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CROMO - Chimica, Proprietà fisiche e chimiche, Composti del cromo, Metallurgia del cromo, Usi, Leghe del cromo, Produzione

CROMO - Chimica, Proprietà fisiche e chimiche, Composti del cromo, Metallurgia del cromo, Usi, Leghe del cromo, Produzione
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cromo

Chimica

Il  cromo è l'elemento chimico di simbolo Cr, numero atomico 24 e peso atomico 51,996. Scoperto da Vauquelin, nel 1797, in un minerale trovato in Siberia, fu isolato solo nel 1854 da Bunsen. Il principale minerale del cromo è la cromite.

Proprietà fisiche e chimiche



Il  cromo è un metallo bianco leggermente azzurrognolo, che può essere facilmente lucidato. Ha densità 7,19, fonde a 1.875 ºC ed è molto duro. Non viene corroso dalla maggior parte degli agenti chimici; in particolare, non si ossida all'aria e conserva la sua lucentezza. Ad alta temperatura può bruciare nell'ossigeno o nel cloro; si combina con il carbonio per dare carburi; si scioglie nell'acido cloridrico.

Composti del cromo

Il cromo dà tre ossidi: l'ossido CrO e il triossido di dicromo Cr2O3, che sono basici e ai quali corrispondono sali di cromo; il triossido di cromo CrO3, che ha proprietà acide e può dare cromati e dicromati.

Composti di cromo bivalente. L'ossido CrO è una polvere nera, l'idrossido Cr(OH)2 è giallo, l'uno e l'altro si ossidano facilmente all'aria. I sali come il cloruro CrCl2 e il solfato CrSO4 sono blu. Molto riducenti, si trasformano facilmente in sali di cromo trivalente; devono essere conservati al di fuori del contatto dell'aria.

Composti di cromo trivalente. Derivano dal triossido di dicromo Cr2O3, polvere verde insolubile, molto dura, ottenuta per riduzione di un dicromato per mezzo di zolfo; fonde al di sopra di 2.200 ºC, può anche comportarsi come anidride d'acido e dare i cromiti. È usato per colorare il vetro e la porcellana e anche come refrattario.

I sali derivati dal Cr2O3 sono normalmente viola, mentre lo ione trivalente è verde in soluzione. I principali sono il cloruro CrCl3 e il solfato Cr2(SO4)3, che, mescolato al solfato di potassio, può dare cristalli viola di allume di cromo. L'ammoniaca dà con i sali di cromo trivalente ioni complessi (per es., lo ione esaamminocromo [ III] [Cr(NH3)6+) in cui l'ammoniaca può essere sostituita da altri ioni (per es., [Cr(NH3)5Cl]³+) detti acidoamminocromo.

Cromati e dicromati. L'ossido CrO3 è un solido che cristallizza in prismi aciculari rossi, ottenuto per azione dell'acido solforico sul dicromato di potassio. È un ossidante molto energico, che si infiamma al contatto con l'alcool etilico e libera a caldo gli alogeni dai loro idracidi.

A questo ossido corrispondono due acidi: l'acido cromico H2CrO4, non isolabile, ottenuto sciogliendo l'ossido in acqua, e l'acido dicromico H2Cr2O7.

I cromati sono i sali del primo; i più importanti sono il cromato di sodio Na2CrO4 e il cromato di potassio K2CrO4, solido cristallino, giallo limone, solubile e tossico. È ottenuto trattando con carbonato di potassio una soluzione bollente di dicromato. Mescolato a un sale di piombo, dà un precipitato, il giallo di cromo PbCrO4, usato come pigmento. Il rosso di cromo è un idrossicromato di piombo.

La soluzione di cromato di potassio, per aggiunta di acido, vira al rosso arancio e lascia depositare, per concentrazione, cristalli di dicromato K2Cr2O7. Mescolato all'acido solforico (miscela cromica), è spesso usato in chimica organica come ossidante, per esempio per preparare i chetoni. Serve in tintoria come mordente; è anche usato in fotografia perché rende la gelatina insolubile sotto l'azione della luce; si usa inoltre nella concia delle pelli.

Negli stati di ossidazione più alti gli alogeni derivati sono noti come fluoruri CrF6 e CrF5. Esistono i tetraalogenuri CrX4 (X=F,Cl,Br), i trialogenuri CrX3 (X=F,Cl,Br, I) e i dialogenuri (X=E,Cl,Br, I). Negli stati di ossidazione  V e  VIsono noti gli ossoalogenuri. Il cromo nello stato di ossidazione  III dà complessi con leganti sia neutri come (H2O,NH3,RNH2) sia anionici come alogenuro, ossalato, ecc. Sono noti anche complessi del cromo  II con diversi leganti: [Cr(CN)6]4- esacianocromato ( II); [Cr(NH3)6+ esaamminocromo ( II). Gli stati di ossidazione più bassi sono presenti nei complessi carbonilici e in complessi con altri leganti-acidi (ciclopentadienilici, olefinici, allilici, ecc.). Tra i metallo-carbonili abbiamo: l'esacarbonilcromo Cr(CO)6, il dodecacarbonildicromo dianione [Cr2(CO)10- e il corrispondente idruro [Cr2H(CO)10]-. I derivati ciclopentadienilici più interessanti sono: bis(pentaaptociclopentadienile)cromo (  III) di colore giallo [(π5-C5H5)2Cr]+; il bis(pentaaptociclopentadienile)esacarboniledicromo di colore verde [π5-C5H5 Cr (CO)2]3. Con altri leganti π-acidi il cromo forma molti derivati tra i quali segnaliamo: bis(esaaptobenzene) cromo(O) [(π6-C6H6)2Cr]; tris(triaptoallile)cromo di colore rosso (π³- C3H5)3Cr e il tetrakis(triaptpallile)dicromo [(π³-C3H5)2Cr]2 di colore rosso bruno.

