Chrom

Chrom, ₂₄Cr ⓘ
Chrom
Erscheinungsbild	silbrig-metallisch
Standard-Atomgewicht Ar°(Cr)	51.9961±0.0006; 51,996±0,001 (verkürzt);
Chrom im Periodensystem
	Vanadium ← Chrom → Mangan
Ordnungszahl (Z)	24
Gruppe	Gruppe 6
Periode	Periode 4
Block	d-Block
Elektronen-Konfiguration	[[[Argon\|Ar]]] 3d5 4s1
Elektronen pro Schale	2, 8, 13, 1
Physikalische Eigenschaften
Phase bei STP	fest
Schmelzpunkt	2180 K (1907 °C, 3465 °F)
Siedepunkt	2944 K (2671 °C, 4840 °F)
Dichte (nahe r.t.)	7,15 g/cm3
in flüssigem Zustand (bei mittlerem Druck)	6,3 g/cm3
Schmelzwärme	21,0 kJ/mol
Verdampfungswärme	347 kJ/mol
Molare Wärmekapazität	23,35 J/(mol-K)
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen	-4, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 (je nach Oxidationsstufe ein saures, basisches oder amphoteres Oxid)
Elektronegativität	Pauling-Skala: 1.66
Ionisierungsenergien	1.: 652,9 kJ/mol ; 2.: 1590,6 kJ/mol ; 3.: 2987 kJ/mol ; (mehr) ;
Atomradius	empirisch: 128 pm
Kovalenter Radius	139±5 pm
	Spektrallinien des Chroms
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen	primordial
Kristallstruktur	kubisch-raumzentriert (bcc)
Schallgeschwindigkeit dünner Stab	5940 m/s (bei 20 °C)
Thermische Ausdehnung	4,9 µm/(m⋅K) (bei 25 °C)
Wärmeleitfähigkeit	93,9 W/(m⋅K)
Elektrischer Widerstand	125 nΩ⋅m (bei 20 °C)
Magnetische Ordnung	antiferromagnetisch (eher: SDW)
Molare magnetische Suszeptibilität	+280,0×10-6 cm3/mol (273 K)
Elastizitätsmodul	279 GPa
Schermodul	115 GPa
Elastizitätsmodul	160 GPa
Poissonzahl	0.21
Mohs-Härte	8.5
Vickers-Härte	1060 MPa
Brinell-Härte	687-6500 MPa
CAS-Nummer	7440-47-3
Geschichte
Entdeckung und erste Isolierung	Louis Nicolas Vauquelin (1794, 1797)
Hauptisotope des Chroms
γ	–
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Chrom ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cr und der Ordnungszahl 24. Es ist das erste Element der Gruppe 6 und ist ein stahlgraues, glänzendes, hartes und sprödes Übergangsmetall. ⓘ

Chrommetall wird wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit und Härte geschätzt. Eine wichtige Entwicklung in der Stahlherstellung war die Entdeckung, dass Stahl durch die Zugabe von metallischem Chrom sehr korrosions- und verfärbungsbeständig gemacht werden kann, so dass rostfreier Stahl entsteht. Nichtrostender Stahl und Verchromung (galvanische Veredelung mit Chrom) machen zusammen 85 % der kommerziellen Verwendung aus. Chrom wird auch als Metall geschätzt, das sich hochglanzpolieren lässt und dabei nicht anläuft. Poliertes Chrom reflektiert fast 70 % des sichtbaren Spektrums und fast 90 % des Infrarotlichts. Der Name des Elements leitet sich von dem griechischen Wort χρῶμα, chrōma, ab, das Farbe bedeutet, da viele Chromverbindungen eine intensive Farbe haben. ⓘ

Bei der industriellen Herstellung von Chrom wird aus Chromerz (meist FeCr₂O₄) durch aluminothermische oder silikothermische Reaktionen Ferrochrom, eine Eisen-Chrom-Legierung, erzeugt. Ferrochrom wird dann zur Herstellung von Legierungen wie rostfreiem Stahl verwendet. Reines Chrommetall wird nach einem anderen Verfahren hergestellt: Röstung und Auslaugung von Chromit, um es vom Eisen zu trennen, gefolgt von einer Reduktion mit Kohlenstoff und anschließendem Aluminium. ⓘ

In den Vereinigten Staaten gilt dreiwertiges Chrom (Cr(III)-Ion) als essenzieller Nährstoff für den Insulin-, Zucker- und Fettstoffwechsel des Menschen. Im Jahr 2014 kam die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit im Auftrag der Europäischen Union jedoch zu dem Schluss, dass es keine ausreichenden Beweise für die Anerkennung von Chrom als essenziell gibt. ⓘ

Während Chrommetall und Cr(III)-Ionen als ungiftig gelten, ist sechswertiges Chrom, Cr(VI), giftig und krebserregend. Laut der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) ist Chromtrioxid, das in industriellen Galvanisierungsprozessen verwendet wird, ein besonders besorgniserregender Stoff (SVHC). ⓘ

Aufgelassene Chromproduktionsstätten müssen häufig saniert werden. ⓘ

Physikalische Eigenschaften

Atomare

Chrom ist das vierte Übergangsmetall im Periodensystem und hat eine Elektronenkonfiguration von [[[Argon|Ar]]] 3d⁵ 4s¹. Es ist auch das erste Element im Periodensystem, dessen Elektronenkonfiguration im Grundzustand gegen das Aufbau-Prinzip verstößt. Dies kommt später im Periodensystem bei anderen Elementen und ihren Elektronenkonfigurationen wieder vor, z. B. bei Kupfer, Niob und Molybdän. Dies geschieht, weil sich Elektronen im gleichen Orbital aufgrund ihrer gleichartigen Ladungen gegenseitig abstoßen. Bei den vorhergehenden Elementen sind die energetischen Kosten für die Beförderung eines Elektrons auf das nächsthöhere Energieniveau zu hoch, um die durch die Verringerung der interelektronischen Abstoßung freigesetzten Energien auszugleichen. In den 3d-Übergangsmetallen ist die Energielücke zwischen der 3d- und der nächsthöheren 4s-Unterschale jedoch sehr klein, und da die 3d-Unterschale kompakter ist als die 4s-Unterschale, ist die Abstoßung zwischen den 4s-Elektronen geringer als zwischen 3d-Elektronen. Dies senkt die energetischen Kosten der Promotion und erhöht die dabei freigesetzte Energie, so dass die Promotion energetisch machbar wird und immer ein oder sogar zwei Elektronen in die 4s-Unterschale befördert werden. (Ähnliche Promotionen finden bei allen Übergangsmetallatomen statt, mit einer Ausnahme, nämlich Palladium). ⓘ

