クロム 化学特性,用途語,生産方法
外観
灰色～黒灰色, 粉末
溶解性
水に不溶。塩酸, 硫酸に溶解するが, 濃硝酸, 王水などの酸化力のある酸に不溶。希塩酸、希硫酸に溶けるが、硝酸、王水には不働態になって溶けない。希塩酸に溶け、水にほとんど溶けない。
解説
クロム，周期表第6族に属する金属元素の一つ。原子番号24、元素記号Cr。1797年フランスのボークランがシベリア産の鉱物である紅鉛(こうえん)鉱PbCrO4から発見した。クロムの化合物には鮮やかな色を示すものが多いことから、ギリシア語で「色」を意味するchromaにちなんで命名された。単体は三酸化二クロムCr2O3の炭素還元によって得られたが、これは微量の炭素を含んでおり、無炭素の純金属はアルミニウム還元によって得られた。19世紀初めから革なめしや顔料などの用途が開発されたが、製鋼に利用されたのは1910年以降である。
森北出版「化学辞典（第2版）
用途
合金材料。
存在と製法
主要鉱石はクロム鉄鉱（主成分FeCr2O4）であり、南アフリカ、ロシアなどに産出する。鉱石を炭酸アルカリと融解し、空気を吹き込んでクロムを6価に酸化し、水で抽出して酸性とすると、二クロム酸塩を得る。これを硫黄(いおう)あるいは炭素で還元し、酸化クロム(Ⅲ)とする。酸化クロム(Ⅲ)はクロム化合物製造の原料としても用いられる。酸化クロム(Ⅲ)をケイ素、アルミニウム、マグネシウムなどで加熱還元すると、体心立方構造のα(アルファ)型クロムが得られ、クロム(Ⅲ)塩水溶液を電解すると、六方晶系のβ(ベータ)型クロムを得る。β型はα型より高純度である。さらに純度の高いクロムは、β型の電解クロムを塩素気流中で500～600℃に加熱して生じた塩化クロム(Ⅲ)を水素で還元すると得られる。銀白色の光沢を示す金属。体心立方構造のα型は格子定数a＝2.88Å、六方構造のβ型はa＝2.72、c＝4.42Åである。β型は準安定相で、800℃でα型に転移する。
性質
常温ではきわめて安定で、空気や水には侵されない。塩酸や希硫酸には水素を発生して溶け、クロム(Ⅱ)塩の溶液となるが、空気中の酸素によって迅速にクロム(Ⅲ)に酸化され、溶液の色は青から緑に変わる。硝酸、クロム酸、リン酸、塩素酸、過塩素酸、王水などの酸化性の酸に浸すと、金属の表面に酸化物の強固な薄膜層を生じ、不動態（不働態）となって溶解しない。クロムおよびクロム合金が耐食性であるのは、この事実に基づくものと考えられている。濃硫酸には二酸化硫黄を発生しながら溶け、クロム(Ⅲ)塩の溶液となる。
高温度では塩素、硫黄、酸素、炭素、窒素などと反応して、それぞれ三塩化クロムCrCl3、三硫化二クロムCr2S3、三酸化二クロムCr2O3、二炭化三クロムCr3C2、窒化クロムCrNとなる。
応用
クロム含量が50～70％、残りが鉄ならびに数％以下の炭素およびケイ素を含む合金をフェロクロム（フェロアロイ）とよび、クロム鉄鉱の直接還元によって製造される。これをクロム源として鋼に添加して精錬されたクロム合金鋼は、耐食性および機械的に優れた性質を示し、クロム含量が12％以上のものをステンレス鋼とよぶ。クロムとニッケルの合金には耐熱性に優れたものがあり、また酸化クロム(Ⅲ)を添加した耐火れんがは、電気炉や転炉の壁材に用いられる。クロムめっきは耐食性と装飾性に優れるだけでなく、摩擦係数も小さい。
生殖毒性
クロムおよびクロム化合物は多様な形状で自然界に存 在しており，これらは毒性，発がん性の違いから，労働衛生分野では金属クロム，3 価クロム（Cr（III）），6 価クロム（Cr（VI））に分類されている．さらに Cr（VI） については日本産業衛生学会が許容濃度等提案理由書で Cr（VI）化合物とある種の Cr（VI）化合物（ヒトに対す る発がん物質）として分類しているのに対し，ACGIH では水溶性あるいは不溶性の Cr（VI）化合物として分類 し，個別に評価している．ヒトの症例や疫学研究，実験動物を用いた毒性試験では金属クロムの生殖毒性に関する報告は認められない． 動物実験においては，経口投与試験では Cr（VI）の飲水投与試験で生殖毒性が観察されるが，吸入曝露試験では生殖毒性の報告がなく，Cr（VI）の混餌投与試験で生殖毒性がみられなかったことから，動物実験における生殖毒性も明確な根拠があるとまでは言い難い．よってクロムを第 3 群と判断する．
生体とクロム
クロムはヒトの体内に2～10 mg含まれる。血液中では60～70％がアルブミンと結合し、残りの一部がトランスフェリンと結合して臓器に運ばれる。肺内含量が最も高く、90～720μg/gであるが、これは消化管からの吸収に加えて経気道吸収がかなりあることを示している。また、臓器中濃度は年齢、地域によってかなり差がある。肺、脂肪組織以外は新生児が高く加齢とともに減少するという、他の元素ではあまりみられない特徴がある。
クロムの生理作用としては、インシュリンが細胞膜でグルコースなどの摂取の際のCofactorとして働く糖代謝、ミトコンドリアヘの水摂取、アミノ酸代謝に関係があるとされている。また食品の精製化などで食品中のクロムが少ない文明国では、クロムの欠乏状態が出現することが懸念されているが、日本では欠乏症の報告はない。動物実験では低クロム食で耐糖能の低下がみられ、クロムは必須であるといえる。しかしヒトの場合は、食物のクロム添加実験によって糖尿病患者の耐糖能の改善はみられるものの、すべてに有効ではない。特殊な例ではあるが、経静脈高カロリー療法によるクロム欠乏で糖尿病状態がみられ、クロム投与で改善した報告がある。
クロム含有耐糖因子（GTF）は、クロム欠乏動物の耐糖能障害を改善する物質としてビール酵母から抽出され、命名された。クロム濃度の低下する老人では有効であるとの例が示されている。空腹時血糖低下、グルコース負荷時のインシュリン必要量の減少などの改善がみられた。またGTFが血清コレステロール低下など脂質代謝に影響することもよく知られている。クロムの多い食品は醸造酵母、牛のもも肉、小麦全粒パン等で、ヒトは食品で1日30～100μg、水から10μg位摂取している。GTFは、エビオス20g中に40～60μg含まれている。
