des Chroms

Chrom ist ein Mitglied in Gruppe 6 der Übergangsmetalle. Metallisches Chrom Cr(0) hat aufgrund der geringeren Energie der High-Spin-Konfiguration die irreguläre Elektronenkonfiguration [Ar] 3d5 4s1 - statt 3d4 4s2. Es besitzt damit sechs Valenzelektronen, die in einem breiten Bereich von Oxidationsstufen auch tatsächlich Bindungen eingehen; die Zustände +3 und +6 treten am häufigsten in Chromverbindungen auf. Ladungen von +1, +4 und +5 für Chrom sind selten und nur selten anzutreffen.

Das Chrom-Kation mit der positiven Ladung 3 (Cr3+) ist der stabilste ionische Zustand des Chroms.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,66 nach Pauling
1,65 nach Allen
3,2951 eV nach Gosh-Gupta
3,72 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,675 84(12) eV bzw. 65,21(2) kJ mol-1Oxidationsstufen:+3, +6 (+1, +2, +4, +5, -I, -II)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,74+ IIIChrom(III)-KationCr3++ 3 e-Cr (s)Chrom0
-0,42+ IIIChrom(III)-KationCr3++ e-Cr2+Chrom(II)-Kation+ II
1,33+ VIDichromat-AnionCr2O72- + 14 H++ 6 e-2 Cr3+ + 7 H2OChrom(III)-Kation+ III

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Chroms

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Chrom-Metalls auf.

Schmelzpunkt:1907 °C Schmelzenthalpie (molar):21,0 kJ mol-1 Schmelzenthalpie (spezifisch):325 kJ kg-1 Siedepunkt:2671 °C Verdampfungsenthalpie:348,78 kJ mol-1 Wärmekapazität:23,35 J mol-1 K-1 (molar)
0,449 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:606 K Thermische Leitfähigkeit:93,9 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:4,9 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrischer Widerstand:93,9 nΩ m bei 20 °C Dichte:7,18 g cm-3 Elastizitätsmodul:279 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):190,1 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,00526 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,21 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch-raumzentriert - bcc Härte:nach Mohs: 8,5
nach Vickers: 1,06 GPa
nach Brinell: 1120 GPa
nach Brinell (neu): 0,688 GPa (geglüht)
Magnetismus:antiferromagnetisch, antiferromagnetisch Magnetische Suszeptibilität:3,1 × 10-4 cm3 mol-1 Schallgeschwindigkeit:5940 m s-1 bei 20 °C

 

Chrom zeigt in elementarer Form und paramagnetische Eigenschaften. Vor kurzem wurde allerdings entdeckt, dass Chrom unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen kann, abhängig von seiner Temperatur, was sich auf die Ausrichtung der Elektronen auswirkt. Chromverbindungen wie Chromdioxid gelten als ferromagnetisch. Die ferromagnetischen Eigenschaften dieser Verbindungen ermöglichen die Verwendung in Datenbändern, um Informationen zu speichern.

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Chrom steht an 13. Stelle der Häufigkeiten der chemischen Elemente in der Erdkruste mit einer durchschnittlichen Konzentration von 102 ppm. Chromverbindungen werden in der Umwelt durch die Erosion von chromhaltigen Gesteinen gebildet und können durch Vulkanausbrüche umverteilt werden. Typische Hintergrund-Konzentrationen von Chrom in Umweltmedien sind: Atmosphäre < 10 ng m-3 ; Boden < 500 mg kg-1; Vegetation < 0,5 mg kg-1; Süßwasser < 10 μg L-1 ; Meerwasser < 3 μg L-1; Sedimente < 80 mg kg-1.

Mit Ausnahme einer Diamantenlagerstätte in Russland tritt Chrom nur in Form von Verbindungen und nicht elementar auf. Der Grund für Ausnahme wird in der reduzierend wirkende Umgebung der Diamantlagerstätte gesehen.

Erdkruste:102 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:2520 ppm Meerwasser:0,0003 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,013 (bezogen auf Silicium, Si=1)

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 19.01.2019.



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