Chrom ist das erste Element in der 3d-Reihe, bei dem die 3d-Elektronen beginnen, in den Kern zu sinken; sie tragen daher weniger zur metallischen Bindung bei, und daher sind die Schmelz- und Siedepunkte sowie die Atomisierungsenthalpie von Chrom niedriger als die des Vorgängerelements Vanadium. Chrom(VI) ist ein starkes Oxidationsmittel im Gegensatz zu den Oxiden von Molybdän(VI) und Wolfram(VI). ⓘ

Schüttgut

Probe von reinem Chrommetall ⓘ

Chrom ist extrem hart und nach Kohlenstoff (Diamant) und Bor das dritthärteste Element. Seine Mohshärte beträgt 8,5, was bedeutet, dass es Quarz- und Topasproben zerkratzen kann, aber von Korund zerkratzt werden kann. Im Gegensatz zu anderen Metallen wie Kupfer, Magnesium und Aluminium ist Chrom sehr anlaufbeständig, was es zu einem nützlichen Metall macht, das seine äußerste Schicht vor Korrosion bewahrt. ⓘ

Chrom hat einen Schmelzpunkt von 1907 °C (3465 °F), der im Vergleich zu den meisten Übergangsmetallen relativ niedrig ist. Es hat jedoch immer noch den zweithöchsten Schmelzpunkt aller Elemente des Periodensystems 4, der von Vanadium mit 1910 °C (3470 °F) um 3 °C (5 °F) übertroffen wird. Der Siedepunkt von 2671 °C (4840 °F) ist jedoch vergleichsweise niedriger und hat hinter Mangan und Zink den drittniedrigsten Siedepunkt aller Übergangsmetalle der Periode 4. Der elektrische Widerstand von Chrom beträgt bei 20 °C 125 Nanometer. ⓘ

Chrom hat im Vergleich zu anderen Übergangsmetallen eine hohe Spiegelreflexion. Im Infrarot hat Chrom bei 425 μm einen maximalen Reflexionsgrad von etwa 72 %, der bei 750 μm auf ein Minimum von 62 % sinkt und bei 4000 μm wieder auf 90 % ansteigt. Wird Chrom in nichtrostenden Stahllegierungen verwendet und poliert, nimmt die spiegelnde Reflexion mit dem Einschluss zusätzlicher Metalle ab, ist aber im Vergleich zu anderen Legierungen immer noch hoch. Zwischen 40 % und 60 % des sichtbaren Spektrums werden von poliertem nichtrostendem Stahl reflektiert. Die Erklärung dafür, warum Chrom einen so hohen Anteil an reflektierten Photonenwellen aufweist, insbesondere die 90 % im Infrarotbereich, ist auf die magnetischen Eigenschaften von Chrom zurückzuführen. Chrom hat einzigartige magnetische Eigenschaften - Chrom ist der einzige elementare Feststoff, der bei Raumtemperatur und darunter eine antiferromagnetische Ordnung aufweist. Oberhalb von 38 °C wird seine magnetische Ordnung paramagnetisch. Die antiferromagnetischen Eigenschaften, die dazu führen, dass die Chromatome vorübergehend ionisieren und sich mit sich selbst verbinden, sind darauf zurückzuführen, dass die magnetischen Eigenschaften des kubisch-raumzentrierten Kristalls in keinem Verhältnis zur Gitterperiodizität stehen. Dies ist auf die magnetischen Momente an den Würfelecken und die ungleichen, aber antiparallelen Würfelzentren zurückzuführen. Die frequenzabhängige relative Dielektrizitätskonstante von Chrom, die sich aus den Maxwellschen Gleichungen und dem Antiferromagnetismus von Chrom ableitet, führt dazu, dass Chrom ein hohes Reflexionsvermögen für infrarotes und sichtbares Licht aufweist. ⓘ

Passivierung

Chrommetall, das an der Luft steht, wird passiviert - es bildet eine dünne, schützende Oberflächenschicht aus Oxid. Diese Schicht hat eine Spinellstruktur von einigen Atomlagen Dicke; sie ist sehr dicht und verhindert die Diffusion von Sauerstoff in das darunter liegende Metall. Im Gegensatz dazu bildet Eisen ein poröseres Oxid, durch das Sauerstoff wandern kann, was zu fortgesetztem Rosten führt. Die Passivierung kann durch kurzen Kontakt mit oxidierenden Säuren wie Salpetersäure verstärkt werden. Passiviertes Chrom ist stabil gegen Säuren. Die Passivierung kann mit einem starken Reduktionsmittel entfernt werden, das die schützende Oxidschicht auf dem Metall zerstört. Auf diese Weise behandeltes Chrommetall löst sich leicht in schwachen Säuren. ⓘ

Im Gegensatz zu Eisen und Nickel leidet Chrom nicht an Wasserstoffversprödung. Es reagiert mit dem Stickstoff aus der Luft und bildet bei den hohen Temperaturen, die zur Bearbeitung der Metallteile erforderlich sind, spröde Nitride. ⓘ

Isotope

Natürlich vorkommendes Chrom besteht aus drei stabilen Isotopen: ⁵²Cr, ⁵³Cr und ⁵⁴Cr, wobei ⁵²Cr am häufigsten vorkommt (83,789 % natürliche Häufigkeit). 19 Radioisotope wurden charakterisiert, wobei ⁵⁰Cr mit einer Halbwertszeit von (mehr als) 1,8×10¹⁷ Jahren und ⁵¹Cr mit einer Halbwertszeit von 27,7 Tagen die stabilsten sind. Alle übrigen radioaktiven Isotope haben eine Halbwertszeit von weniger als 24 Stunden, die meisten sogar von weniger als einer Minute. Chrom hat auch zwei metastabile Kernisomere. ⓘ