Acido percromico. Aggiungendo acqua ossigenata a una soluzione d'acido cromico, si ottiene in soluzione una colorazione fugace azzurra che passa nell'etere, detta acido percromico.

Riconoscimento dei sali di cromo. I sali di cromo bivalente, azzurri, danno con l'idrossido di potassio un precipitato bruno di ossido salino Cr3O4 e con il solfuro di ammonio un precipitato nero. I sali di cromo trivalente viola o verdi danno con l'ammoniaca un precipitato gelatinoso verdastro. I cromati alcalini sono gialli; i dicromati, rosso arancio, danno con l'idrogeno solforato un sale di cromo trivalente e zolfo.



Metallurgia del cromo

Poiché il minerale di cromo più usato (cromite) non è facilmente attaccabile dagli acidi deve essere trasformato in una miscela di ossido di ferro (  III) e di cromati di calcio e di sodio; la calcinazione avviene a contatto dell'aria con una miscela alcalina.

I cromati di calcio e sodio, CaCrO4e Na2CrO4, vengono poi trasformati in dicromato di sodio per azione dell'idrogenosolfato di sodio: dal dicromato si passa al triossido di dicromo Cr2O3 per azione di un riduttore, per es. zolfo:

Na2Cr2O7 + S →Cr2O3+ Na2SO4;

la trasformazione avviene alla temperatura del calor rosso (circa 700 ºC). Solfato (solubile) e ossido (insolubile) vengono poi separati per lavatura. La riduzione dell'ossido di cromo e l'ottenimento del cromo puro sono infine realizzati, secondo il procedimento Goldschmidt, mediante riduzione con alluminio in polvere ad alta temperatura.

Il cromo duttile è ottenuto per riduzione del cloruro di cromo con magnesio, il cui eccesso viene eliminato per distillazione nel vuoto; il prodotto si presenta sotto forma di polvere; successivamente viene disossidato con l'idrogeno a 1.100 ºC e quindi sinterizzato. Attraverso l'elettrolisi di una soluzione di solfato di cromo e di acido cromico con anodi di piombo si ottiene cromo generalmente allo stato puro.

Usi

Il  cromo presenta una notevole resistenza alla corrosione atmosferica, ad alcuni agenti chimici, all'ossidazione (si ricopre di una sottile pellicola di ossido); inoltre è molto duro e resistente all'usura, perciò è usato per effettuare cromature e per la cromizzazione. Il cromo elettrolitico presenta anche un'ottima resistenza antiusura, che lo rende prezioso per il ripristino dello spessore primitivo di pezzi metallici logori (attrezzi, calibri, punzoni, alberi, ecc.).

Il cromo radioattivo viene utilizzato come agente diagnostico per misurare il tempo di transito intestinale, per determinare la massa sanguigna e la vita media dei globuli rossi, e per la diagnosi di alcune malattie del sangue.

I sali di cromo sono spesso responsabili di intossicazioni professionali per gli addetti alla produzione di leghe speciali, gli operai delle fabbriche di vernici, coloranti e pellami.

Leghe del cromo

Le  leghe ricche di cromo, quali il ferrocromo e il cuprocromo, ottenute per alluminotermia o al forno elettrico, servono per la fabbricazione di acciai e ghise. Gli acciai al cromo o al nichelcromo sono utilizzati: per la loro resistenza alla corrosione (acciai inossidabili); per la resistenza sia a temperatura ambiente sia ad alta temperatura (acciai e ghise refrattarie); per la loro alta durezza (acciai per cuscinetti, acciai per valvole); per il miglioramento delle caratteristiche meccaniche dell'acciaio dopo opportuno trattamento termico. Particolari leghe di nichelcromo vengono impiegate per la costruzione delle resistenze elettriche e dei fili per coppie termoelettriche, grazie alla loro elevata resistenza a caldo in presenza di agenti corrosivi (ossidanti, solforosi, carburanti).

Produzione

Vengono  estratti annualmente circa 3.400.000 t di minerale (Cr2O3) di cui un terzo serve per la produzione di leghe di ferrocromo, acciai e ghise speciali. Il resto è impiegato nell'industria chimica (giallo di cromo e cromati) o per la produzione di refrattari. I maggiori paesi produttori a metà degli anni Novanta erano la Repubblica Sudafricana (1.449.000 t), il Kazakistan (682.000 t), l’India (349.000 t), la Turchia (240.000 t), lo Zimbabwe (179.000 t), la Finlandia (171.000 t), il Brasile (102.000t).





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