説明
Chromium as a metallic element was first discovered over 200
years ago, in 1797. But the history of chromium really began
several decades before this. In 1761, in the Beresof Mines of the
Ural Mountains, Johann Gottlob Lehmann obtained samples
of an orange-red mineral, which he called ‘Siberian red lead.’
He analyzed this mineral in 1766 and discovered that it contained
lead “mineralized with a selenitic spar and iron particles.”
The mineral he found was crocoite, a lead chromate
(PbCrO4).
化学的特性
Chromium may exist in one of three valence states in compounds, , , and . The most stable oxidation state is trivalent chromium; Hexavalent chromium is a less stable state. Chromium (element) blue-white to steel-gray, lustrous, brittle, hard, odorless solid. Elemental:
物理的性質
Chromium is a silvery white/gray, hard, brittle noncorrosive metal that has chemical andphysical properties similar to the two preceding elements in period 4 (V and Ti). As one of thetransition elements, its uses its M shell rather than its outer N shell for valence electrons whencombining with other elements. Its melting point is 1,857°C, its boiling point is 2,672°C,and its density is 7.19 g/cm
3.
同位体
There are 26 isotopes of the element chromium; four are stable and foundin nature, and the rest are artificially produced with half-lives from a few microsecondsto a few days. The four stable isotopes and their percentage of contribution to thetotal amount of chromium on Earth are as follows:
50Cr = 4.345%,
52Cr = 83.789%,
53Cr = 9.501%, and
54Cr = 2.365%. Cr-50 is radioactive but has such a long halflife—1.8×10
+17 years—that it is considered to contribute about 4% to the total amount ofchromium found on Earth.
名前の由来
From the Greek word chroma or chromos, meaning “color,” because of
the many colors of its minerals and compounds.
天然物の起源
Chromium is the 21st most common element found in the Earth’s crust, and chromiumoxide (Cr
2O
3) is the 10th most abundant of the oxide compounds found on Earth. It is notfound in a free metallic state.The first source of chromium was found in the mineral crocoite. Today it is obtained fromthe mineral chromite (FeCr
2O
4), which is found in Cuba, Zimbabwe, South Africa, Turkey,Russia, and the Philippines. Chromite is an ordinary blackish substance that was ignored formany years. There are different grades and forms of chromium ores and compounds, based onthe classification of use of the element. Most oxides of chromium are found mixed with othermetals, such as iron, magnesium, or aluminum.Astronauts found that the moon’s basalt rocks contain several times more chromium thanis found in basalt rocks of Earth.