⁵³Cr ist das radiogene Zerfallsprodukt von ⁵³Mn (Halbwertszeit = 3,74 Millionen Jahre). Chromisotope sind in der Regel mit Manganisotopen kollokiert (und verbunden). Dieser Umstand ist in der Isotopengeologie von Nutzen. Die Mangan-Chrom-Isotopenverhältnisse untermauern die Beweise aus ²⁶Al und ¹⁰⁷Pd für die frühe Geschichte des Sonnensystems. Schwankungen im ⁵³Cr/⁵²Cr- und Mn/Cr-Verhältnis verschiedener Meteoriten deuten auf ein anfängliches ⁵³Mn/⁵⁵Mn-Verhältnis hin, das darauf schließen lässt, dass die Mn-Cr-Isotopenzusammensetzung aus dem in-situ-Zerfall von ⁵³Mn in differenzierten planetarischen Körpern resultieren muss. Somit liefert ⁵³Cr einen zusätzlichen Beweis für nukleosynthetische Prozesse unmittelbar vor der Koaleszenz des Sonnensystems. ⓘ

Die Isotope des Chroms haben eine Atommasse von 43 u (⁴³Cr) bis 67 u (⁶⁷Cr). Der primäre Zerfallsmodus vor dem häufigsten stabilen Isotop, ⁵²Cr, ist der Elektroneneinfang und der primäre Modus danach der Betazerfall. ⁵³Cr wird als Indikator für die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre angesehen. ⓘ

Chemie und Verbindungen

Das Pourbaix-Diagramm für Chrom in reinem Wasser, Perchlorsäure oder Natriumhydroxid ⓘ

Chrom gehört zur Gruppe 6 der Übergangsmetalle. Die Oxidationsstufen +3 und +6 kommen in Chromverbindungen am häufigsten vor, gefolgt von +2; die Oxidationsstufen +1, +4 und +5 sind bei Chrom selten, kommen aber gelegentlich vor. ⓘ

Häufige Oxidationsstufen

Oxidation zustände ⓘ
-4 (d¹⁰)	Na₄[Cr(CO)₄]
-2 (d⁸)	Na ₂[Cr(CO) ₅]
-1 (d⁷)	Na ₂[Cr ₂(CO) ₁₀]
0 (d⁶)	Cr(C ₆H ₆) ₂
+1 (d⁵)	K ₃[Cr(CN) ₅NO]
+2 (d⁴)	CrCl ₂
+3 (d³)	CrCl ₃
+4 (d²)	K ₂CrF ₆
+5 (d¹)	K ₃Cr(O ₂) ₄
+6 (d⁰)	K ₂CrO ₄

Chrom(0)

Es sind viele Cr(0)-Komplexe bekannt. Bis(benzol)chrom und Chromhexacarbonyl sind Highlights in der Organochromchemie. ⓘ

Chrom(II)

Chrom(II)-carbid (Cr₃C₂) ⓘ

Chrom(II)-Verbindungen sind selten, zum Teil weil sie an der Luft leicht zu Chrom(III)-Derivaten oxidieren. Wasserstabiles Chrom(II)-chlorid CrCl
₂, das durch Reduktion von Chrom(III)-chlorid mit Zink hergestellt werden kann. Die resultierende hellblaue Lösung, die durch Auflösen von Chrom(II)-chlorid entsteht, ist bei neutralem pH-Wert stabil. Einige andere bemerkenswerte Chrom(II)-Verbindungen sind Chrom(II)-oxid CrO und Chrom(II)-sulfat CrSO
₄. Es sind viele Chrom(II)-Carboxylate bekannt. Das rote Chrom(II)-acetat (Cr₂(O₂CCH₃)₄) ist ziemlich berühmt. Es weist eine Cr-Cr-Vierfachbindung auf. ⓘ

Chrom(III)

Wasserfreies Chrom(III)-chlorid (CrCl₃) ⓘ

Es sind zahlreiche Chrom(III)-Verbindungen bekannt, z. B. Chrom(III)-nitrat, Chrom(III)-acetat und Chrom(III)-oxid. Chrom(III) kann durch Auflösen von elementarem Chrom in Säuren wie Salzsäure oder Schwefelsäure gewonnen werden, es kann aber auch durch die Reduktion von Chrom(VI) durch Cytochrom c7 gebildet werden. Das Cr³⁺
Ion hat einen ähnlichen Radius (63 pm) wie Al³⁺
(Radius 50 pm), und sie können sich in einigen Verbindungen gegenseitig ersetzen, z. B. in Chromalaun und Alaun. ⓘ

Chrom(III) neigt zur Bildung oktaedrischer Komplexe. Das im Handel erhältliche Chrom(III)-chloridhydrat ist der dunkelgrüne Komplex [CrCl₂(H₂O)₄]Cl. Eng verwandte Verbindungen sind das blassgrüne [CrCl(H₂O)₅]Cl₂ und das violette [Cr(H₂O)₆]Cl₃. Wenn wasserfreies violettes Chrom(III)-chlorid in Wasser gelöst wird, färbt sich die violette Lösung nach einiger Zeit grün, da das Chlorid in der inneren Koordinationssphäre durch Wasser ersetzt wird. Diese Art der Reaktion wird auch bei Lösungen von Chromalaun und anderen wasserlöslichen Chrom(III)-Salzen beobachtet. Eine tetraedrische Koordination von Chrom(III) wurde für das Cr-zentrierte Keggin-Anion [α-CrW₁₂O₄₀]5- beschrieben. ⓘ

Chrom(III)-hydroxid (Cr(OH)₃) ist amphoter und löst sich in sauren Lösungen unter Bildung von [Cr(H₂O)₆]³⁺ und in basischen Lösungen unter Bildung von [Cr(OH)
₆]³⁻
. Es wird durch Erhitzen dehydriert und bildet das grüne Chrom(III)-oxid (Cr₂O₃), ein stabiles Oxid mit einer Kristallstruktur, die der des Korunds entspricht. ⓘ

Chrom(VI)

Chrom(VI)-Verbindungen sind Oxidationsmittel bei niedrigem oder neutralem pH-Wert. Chromatanionen (CrO2-
₄) und Dichromatanionen (Cr₂O₇2-) sind die wichtigsten Ionen in dieser Oxidationsstufe. Sie befinden sich in einem Gleichgewicht, das durch den pH-Wert bestimmt wird:

