ChromVortrag von Kerstin Schaller im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Anorganische Chemie", WS 2003/2004
Gliederung:
0. EinleitungEinige Gegenstände wie ein Wasserhahn, eine grüne Glasmurmel, eine Musikkassette oder ein Schraubenschlüssel begegnen uns fast täglich im Leben. Alle diese Gegenstände haben etwas gemeinsam; sie alle bestehen zumindest teilweise aus Chrom.
1. Allgemeines zum Element ChromChrom ist ein Element der 6. Nebengruppe. Der Name Chrom leitet sich ab vom griechischen "chromos", was soviel bedeuted wie "Farbe". Diesen Namen hat das Element auf Grund der Vielfarbigkeit seiner Salze bekommen. Einige relevante Daten zum Chrom sind:
Die bevorzugte Oxidationszahl in sauren Lösungen ist +3. Im Alkalischen oxidiert Chrom leicht zu 6-wertigen Verbindungen.
2. VorkommenChrom steht in der Elementarhäufigkeit an 20. Stelle. Das Element kommt in der Natur fast ausschließlich in Verbindungen vor. Nur in Meteoriten konnten bislang Spuren von metallischem Chrom nachgewiesen werden. Das wichtigste Chromerz ist Chromit (Chromeisenstein, FeCr2O4). Ein weiteres Chromerz von geringerer Bedeutung ist Krokoit (Rotbleierz, PbCrO4). Die Chromitlagerstätten finden sich vor allem in der Türkei, Indien und Südafrika.
3. EigenschaftenReines Chrom ist ein zähes bläulich-weiß glänzendes Schwermetall, das gut schmiedbar und formbar ist. Es kann kubisch-raumzentrierte oder hexagonal-dichteste Kugelpackungen aufweisen. Bei geringfügigen Verunreinigungen mit Wasserstoff oder Sauerstoff wird es zu dem härtesten aller Gebrauchsmetalle aber auch sehr spröde. An Luft ist Chrom enorm beständig, da es von einer dünnen Oxidschicht überzogen wird, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Dadurch wird Chrom sogar an feuchter Luft und im Wasser vor Korrosion geschützt.Chrom ist ein relativ unedles Metall. Bei hohen Temperaturen reagiert Chrom mit den meisten Nichtmetallen. Mit Chlor bildet sich Chrom(III)-chlorid: 2 Cr + 3 Cl2 ----> 2 CrCl3 Mit Sauerstoff verbrennt es zu Chrom(III)-oxid: 4 Cr + 3 O2 --> 2 Cr2O3 Die Farben der einzelnen Chromsalze variieren stark . Einige Farben sollen kurz aufgezeigt werden:
4. Geschichtliche HintergründeMitte des 18. Jahrhunderts wurde ein neues Mineral entdeckt, dass wegen seiner roten Farbe den Namen Krokoit erhielt. 1797 entdeckte der französische Chemiker Louis Nicolas Vauquelin das Element Chrom bei Untersuchungen von Krokoit und stellte es in unreiner Form dar. Im gleichen Jahr erkannte der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth ebenfalls im Krokoit das Element Chrom. Die Darstellung reinen Chroms gelangte erstmals Robert Wilhelm Bunsen 1854 durch die Elektrolyse von wässrigen Chromchloridlösungen.
5. HerstellungAls Ausgangsmaterial dient das Mineral Chromit. Das Erz wird durch Flotation angereichert, fein zermahlen und mit Kalk und Soda vermischt. Unter Luftzufuhr erhält man bei ca. 1200°C Natriumchromat:4 FeCr2O4 + 8 Na2CO3 + 7 O2 à 8 Na2CrO4 + 2 FeO3 + 8 CO2 Nach der Extraktion des Chromats mit heißem Wasser wird konz. Schwefelsäure hinzu gegeben, so dass Natriumdichromat entsteht: 2 Na2CrO4 + H2SO4 + H2O à NaCr2O7 + Na2SO4 + 2 H2O Das Natriumdichromat kristallisiert beim Abkühlen als Dihydrat aus der Lösung. Durch eine nachfolgende Reduktion mit Kohle erhält man Chrom(III)-oxid: NaCr2O7 x 2 H2O + 2 C à Cr2O3 + Na2CO3 + 2 H2O + CO Im Anschluss erfolgt die aluminothermische Reduktion des Chrom(III)-oxids zu Chrom: Cr2O3 + 2 Al à Al2O3 + 2 Cr Das so gewonnene Chrom besitzt einen Reinheitsgrad von 99%. Reineres Chrom entsteht durch die Elektrolyse von Chrom(III)-Salzlösungen. In der Technik wird Chrom jedoch meist als unreines Ferrochrom hergestellt. Dieses erhält man durch Reduktion von Chromit mit Koks im Elektroofen: FeCr2O4 + 4 C à Fe + 2 Cr + 4 CO Dieses Ferrochrom wird zur Herstellung chromhaltiger Stähle verwendet. Chrom ist das wichtigste Legierungselement für nichtrostende und hitzebeständige Stähle.
6. VerwendungCr (Chrom): Ein wichtiges Verwendungsfeld für Chrom liegt in der Stahlherstellung. Bereits kleine Mengen Chrom erteilen dem Stahl hohe mechanische Beanspruchbarkeit. Durch das Hartverchromen erhält Metall eine wirksamen Verschleiß- und Korrosionsschutz. Hierbei werden relativ dicke Chromschichten von bis zu 500m m direkt auf das Metall aufgetragen. Bei der Dekoverchromung, die nur zur Verschönerung dient, werden nur dünne Chromschichten (bis 0,3m m dick) auf korrosionsbeständige Nickel- oder Kupfer-Nickel-Schichten aufgetragen. Cr2O3 (Chrom(III)-oxid) :Es dient als sehr temperatur-, oxidations- und wetterbeständiges grünes Pigment für Anstrichstoffe, als Malerfarbe und zum Einfärben von Glas und Porzellan. PbCrO4 (Bleichromat): Bleichromat ist ein Gelbpigment, das häufig in Malerfarben vorkommt. CrO2 (Chromdioxid): Chromdioxid ist ein schwarzes, ferromagnetisches Pulver, das als Bild- und Tonträger auf Magnetbändern verwendet wird. Na2Cr2O7 (Natriumdichromat): Findet Verwendung als Oxidationsmittel, z.B. bei der technischen Herstellung von Anthrachinon aus Anthracen.
7. Zusammenfassung
Versuch: Die thermische Zersetzung von Ammoniumdichromat: " Der Vulkan " (Video). Ammoniumdichromat wird auf einer feuerfesten Unterlage
aufgehäuft. Nach Zugabe eines Tropfen Alkohols zur Brandbeschleunigung wird der Haufen
entzündet. (NH4)2Cr2O7 --> Cr2O3 + N2 + 4 H2O unter Versprühung von grünem, voluminösem Chrom(III)-oxid; hierbei oxidiert das Dichromat-Ion den Stickstoff des Ammonium-Ions. Dieser Vorgang gleicht dem Ausbruch eines Vulkans.
8. Literatur:
E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 20.09.10 |