特性
Chromium is a hard, brittle metal that, with difficulty, can be forged, rolled, and drawn,unless it is in a very pure form, in which case the chromium is easier to work with. It is anexcellent alloying metal with iron. Its bright, silvery property makes it an appropriate metal toprovide a reflective, non-corrosive attractive finish for electroplating.Various compounds of chromium exhibit vivid colors, such as red, chrome green, andchromate yellow, all used as pigments.
使用
Chromium is used in the manufacture ofits alloys, such as chrome-steel or chromenickel-steel. It is also used for chromeplatingof other metals, for tanning leather,and in catalysts. It occurs in chromite ores(FeO·Cr2O3).
調製方法
Chromium metal is prepared by reducing the ore in a blast furnace with carbon (coke) or silicon to form an alloy of chromium and iron called ferrochrome, which is used as the starting material for the many iron-containing alloys that employ chromium. Chromium to be used in iron-free alloys is obtained by reduction or electrolysis of chromium compounds.Chromiumisdif?culttoworkinthepuremetalform; it is brittle at low temperatures, and its high melting point makes it dif?cult to cast.
定義
chromium: Symbol Cr. A hard silverytransition element; a.n. 24;r.a.m. 52.00; r.d. 7.19; m.p. 1857°C;b.p. 2672°C. The main ore ischromite (FeCr
2O
4). The metal has abody-centred-cubic structure. It is extractedby heating chromite withsodium chromate, from whichchromium can be obtained by electrolysis.Alternatively, chromite can be heated with carbon in an electricfurnace to give ferrochrome, whichis used in making alloy steels. Themetal is also used as a shiny decorativeelectroplated coating and in themanufacture of certain chromiumcompounds.
At normal temperatures the metalis corrosion-resistant. It reacts withdilute hydrochloric and sulphuricacids to give chromium(II) salts.These readily oxidize to the more stablechromium(III) salts. Chromiumalso forms compounds with the +6oxidation state, as in chromates,which contain the CrO4
2- ion. The elementwas discovered in 1797 byVauquelin.
一般的な説明
Very hard gray solid with a metallic luster.
空気と水の反応
May be pyrophoric, as dust. Insoluble in water.
反応プロフィール
Chromium reacts violently with NH4NO3, N2O2, Li, NO, KClO3, SO2 . Metal dusts when suspended in atmospheres of carbon dioxide may ignite and explode.
危険性
Hexavalent chromium compounds are
questionable carcinogens and corrosive on tissue,
resulting in ulcers and dermatitis on prolonged contact.
火災危険
Non-combustible, substance itself does not burn but may decompose upon heating to produce corrosive and/or toxic fumes. Some are oxidizers and may ignite combustibles (wood, paper, oil, clothing, etc.). Contact with metals may evolve flammable hydrogen gas. Containers may explode when heated.
職業ばく露
Chromium metal is used in stainless and other alloy steels to impart resistance to corrosion, oxidation, and for greatly increasing the durability of metals; for chrome plating of other metals.
導入
クロムは銀白色の硬い金属で、空気中の酸素と反応して酸化被膜を形成するため錆びにくい。常温では非常に安定しているが、高温では硫黄、酸素、ホウ素などの多くの非金属と反応する。酸化形態により、さまざまな色調を持つ。
特性
・金属クロムはプラチナに似た
光沢を持つ
・常温空気中や酸素・塩素に侵
されない
・単独で産出せず化合物の形で
産出
用途
鉄の脱酸・脱硫や特性向上、耐熱合金等に利用される
ステンレス鋼やクロムめっき、さらに耐熱合金（スーパーアロイ）、耐
火レンガなど、工業用に広く使われている金属である。全消費量の約
95％はステンレスなどの特殊鋼へ主にフェロクロムの形で添加され
る。金属クロムの主用途は耐熱合金（スーパーアロイ）でタービンブレ
ード（発電、航空機エンジン）、化学プラントなどに使われるほか、ハー
ドディスクや液晶パネル用などのスパッタリングターゲット材、アルミ合
金・銅合金、溶接・溶射材料の添加剤としても使用されている。各種ク
ロム化合物はクロムメッキ、顔料、皮革なめし剤、耐火物、触媒などの
用途に使用されている。
発がん性
Exposure to chromium compounds over a prolonged period has been observed in manyepidemiologicalstudiestoenhancetheriskofcancerof the respiratory organs among the exposed. The relationshipbetweenemploymentinindustriesproducingchromium compounds from chromite ore and enhanced risk of lungcancer iswell established.There isagreement inseveral studies that long-term exposure to some chromium-based pigments enhance the risk of lung cancer. An association has alsobeenobservedbetweenexposuretochromicacidinhard plating and lung cancer, but that association is not strong. Somestudieshaveweaklyindicatedexcessesofcancerofthe GItract,buttheresultsareinconsistentandarenotcon?rmed inwell-designedstudies.Thereisnoindicationthatchromite ore does have an associated enhanced risk of cancer. Although it has not yet been identi?ed which chromium compound (or compounds) is (are) responsible for enhanced risk of cancer in respiratory organs, there is general agreementthatitisthechromium(6+)speciesthatareresponsible for the elevated cancer risks and that the chromium species are not.