2 [CrO₄]2- + 2 H⁺ ⇌ [Cr₂O₇]2- + H₂O

Chrom(VI)-Oxyhalogenide sind ebenfalls bekannt und umfassen Chromylfluorid (CrO₂F₂) und Chromylchlorid (CrO
₂Cl
₂). Trotz mehrerer irrtümlicher Behauptungen ist Chromhexafluorid (wie auch alle höheren Hexahalide) jedoch bis 2020 unbekannt. ⓘ

Chrom(VI)-oxid ⓘ

Natriumchromat wird industriell durch das oxidative Rösten von Chromerz mit Natriumcarbonat hergestellt. Die Änderung des Gleichgewichts wird durch einen Wechsel von gelb (Chromat) zu orange (Dichromat) sichtbar, z. B. wenn einer neutralen Lösung von Kaliumchromat eine Säure zugesetzt wird. Bei noch niedrigeren pH-Werten ist eine weitere Kondensation zu komplexeren Oxyanionen des Chroms möglich. ⓘ

Sowohl die Chromat- als auch die Dichromat-Anionen sind bei niedrigem pH-Wert starke Oxidationsmittel:

Cr
₂O2-
₇ + 14 H
₃O⁺
+ 6 e- → 2 Cr³⁺
+ 21 H
₂O (ε₀ = 1,33 V) ⓘ

Bei hohem pH-Wert sind sie jedoch nur mäßig oxidierend:

CrO2-
₄ + 4 H
₂O + 3 e- → Cr(OH)
₃ + 5 OH-
(ε₀ = -0,13 V) ⓘ

Natriumchromat (Na₂CrO₄) ⓘ

Chrom(VI)-Verbindungen in Lösung können durch Zugabe einer sauren Wasserstoffperoxidlösung nachgewiesen werden. Es bildet sich das instabile dunkelblaue Chrom(VI)-peroxid (CrO₅), das sich als Etheraddukt CrO
₅-OR
₂. ⓘ

Chromsäure hat die hypothetische Formel H
₂CrO
₄. Sie ist eine vage beschriebene Chemikalie, obwohl viele wohldefinierte Chromate und Dichromate bekannt sind. Das dunkelrote Chrom(VI)-oxid CrO
₃, das Säureanhydrid der Chromsäure, wird industriell als "Chromsäure" verkauft. Es kann durch Mischen von Schwefelsäure mit Dichromat hergestellt werden und ist ein starkes Oxidationsmittel. ⓘ

Andere Oxidationsstufen

Chrom(V)-Verbindungen sind eher selten; die Oxidationsstufe +5 kommt nur in wenigen Verbindungen vor, ist aber ein Zwischenprodukt bei vielen Reaktionen, die Oxidationen mit Chromat beinhalten. Die einzige binäre Verbindung ist das flüchtige Chrom(V)-fluorid (CrF₅). Dieser rote Feststoff hat einen Schmelzpunkt von 30 °C und einen Siedepunkt von 117 °C. Er kann durch Behandlung von Chrommetall mit Fluor bei 400 °C und 200 bar Druck hergestellt werden. Das Peroxochromat(V) ist ein weiteres Beispiel für die Oxidationsstufe +5. Kaliumperoxochromat (K₃[Cr(O₂)₄]) wird durch Reaktion von Kaliumchromat mit Wasserstoffperoxid bei niedrigen Temperaturen hergestellt. Diese rotbraune Verbindung ist bei Raumtemperatur stabil, zersetzt sich jedoch spontan bei 150-170 °C. ⓘ

Chrom(IV)-Verbindungen sind etwas häufiger als Chrom(V)-Verbindungen. Die Tetrahalogenide CrF₄, CrCl₄ und CrBr₄ lassen sich durch Behandlung der Trihalogenide (CrX
₃) mit dem entsprechenden Halogen bei erhöhten Temperaturen hergestellt werden. Diese Verbindungen sind anfällig für Disproportionierungsreaktionen und in Wasser nicht stabil. Es sind auch organische Verbindungen im Cr(IV)-Zustand bekannt, wie z. B. Chromtetra-t-butoxid. ⓘ

Die meisten Chrom(I)-Verbindungen werden ausschließlich durch Oxidation von elektronenreichen, oktaedrischen Chrom(0)-Komplexen gewonnen. Andere Chrom(I)-Komplexe enthalten Cyclopentadienyl-Liganden. Wie durch Röntgenbeugung nachgewiesen wurde, ist auch eine Cr-Cr-Fünffachbindung (Länge 183,51(4) pm) beschrieben worden. Extrem sperrige einzähnige Liganden stabilisieren diese Verbindung, indem sie die Fünffachbindung vor weiteren Reaktionen abschirmen. ⓘ

Chromverbindung, bei der experimentell festgestellt wurde, dass sie eine Cr-Cr-Fünffachbindung enthält ⓘ

Vorkommen

Zeitliche Entwicklung der Chromförderung ⓘ

Chrom ist von der International Mineralogical Association (IMA) als Mineral anerkannt (System-Nr. nach Strunz: 1.AE.05 bzw. ehemals I/A.06-10), tritt allerdings in der Natur nur sehr selten in gediegener Form auf. Bisher sind lediglich zehn Fundorte bekannt. Größtenteils wird Chrom daher nur in gebundener Form vor allem als Mineral Chromit (Chromeisenstein) FeCr₂O₄ mit einem Chromanteil von etwa 46 % im Tagebau oder in geringer Tiefe abgebaut. Einige andere Minerale, beispielsweise Ferchromid (~ 87 %) oder Grimaldiit (~ 61 %), enthalten zwar mehr Chrom, kommen jedoch gegenüber dem Chromit sehr viel seltener vor. Insgesamt sind zurzeit (Stand: 2010) rund 100 chromhaltige Minerale bekannt. ⓘ

Die Türkei war im Zweiten Weltkrieg der wichtigste Lieferant von Chrom für das Dritte Reich. ⓘ

