CROM

Cromul, ( Cr ), element chimic cu caracter metalic, din grupa a Vl-a secundara Z 24, masa atomica 51,996, structura invelisului electronic exterior 3d⁵4s, valenta II III, IV, V, VI.

Metal alb, lucios, denitatea 7,2 [kg/dm3], punct topire l 890° C, punct fierbere 2480° C. in stare pura este maleabil, ductil si tenace.

ISTORIC

Cromul a fost descoperit in anul 1797, de chimistul francez Nicolas Vanquelin, iar numele sau deriva de la cuvintul grecesc Cromos (culoare), deoarece combinatiile acestui nou element sint multicolore.

In lucrarile efectuate pentru determinarea cromului, Vanquelin s-a folosit de probe dintr-un mineral al cromului si plumbului numit crocoit si care in realitate era cromat de plumb (CrO₄Pb). Acest mineral, de culoare rosietica, fusese identificat in anul 1762, in Siberia. A primit numele de crocoit de la cuvintul grecesc crocos, care inseamna scortisoara (pe baza asemanarii de culori). Analizind crocoitul, Vanquelin a obtinut un precipitat greu de plumb si o solutie de culoare galbena de acid cromic. Prin incalzirea acidului cromic cu carbune, Vanquelin a obtinut primele cantitati de crom.

Mai tirziu, fizicianul francez A. E. Becquerel, in 1843, reuseste sa obtina crom metalic, pe cale electrolitica, iar in 1898, Goldschmit il obtine prin metoda aluminotermica.

Cromul este un metal destul de raspindit in scoarta pamintului dar numai sub forma de combinatii chimice, clarkul sau avind valoarea de 0,033%.

OBTINERA CROMULUI

Cele mai importante minereuri utilizate la extragerea cromului sint : cromit (oxid de crom si fier - FeO . Cr₂O₃) , crocoitul (cromat de plumb - Pb CrO₄), magnocromit sau oxid de fier, crom si magneziu - (Fe . Mg) Cr₂O₄ si picotit sau oxid de fier, crom, magneziu si aluminiu - (Fe . Mg) (Cr . Al)₂O₄.

Minereul de baza folosit la extragerea cromului este cromitul si in metalurgia cromului se disting doua etape mai importante si anume : fabricarea oxidului de crom si obtinerea cromului metalic. In vederea fabricarii oxidului de crom se procedeaza mai intii la topirea cromitului in amestec cu carbonat de potasiu, operatie care se face intr-un cuptor cu reverberatie. In jectind, in baie, oxigen se formeaza cromat de potasiu, oxid de,   fier

s si bioxid de carbon, potrivit reactiei:

2 FeCr₂O₄ + 4 K₂CO₃ + 3,5 O₂ = 4 K₂CrO₄ + Fe₂O₃ + 4 CO₂. Dupa racire, topitura rezultata se dizolva in apa fierbinte, in autoclava, separindu-se de reziduul insolubil, format din oxidul de fier. Solutia obtinuta se trateaza cu acid sulfuric, din care bicromatul de potasiu precipita sub forma de cristale solide. Prin reducerea bicromatului de potasiu, in stare topita, cu sulf rezulta oxidul de crom, pe baza reactiei:

K₂Cr₂ O₇ + S = Cr₂O₃ + SO₄K₂.

In a doua etapa se urmareste producerea cromului metalic prin reducerea oxidului de crom; operatia se poate face prin reducere cu aluminiu (aluminotermie) sau cu siliciu (silicotermie).

Fabricarea cromului pe cale aluminotermica consta din amestecarea oxidului de crom cu pulbere de aluminiu metalic intr-un creuzet, captusit cu material refractar, in amestec se introduce si florura de calciu (CaF₂) pentru fluidificare. Dupa amorsare, procesul se desfasoara violent, cu degajare de caldura si lumina dupa reactia:

Cr₂O₃ + 2 Al = A1₂O₃ + 2 Cr.

Cromul format se colecteaza in stare topita la fundul creuzetului iar zgura ramine la suprafata. Cromul metalic obtinut prin aceasta varianta are o puritate de 97,9-99,0%, impuritatile principale fiind fierul si aluminiul.

Fabricarea cromului prin metoda silicotermica (reducere cu siliciu) se face incalzind oxidul de crom in amestec cu pulbere de siliciu, var si florura de calciu (Fa Ca) intr-un cuptor electric cu arc, dupa reactia:

2 Cr₂O₃ + 3 Si + 3 CaO = 4 Cr + 3 Ca SiO₃.

Nici cromul rezultat pe aceasta cale nu are o puritate prea avansata.

Producerea unui crom de puritate mare (99,9 %) se poate realiza prin electroliza.

PROPRIETATI MECANICE

Cromul este un metal de culoare alba-stralucitoare si cristalizeaza in sistemul cubic cu volum centrat fara a mai prezenta si alte forme alotropice. Este greu fuzibil, maleabil, ductil si tenace. Impurificat cu carbon si hidrogen devine dur si fragil.

