الكروم: خصائص العنصر واستخداماته
الوصف
الكروم هو عنصر كيميائي ذو خصائص فريدة تجعله ضرورياً في مختلف التطبيقات الصناعية، بدءاً من إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ وحتى الطلاءات الواقية.
مقدمة عن العنصر
الكروم (Cr) هو فلز انتقالي ، وهو جزء من عناصر المجموعة 6 في الجدول الدوري. عدده الذري 24 ويشتهر ببريقه المعدني اللامع وصلابته. يوجد الكروم في الطبيعة في المقام الأول كمكون للمعادن مثل الكروميت. اكتشفه الكيميائي الفرنسي لويس-نيكولا فوكيلين لأول مرة في عام 1797. أبرز ما يميز الكروم هو مقاومته العالية للتلطيخ والتآكل، مما يجعله ذو قيمة عالية في التطبيقات الصناعية والتجارية.
وصف الخواص الكيميائية
يُظهر الكروم مجموعة واسعة من الخواص الكيميائية التي تساهم في فائدته في مختلف التطبيقات.
- حالات الأكسدة: يمكن أن يوجد الكروم في حالات أكسدة متعددة، تتراوح من -2 إلى +6. حالات التأكسد الأكثر استقراراً وشيوعاً هي +2 و+3 و+6.
- التفاعلية: يتفاعل الكروم مع الأكسجين في الهواء لتكوين طبقة أكسيد واقية تمنع المزيد من التآكل. كما يتفاعل مع غير المعادن، مثل الكبريت والهالوجينات، لتكوين مركبات مختلفة.
- سلوك الحمض والقاعدة: يعتبر أكسيد الكروم (III) (Cr₂O₃O₃) مذبذبًا، مما يعني أنه يمكن أن يتفاعل مع كل من الأحماض والقواعد.
- السمية: في حين أن الكروم في حالة الأكسدة +3 ضروري لصحة الإنسان، فإن حالة الأكسدة +6 سامة ومسرطنة، خاصة في البيئات الصناعية.
جدول بيانات الخواص الفيزيائية
الكروم معدن صلب رمادي صلب ذو درجات انصهار وغليان عالية . فيما يلي جدول يلخص بعض خواصه الفيزيائية الرئيسية:
|
الخواص |
القيمة |
|
العدد الذري |
24 |
|
الكتلة الذرية |
52.00 جم/مول |
|
الكثافة |
7.19 جم/سم مكعب |
|
درجة الانصهار |
1907°C |
|
درجة الغليان |
2671°C |
|
المقاومة الكهربائية |
2.3 × 10 × 10 ⁶Ω-م |
|
الموصلية الحرارية |
93 واط/م-ك |
|
اللون |
فضي معدني |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الاستخدامات الشائعة
يستخدم الكروم على نطاق واسع في مختلف التطبيقات الصناعية والتجارية نظراً لمتانته وصلابته ومقاومته للتآكل.
- الفولاذ المقاوم للصدأ: الاستخدام الأكثر شيوعاً للكروم هو في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ. يتم خلط الكروم مع الحديد لصنع فولاذ مقاوم للتآكل والتلطيخ.
- طلاء الكروم: يُستخدم الكروم في طلاء المعادن الأخرى، مما يوفر لمسة نهائية لامعة ومتينة. وهذا شائع في قطع غيار السيارات والأجهزة المنزلية وأدوات الزينة.
- الأصباغ: تُستخدم مركبات الكروم، مثل أكسيد الكروم (Cr₂O₃ )، في أصباغ الدهانات والأصباغ والأحبار. ويُعد الكروم الأصفر (PbCrO₄₄) صبغة معروفة.
- السبائك: يعد الكروم مكونًا رئيسيًا في العديد من السبائك، بما في ذلك تلك المستخدمة في التطبيقات الفضائية والعسكرية والصناعية.
- الحفاظ على الخشب: تُستخدم مركبات الكروم مثل زرنيخات النحاس المطلي بالكروم (CCA) في معالجة الأخشاب لمنع التسوس وانتشار الحشرات.
طرق التحضير
يُستخرج الكروم في المقام الأول من خام الكروميت (FeCr₂O₄O₄)، من خلال عملية تعرف باسم تفاعل الألمنيوم الحراري. في هذه العملية، يتم خلط خام الكروميت مع مسحوق الألومنيوم وتسخينه، مما يؤدي إلى اختزال أكسيد الكروم لإنتاج الكروم المعدني. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الحصول على الكروم عن طريق التحليل الكهربائي لكلوريد الكروم في وجود ملح منصهر.
المنتجات الصناعية ذات الصلة
يدخل الكروم في العديد من المنتجات الصناعية:
- الفولاذ المقاوم للصدأ: يحتوي على الكروم كمكون رئيسي، وغالباً ما يتم دمجه مع النيكل والموليبدينوم وعناصر أخرى.
- سبائك الكروم: تستخدم في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للحرارة والمتانة، مثل شفرات التوربينات والآلات الثقيلة.
- كيماويات الكروم: تُستخدم في إنتاج مواد كيميائية مختلفة، بما في ذلك أملاح الكروم وثاني أكسيد الكروم (لوسائط التسجيل المغناطيسي) ومركبات متخصصة أخرى.
الأسئلة المتداولة
فيمَ يُستخدم الكروم في الحياة اليومية؟
يُستخدم الكروم بشكل أساسي في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي يُستخدم في أدوات المطبخ وأدوات المائدة والآلات الصناعية. كما يُستخدم في صناعة الطلاءات والأصباغ.
كيف يُستخرج الكروم؟
يُستخرج الكروم من خام الكروميت من خلال تفاعل الألمنيوم الحراري، وهي عملية تتضمن استخدام مسحوق الألمنيوم لتقليل أكسيد الكروم.
ما سبب خطورة الكروم؟
الكروم، وخاصةً في شكله سداسي التكافؤ (Cr⁶⁺⁺)، سام ومسرطن. ويشكل مخاطر عند استنشاقه أو ابتلاعه، خاصةً في البيئات الصناعية حيث يشيع التعرض له.
هل الكروم ضروري لصحة الإنسان؟
نعم، يعد الكروم في شكله ثلاثي التكافؤ (Cr³⁺) عنصرًا أساسيًا أساسيًا يلعب دورًا في استقلاب الجلوكوز، على الرغم من أن وظيفته الدقيقة لا تزال قيد الدراسة.
ما هو المصدر الرئيسي للكروم؟
يتم الحصول على الكروم في المقام الأول من خام الكروميت، وهو متوفر بكثرة في دول مثل جنوب أفريقيا والهند وكازاخستان.