Im Jahr 2000 wurden ungefähr 15 Millionen Tonnen marktfähiges Chromiterz gefördert. Hieraus ließen sich 4 Millionen Tonnen Ferrochrom mit einem Marktwert von 2,5 Milliarden Dollar gewinnen. Metallisches Chrom kommt in Lagerstätten sehr selten vor. In der Udatschnaja-Mine in Russland wird eine diamantenhaltige Kimberlit-„Pipe“ ausgebeutet. In der reduzierenden Matrix bildeten sich Diamanten und metallisches Chrom. ⓘ

Land	2019	2020	Reserven ⓘ
	(in tausend Tonnen)
Finnland	2.415	2.290	13.000
Indien	4.139	2.500	100.000
Kasachstan	6.700	7.000	230.000
Südafrika	16.395	13.200	200.000
Türkei	10.000	8.000	26.000
Vereinigte Staaten			620
Andere Länder	5.110	3.980	n.bek.
Gesamt	44.800	37.000	570.000

Krokoit (PbCrO₄) ⓘ

Chromit-Erz ⓘ

Chrom ist das 21. häufigste Element in der Erdkruste mit einer durchschnittlichen Konzentration von 100 ppm. Chromverbindungen finden sich in der Umwelt durch die Erosion von chromhaltigem Gestein und können durch Vulkanausbrüche umverteilt werden. Typische Hintergrundkonzentrationen von Chrom in Umweltmedien sind: Atmosphäre <10 ng/m³; Boden <500 mg/kg; Vegetation <0,5 mg/kg; Süßwasser <10 μg/L; Meerwasser <1 μg/L; Sediment <80 mg/kg. Chrom wird in Form von Chromit (FeCr₂O₄)-Erz abgebaut. ⓘ

Etwa zwei Fünftel der weltweiten Chromit-Erze und -Konzentrate werden in Südafrika gefördert, etwa ein Drittel in Kasachstan, und auch Indien, Russland und die Türkei sind bedeutende Produzenten. Unerschlossene Chromitvorkommen sind reichlich vorhanden, konzentrieren sich aber geografisch auf Kasachstan und das südliche Afrika. Obwohl selten, gibt es Vorkommen von nativem Chrom. In der Udachnaja-Röhre in Russland werden Proben des nativen Metalls gewonnen. Bei dieser Mine handelt es sich um eine Kimberlit-Röhre, die reich an Diamanten ist, und die reduzierende Umgebung hat dazu beigetragen, dass sowohl elementares Chrom als auch Diamanten entstanden sind. ⓘ

Das Verhältnis zwischen Cr(III) und Cr(VI) hängt stark vom pH-Wert und den oxidativen Eigenschaften des Standortes ab. In den meisten Fällen ist Cr(III) die vorherrschende Spezies, aber in einigen Gebieten kann das Grundwasser bis zu 39 µg/L Gesamtchrom enthalten, von denen 30 µg/L Cr(VI) sind. ⓘ

Geschichte

Frühe Anwendungen

Chrommineralien als Pigmente wurden im achtzehnten Jahrhundert im Westen bekannt. Am 26. Juli 1761 fand Johann Gottlob Lehmann in den Bergwerken von Berjosowskoje im Uralgebirge ein orangerotes Mineral, das er Sibirisches Mennige nannte. Obwohl das Mineral fälschlicherweise als Bleiverbindung mit Selen- und Eisenbestandteilen identifiziert wurde, handelte es sich in Wirklichkeit um Krokoit mit der Formel PbCrO₄. Im Jahr 1770 besuchte Peter Simon Pallas dieselbe Fundstelle wie Lehmann und fand ein Mennigemineral, das sich als Farbpigment eignete. Nach Pallas begann sich die Verwendung von sibirischem Mennige als Farbpigment in der gesamten Region rasch zu entwickeln. Krokoit war bis zur Entdeckung von Chromit viele Jahre später die Hauptquelle für Chrom in Pigmenten. ⓘ

Die rote Farbe von Rubinen ist auf Spuren von Chrom im Korund zurückzuführen. ⓘ

Im Jahr 1794 erhielt Louis Nicolas Vauquelin Proben von Krokoit-Erz. Er stellte Chromtrioxid (CrO₃) her, indem er Krokoit mit Salzsäure mischte. 1797 entdeckte Vauquelin, dass er metallisches Chrom isolieren konnte, indem er das Oxid in einem Holzkohleofen erhitzte, und gilt damit als der eigentliche Entdecker des Elements. Vauquelin konnte auch Spuren von Chrom in wertvollen Edelsteinen wie Rubin und Smaragd nachweisen. ⓘ

Im neunzehnten Jahrhundert wurde Chrom vor allem als Bestandteil von Farben, aber auch in Gerbsalzen verwendet. Lange Zeit war der in Russland gefundene Krokoit die Hauptquelle für solche Gerbstoffe. Im Jahr 1827 wurde in der Nähe von Baltimore in den Vereinigten Staaten ein größeres Chromitvorkommen entdeckt, das den Bedarf an Gerbsalzen sehr viel besser decken konnte als der bis dahin verwendete Krokoit. Dies machte die Vereinigten Staaten zum größten Produzenten von Chromprodukten bis zum Jahr 1848, als in der Nähe der Stadt Bursa in der Türkei größere Chromitvorkommen aufgedeckt wurden. Mit der Entwicklung der Metallurgie und der chemischen Industrie in der westlichen Welt stieg der Bedarf an Chrom. ⓘ

Chrom ist auch für seinen reflektierenden, metallischen Glanz beim Polieren bekannt. Es wird als schützende und dekorative Beschichtung auf Autoteilen, Sanitärarmaturen, Möbelteilen und vielen anderen Gegenständen verwendet und in der Regel durch Galvanisieren aufgebracht. Chrom wurde bereits 1848 für die Galvanotechnik verwendet, aber erst mit der Entwicklung eines verbesserten Verfahrens im Jahr 1924 setzte sich diese Verwendung durch. ⓘ

1763 berichtete Michail Wassiljewitsch Lomonossow von seiner Reise nach Sankt Petersburg, dass der dort als Professor für Chemie arbeitende Johann Gottlob Lehmann ein „rotes Bleierz“ in Beresowsk entdeckt hätte und untersuche. ⓘ