Face parte din categoria metalelor putin reactive, in stare compacta prezinta o rezistenta deosebita fata de oxigen si agentii atmosferici chiar si la temperaturi ridicate. La temperatura inalta se combina cu hidrogenul, azotul, halogeni, siliciu etc. Cu carbonul formeaza, in principal, trei tipuri de carburi: Cr₄C: Cr₇C₃ si Cr₃C₂. Se dizolva in acidul clorhidric si acidul sulfuric diluati si este stabil fata de acidul azotic si apa regala. Aceasta pasivitate se datoreaza formarii unei pelicule subtiri, aderente, protectoare si continue de Cr₂O₃ pe suprafata metalului, in stare pulverulenta cromul prezinta o activitate chimica mai ridicata.

Inca din veacul trecut s-a observat ca adausurile de crom in otel contribuie la cresterea caracteristicilor mecanice precum si a rezistentei la coroziune ale acestuia. Dar, influenta favorabila pe care o exercita cromul asupra otelului nu a fost exploatata decit foarte putin pina in anii care au precedat primul razboi mondial, in prezent se poate spune ca cromul constituie principalul element de aliere al otelurilor. Otelurilor cu continuturi mai scazute de crom (0,3-4%) poseda o duritate ridicata si o buna rezistenta de rupere la tractiune. S-a stabilit ca prin adaos de l % Cr se mareste rezistenta de rupere la tractiunea otelurilor cu 8-10 daN/mm² in timp ce alungirea scade cu 1,5 %. La continuturi mai mari de crom in structura otelurilor iau nastere carburile de crom. Cind continutul de carbon este mai mic se formeaza C₃Cr iar la continuturi mai ridicate de carbon are loc formarea cementitei aliate (CrC)₃Fe. Otelurie cu 12%Cr sint oteluri antiacide, inoxidabile, termostabile si refractare.

In prezenta nichelului, cromul are o actiune mai evidenta asupra otelurilor. Sint cunoscute si larg utilizate otelurile inoxidabile cu 18 % Ni si 8 % Cr care prezinta o buna rezistenta la actiunea numerosilor agenti chimici, la apa de mare si la oxidare in aerul atmosferic pina la 900°C. De asemenea otelurile cu 25 % Cr si 20 % Ni poseda o refractaritate inalta j putind fi utilizate la temperaturi pina la l 150°C.

Ca si la oteluri, fontele cu continut ridicat de crom sint refractare, rezistente la uzura si coroziune.

Pentru alierea otelurilor sau fontelor cu crom nu se utilizeaza crom metalic ci ferocrom - un feroaliaj cu un continut de 60-70% Cr. In acest scop, o mare parte din minereurile de crom este folosita, in prezent, la fabricarea ferocromului.

In afara de oteluri si fonte cromul serveste la elaborarea unui mare numar de aliaje cu proprietati speciale dintre care mentionam: cromel - cu circa 20%Cr-folosit la fabricarea termocuplelor, rezistentelor electrice etc.; nimonic - cu 15-20%Cr - refractar si rezistent la fluaj, utilizat la fabricarea paletelor pentru turbinele motoarelor cu reactie; vitalium - circa 27 % Cr - refractar si anticoroziv utilizat la fabricarea pieselor pentru motoarele avioanelor cu reactie etc.

O importanta cantitate de crom este intrebuintata la executarea de acoperiri metalice pe baza cunoscutului procedeu de cromare.

Cind se urmareste o protectie anticoroziva, asa cum este cazul obiectelor casnice, instrumentelor medicale, pieselor pentru automobile etc., stratul de crom depus are o grosime mica (circa 0,0005 mm) si prezinta un luciu atragator, de culoare alb-albastrui.

La o grosime a stratului de crom de circa 0, l mm, suprafetele cromate capata o buna rezistenta la uzura si coroziune. Astfel de cromaj numit si "cromaj dur' se aplica la: cilindri motoarelor cu explozie, tije de pompe, tevile armelor de foc etc.

Un alt domeniu de mare insemnatate pentru industrie, unde cromul isi gaseste o larga aplicare, se refera la fabricarea materialelor refractare. Caramizile cromomagnetice care contin 22-25% Cr₂O₃ poseda o refractaritate mai mare de l 900°C fiind folosite la executia captuselii cuptoarelor cu temperaturi foarte inalte cum sint cuptoarele electrice cu arc pentru elaborarea otelurilor.

In final, subliniem intrebuintarea cromului, sub forma de cromati sau bicromati, ca mordanti in vopsitorie. De asemenea, folosirea unor combinatii chimice ale cromului la tabacirea pieilor.

ECOLOGIE

De mentionat ca, spre deosebire de cromul metalic, sarurile de crom sint toxice atit pentru om cit si pentru alte vietuitoare.

In tabelul anexat sunt prezentate caracteristici fizice ale Cromului fata de alte metale.

Traian, cl. VII-a, Sibiu, 2004

Bibliografie :

Albu , Brezeanu, 'Mica Enciclopedie de Chimie', ed. Enciclopedica Romana, 1974 ;

Hartanescu, 'Metalele in epoca actuala', ed. Albatros, 1982;

Ghita, ' Studiul materialelor electrotehnice', ed. Didactica si pedagogica, 1977

Tabela 2.1

Proprietatile fizice si caracteristicile mecanice ale principalelor metale si aliaje folosite in electrotehnica