応用
クロムは、ステンレス鋼、合金工具鋼、高速度鋼、ばね鋼、軸受鋼等の各種特殊鋼に必要な金属で、主にFeCrの形態で添加される。
金属クロムの主要用途は耐熱合金への添加であり、航空機エンジンのローター、発電用タービンブレード、化学プラント、原子力関係素材等に使われている。他には、ハードディスク用や液晶パネル用などのスパッタリングターゲット材、アルミ合金・銅合金への添加剤、溶接・溶射材料の添加剤としても使用されている。
クロム化合物の中で、酸化クロムは顔料や、研磨剤、耐火煉瓦の原料等に利用されている。また重クロム酸ナトリウムは、皮革なめし剤の原料、染色、金属表面処理（めっき液の主剤や、クロメート処理液の主剤）、有機合成の触媒等にも利用されている。
準備
金属クロムは酸化クロムをアルミニウム等で還元するテルミット法やクロム鉱石（またはFeCr）を酸で溶解後、電気分解により高純度の金属クロムを得る電解法により製造される。
環境運命予測
Chromium is distributed to the air, water, and soil from natural and anthropogenic sources. The environmental fate of chromium is dependent on the oxidation state and solubility of the compound and the environmental conditions affecting reduction or oxidation, such as pH. Oxidizing conditions favor the formation of Cr(VI) compounds, particularly at higher temperatures, while reducing conditions favor the formation of Cr(III) compounds. Chemical manufacturing and natural gas, oil, and gas combustion are the primary sources of chromium in the atmosphere.Most of the chromium in air eventually ends up in water or soil. Electroplating, textile manufacturing, cooling water, and leather tanning are major sources of chromium in wastewater discharges to surface waters.
Chromium(III) is the predominant oxidation state of chromium in many soils. Cr(III) binds to soil and has low mobility. A lower soil pH favors the reduction of Cr(VI) to Cr(III). Runoff from soil and industrial processes may transport chromium to surface water.Cr(VI) compounds may leach into groundwater. The pH of the soil and aquatic environment is an important factor in chromium mobility, bioavailability, and toxicity. The chromate form predominates in most natural surface waters that are basic or neutral. The hydrochromate concentration increases in more acidic conditions.
輸送方法
UN3089 Metal powders, flammable, n.o.s., Hazard Class: 4.1; Labels: 4.1-Flammable solid. UN1759 Corrosive solids, n.o.s., Hazard class: 8; Labels: 8-Corrosive material, Technical Name required
Structure and conformation
Two types of chromium crystals, α and β, are obtained depending on the growth method. The β type is semi-stable. It changes to a type above 800℃. The space lattice of β-Cr belongs to the hexagonal system, and its closely-packed hexagonal lattice has lattice constants of a=0.272 nm and c=0.442 nm. The space lattice of α-Cr belongs to the cubic system, and its body-centered cubic lattice has a lattice constant of a=0.28796 nm (18℃).
不和合性
Dust may be pyrophoric in air. Chromium metal (especially in finely divided or powder form) and insoluble salts reacts violently with strong oxidants, such as hydrogen peroxide, causing fire and explosion hazard. Reacts with diluted hydrochloric and sulfuric acids. Incompatible with alkalis and alkali carbonates
廃棄物の処理
Recovery and recycling is a viable alternative to disposal for chromium in plating wastes; tannery wastes; cooling tower blowdown water and chemical plant wastes.
クロム 上流と下流の製品情報
原材料
準備製品