Johann Gottlob Lehmann beschrieb 1766 ein orangerotes Mineral aus dem Ural als „Rotbleierz“, das in Salzsäure eine grüne Lösung bildet. Da er es für eine eisenhaltige Bleiverbindung hielt, die mit Calciumsulfat auskristallisierte, blieb Chrom weiterhin unentdeckt. ⓘ

Im 19. Jahrhundert wurden Chromverbindungen überwiegend als Farbpigmente und in der Chromgerberei verwandt. Ende des 20. Jahrhunderts werden Chrom und Chromverbindungen hauptsächlich zur Herstellung von korrosions- und hitzebeständigen Legierungen eingesetzt (Verchromen, Chromstahl). ⓘ

Herstellung

Mit aluminothermischer Reaktion hergestelltes Chromstück ⓘ

Entwicklung der Weltproduktion von Chrom ⓘ

Chrom, umgeschmolzen in einem horizontalen Bogenzonen-Raffinierer, mit großen sichtbaren Kristallkörnern ⓘ

Im Jahr 2013 wurden etwa 28,8 Millionen Tonnen (Mt) marktfähiges Chromerz gefördert und in 7,5 Mt Ferrochrom umgewandelt. Laut John F. Papp, der für den USGS schreibt, ist Ferrochrom die führende Endverwendung von Chromerz, [und] rostfreier Stahl ist die führende Endverwendung von Ferrochrom". ⓘ

Die größten Produzenten von Chromerz im Jahr 2013 waren Südafrika (48 %), Kasachstan (13 %), die Türkei (11 %) und Indien (10 %), während mehrere andere Länder den Rest von etwa 18 % der Weltproduktion produzierten. ⓘ

Die beiden wichtigsten Produkte der Chromerzveredelung sind Ferrochrom und metallisches Chrom. Für diese Produkte unterscheidet sich der Prozess der Erzverhüttung erheblich. Für die Herstellung von Ferrochrom wird das Chromerz (FeCr₂O₄) in großem Maßstab im Lichtbogenofen oder in kleineren Hütten mit Aluminium oder Silizium in einer aluminothermischen Reaktion reduziert. ⓘ

Produktion von Chromerzen im Jahr 2002 ⓘ

Zur Herstellung von reinem Chrom muss das Eisen in einem zweistufigen Röst- und Laugungsprozess vom Chrom getrennt werden. Das Chromerz wird mit einer Mischung aus Kalzium- und Natriumkarbonat in Gegenwart von Luft erhitzt. Das Chrom wird zur sechswertigen Form oxidiert, während das Eisen das stabile Fe₂O₃ bildet. Die anschließende Auslaugung bei höheren Temperaturen löst die Chromate auf und hinterlässt das unlösliche Eisenoxid. Das Chromat wird durch Schwefelsäure in das Dichromat umgewandelt. ⓘ

4 FeCr₂O₄ + 8 Na₂CO₃ + 7 O₂ → 8 Na₂CrO₄ + 2 Fe₂O₃ + 8 CO_{2 ⓘ}

2 Na₂CrO₄ + H₂SO₄ → Na₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O ⓘ

Das Dichromat wird durch Reduktion mit Kohlenstoff in Chrom(III)-oxid umgewandelt und dann in einer aluminothermischen Reaktion zu Chrom reduziert.

Na₂Cr₂O₇ + 2 C → Cr₂O₃ + Na₂CO₃ + CO

Cr₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Cr ⓘ

Anwendungen

Die Herstellung von Metalllegierungen macht 85 % der verfügbaren Chromverwendung aus. Der Rest des Chroms wird in der Chemie-, Feuerfest- und Gießereiindustrie verwendet. ⓘ

Metallurgie

Besteck aus rostfreiem Stahl aus Cromargan 18/10, das 18 % Chrom enthält ⓘ

Die verstärkende Wirkung durch die Bildung stabiler Metallkarbide an den Korngrenzen und die starke Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit machten Chrom zu einem wichtigen Legierungsmaterial für Stahl. Schnellarbeitsstähle enthalten zwischen 3 und 5 % Chrom. Rostfreier Stahl, die wichtigste korrosionsbeständige Metalllegierung, entsteht, wenn dem Eisen Chrom in Konzentrationen von über 11 % zugesetzt wird. Für die Bildung von rostfreiem Stahl wird dem geschmolzenen Eisen Ferrochrom zugesetzt. Auch Nickelbasislegierungen haben eine höhere Festigkeit, da sich an den Korngrenzen diskrete, stabile Metallkarbidpartikel bilden. Inconel 718 zum Beispiel enthält 18,6 % Chrom. Aufgrund der hervorragenden Hochtemperatureigenschaften dieser Nickelsuperlegierungen werden sie in Düsentriebwerken und Gasturbinen anstelle herkömmlicher Strukturwerkstoffe eingesetzt. Die ASTM B163 verwendet Chrom für Kondensator- und Wärmetauscherrohre, während Gussstücke mit hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, die Chrom enthalten, in der ASTM A567 genormt sind. AISI Typ 332 wird dort eingesetzt, wo hohe Temperaturen normalerweise Aufkohlung, Oxidation oder Korrosion verursachen würden. Incoloy 800 "ist in der Lage, seine austenitische Struktur auch nach längerer Einwirkung hoher Temperaturen beizubehalten". Nichrom wird als Widerstandsdraht für Heizelemente in Geräten wie Toastern und Raumheizungen verwendet. Diese Verwendungen machen Chrom zu einem strategischen Material. Während des Zweiten Weltkriegs wurden die US-Straßenbauingenieure angewiesen, Chrom in gelber Straßenfarbe zu vermeiden, da es "im Ernstfall zu einem kritischen Material werden könnte". Die Vereinigten Staaten betrachteten Chrom ebenfalls als "essentiell für die deutsche Kriegsindustrie" und unternahmen intensive diplomatische Bemühungen, um es aus den Händen Nazi-Deutschlands herauszuhalten. ⓘ

Dekorative Verchromung auf einem Motorrad ⓘ

Die hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit von unlegiertem Chrom macht es zu einem zuverlässigen Metall für die Oberflächenbeschichtung; mit seiner im Vergleich zu anderen Beschichtungsmetallen überdurchschnittlichen Haltbarkeit ist es immer noch das beliebteste Metall für die Blechbeschichtung. Eine Chromschicht wird durch galvanische Verfahren auf vorbehandelte Metalloberflächen aufgebracht. Es gibt zwei Abscheidungsmethoden: die dünne und die dicke Schicht. Bei der dünnen Abscheidung wird eine Chromschicht von weniger als 1 µm Dicke durch Verchromen aufgebracht und für dekorative Oberflächen verwendet. Dickere Chromschichten werden aufgebracht, wenn verschleißfeste Oberflächen benötigt werden. Bei beiden Verfahren werden saure Chromat- oder Dichromatlösungen verwendet. Um den energieaufwendigen Wechsel der Oxidationsstufe zu vermeiden, wird derzeit die Verwendung von Chrom(III)-sulfat entwickelt; für die meisten Anwendungen von Chrom wird das bereits etablierte Verfahren verwendet. ⓘ

Bei der Chromatkonversionsbeschichtung werden die starken oxidativen Eigenschaften von Chromaten genutzt, um eine schützende Oxidschicht auf Metallen wie Aluminium, Zink und Cadmium abzuscheiden. Diese Passivierung und die Selbstheilungseigenschaften des in der Chromatierungsschicht gespeicherten Chromats, das in der Lage ist, zu lokalen Defekten zu wandern, sind die Vorteile dieser Beschichtungsmethode. Wegen der Umwelt- und Gesundheitsvorschriften für Chromate werden derzeit alternative Beschichtungsmethoden entwickelt. ⓘ

Das Chromsäureanodisieren (oder Typ-I-Anodisieren) von Aluminium ist ein weiteres elektrochemisches Verfahren, das nicht zur Abscheidung von Chrom führt, sondern Chromsäure als Elektrolyt in der Lösung verwendet. Bei der Anodisierung bildet sich eine Oxidschicht auf dem Aluminium. Die Verwendung von Chromsäure anstelle der normalerweise verwendeten Schwefelsäure führt zu einer leichten Veränderung dieser Oxidschichten. Die hohe Toxizität von Cr(VI)-Verbindungen, die im etablierten Chromgalvanisierungsverfahren verwendet werden, und die Verschärfung der Sicherheits- und Umweltvorschriften erfordern die Suche nach Ersatzstoffen für Chrom oder zumindest einen Wechsel zu weniger toxischen Chrom(III)-Verbindungen. ⓘ

Chrom und Chromverbindungen werden für die verschiedensten Anwendungen eingesetzt, in denen seine Beständigkeit genutzt wird:

Legierungselement: Verwendung in der Metallurgie in korrosions- und hitzebeständigen nichtrostenden Stählen sowie NE-Legierungen
Hartverchromung: galvanisches Aufbringen einer bis zu 1 mm dicken Verschleißschutzschicht direkt auf Stahl, Gusseisen, Kupfer. Auch Aluminium kann nach dem Aufbringen einer Zwischenschicht verchromt werden (hartverchromte Aluminiumzylinder im Motorenbau). Seit dem 21. September 2017 ist für die Verwendung von Chrom(VI) eine Autorisierung der EU notwendig, wenn weiterhin mit Chrom(VI)-Elektrolyten verchromt werden soll. ⓘ

Eine verchromte Leichtmetallfelge: besonders in der Tuning-Szene sehr beliebt. ⓘ

Dekorverchromung: galvanisches Aufbringen einer < 1 μm dicken Cr-Schicht als Dekor mit einer korrosionsschützenden Zwischenschicht aus Nickel oder Nickel-Kupfer. Sehr oft werden auch Kunststoffteile verchromt. Ein Ersatz für die Dekorverchromung ist das Achrolyte-Verfahren.
Passivierung von galvanischen Zinkschichten (Chromatierung)
Katalysator: um chemische Reaktionen zu ermöglichen oder zu beschleunigen
Chromgerbung: das wichtigste Verfahren zur Herstellung von Leder ⓘ

Pigment

Das Mineral Krokoit (auch Bleichromat PbCrO₄) wurde schon kurz nach seiner Entdeckung als gelbes Pigment verwendet. Nachdem eine Synthesemethode aus dem häufiger vorkommenden Chromit zur Verfügung stand, war Chromgelb zusammen mit Cadmiumgelb eines der am häufigsten verwendeten Gelbpigmente. Das Pigment ist nicht photochemisch abbaubar, neigt aber durch die Bildung von Chrom(III)-oxid zum Nachdunkeln. Es hat eine kräftige Farbe und wurde in den Vereinigten Staaten für Schulbusse und in Europa für den Postdienst (z. B. die Deutsche Post) verwendet. Die Verwendung von Chromgelb ist seither aufgrund von Umwelt- und Sicherheitsbedenken zurückgegangen und wurde durch organische Pigmente oder andere Alternativen ersetzt, die frei von Blei und Chrom sind. Andere Pigmente, die auf Chrom basieren, sind z. B. das tiefrote Pigment Chromrot, das einfach Bleichromat mit Blei(II)-hydroxid (PbCrO₄-Pb(OH)₂) ist. Ein sehr wichtiges Chromatpigment, das häufig in Metallgrundierungen verwendet wurde, war Zinkchromat, das inzwischen durch Zinkphosphat ersetzt wurde. Um die gefährliche Praxis der Vorbehandlung von Aluminium-Flugzeugkarosserien mit einer Phosphorsäurelösung zu ersetzen, wurde eine Waschgrundierung formuliert. Dabei wurde Zink-Tetroxychromat verwendet, das in einer Polyvinylbutyral-Lösung dispergiert war. Unmittelbar vor dem Auftragen wurde eine 8%ige Lösung von Phosphorsäure in einem Lösungsmittel hinzugefügt. Es wurde festgestellt, dass ein leicht oxidierbarer Alkohol ein wesentlicher Bestandteil war. Es wurde eine dünne Schicht von etwa 10-15 µm aufgetragen, die sich beim Aushärten von gelb nach dunkelgrün verfärbte. Die Frage nach dem richtigen Mechanismus ist noch offen. Chromgrün ist eine Mischung aus Preußischblau und Chromgelb, während das Chromoxidgrün Chrom(III)-oxid ist. ⓘ

Chromoxide werden auch als Grünpigment in der Glasherstellung und als Glasur für Keramik verwendet. Grünes Chromoxid ist extrem lichtecht und wird daher in Fassadenbeschichtungen verwendet. Es ist auch der Hauptbestandteil von infrarotreflektierenden Farben, die von den Streitkräften für die Lackierung von Fahrzeugen verwendet werden, um ihnen die gleiche Infrarotreflexion zu verleihen wie grünen Blättern. ⓘ

Andere Verwendungen

Roter Kristall eines Rubinlasers ⓘ

Chrom(III)-Ionen in Korundkristallen (Aluminiumoxid) bewirken, dass diese rot gefärbt sind; wenn Korund in dieser Form erscheint, wird er als Rubin bezeichnet. Fehlen dem Korund die Chrom(III)-Ionen, spricht man von einem Saphir. Ein rot gefärbter künstlicher Rubin kann auch durch Dotierung von künstlichen Korundkristallen mit Chrom(III) erzielt werden, so dass Chrom eine Voraussetzung für die Herstellung synthetischer Rubine ist. Ein solcher synthetischer Rubinkristall war die Grundlage für den ersten Laser, der 1960 hergestellt wurde und auf der stimulierten Emission von Licht aus den Chromatomen in einem solchen Kristall beruhte. Rubin hat einen Laserübergang bei 694,3 Nanometern, der eine tiefrote Farbe hat. ⓘ

Wegen ihrer Giftigkeit werden Chrom(VI)-Salze zur Konservierung von Holz verwendet. Chromatiertes Kupferarsenat (CCA) wird zum Beispiel in der Holzbehandlung eingesetzt, um das Holz vor Fäulnispilzen, holzzerstörenden Insekten, einschließlich Termiten, und Schiffsbohrern zu schützen. Die Formulierungen enthalten zwischen ₃5,3 % und 65,5 % Chrom auf der Basis des Oxids CrO3. In den Vereinigten Staaten wurden 1996 65.300 Tonnen CCA-Lösung verwendet. ⓘ

Chrom(III)-Salze, insbesondere Chromalaun und Chrom(III)-Sulfat, werden bei der Gerbung von Leder verwendet. Das Chrom(III) stabilisiert das Leder, indem es die Kollagenfasern vernetzt. Mit Chrom gegerbtes Leder kann zwischen 4 und 5 % Chrom enthalten, das fest an die Proteine gebunden ist. Obwohl es sich bei der für die Gerbung verwendeten Form von Chrom nicht um die giftige sechswertige Variante handelt, besteht weiterhin Interesse am Umgang mit Chrom in der Gerbereiindustrie. Rückgewinnung und Wiederverwendung, direktes/indirektes Recycling und "chromlose" oder "chromfreie" Gerbung werden praktiziert, um den Chromverbrauch besser zu steuern. ⓘ

Die hohe Hitzebeständigkeit und der hohe Schmelzpunkt machen Chromit und Chrom(III)-oxid zu einem Material für feuerfeste Hochtemperaturanwendungen wie Hochöfen, Zementöfen, Formen für das Brennen von Ziegeln und als Gießereisand für das Gießen von Metallen. Bei diesen Anwendungen werden die feuerfesten Materialien aus Mischungen von Chromit und Magnesit hergestellt. Die Verwendung ist aufgrund der Umweltvorschriften wegen der Möglichkeit der Bildung von Chrom(VI) rückläufig. ⓘ

Mehrere Chromverbindungen werden als Katalysatoren für die Verarbeitung von Kohlenwasserstoffen verwendet. Der aus Chromoxiden hergestellte Phillips-Katalysator wird zum Beispiel für die Herstellung von etwa der Hälfte des weltweiten Polyethylens verwendet. Fe-Cr-Mischoxide werden als Hochtemperaturkatalysatoren für die Wasser-Gas-Shift-Reaktion eingesetzt. Kupferchromit ist ein nützlicher Hydrierungskatalysator. ⓘ

Chromate von Metallen werden in Humistor verwendet. ⓘ

Verwendungen von Verbindungen

Chrom(IV)-oxid (CrO₂) ist eine magnetische Verbindung. Seine ideale Formanisotropie, die ihm eine hohe Koerzitivfeldstärke und Restmagnetisierung verleiht, macht es zu einer Verbindung, die dem γ-Fe₂O₃ überlegen ist. Chrom(IV)-oxid wird zur Herstellung von Magnetbändern verwendet, die in Hochleistungs-Tonbändern und Standard-Audiokassetten eingesetzt werden.
Chrom(III)-oxid (Cr₂O₃) ist ein Metallpoliturmittel, das als grünes Rouge bekannt ist.
Chromsäure ist ein starkes Oxidationsmittel und eine nützliche Verbindung zur Reinigung von Laborglas von Spuren organischer Verbindungen. Sie wird durch Auflösen von Kaliumdichromat in konzentrierter Schwefelsäure hergestellt, die dann zum Waschen der Geräte verwendet wird. Natriumdichromat wird manchmal wegen seiner höheren Löslichkeit (50 g/L gegenüber 200 g/L) verwendet. Die Verwendung von Dichromat-Reinigungslösungen wird heute aufgrund der hohen Toxizität und der Umweltbedenken schrittweise eingestellt. Moderne Reinigungslösungen sind hochwirksam und chromfrei.
Kaliumdichromat ist ein chemisches Reagenz, das als Titriermittel verwendet wird.
Chromate werden Bohrschlämmen zugesetzt, um die Korrosion von Stahl unter nassen Bedingungen zu verhindern.
Chromalaun ist Chrom(III)-Kaliumsulfat und wird als Beizmittel (d. h. als Fixiermittel) für Farbstoffe in Geweben und beim Gerben verwendet. ⓘ

Biologische Rolle

Die biologisch nützlichen Wirkungen von Chrom(III) sind umstritten. Chrom wird von den U.S. National Institutes of Health als Spurenelement für seine Rolle bei der Wirkung von Insulin anerkannt, einem Hormon, das den Stoffwechsel und die Speicherung von Kohlenhydraten, Fett und Eiweiß steuert. Der Mechanismus seiner Wirkung im Körper ist jedoch noch nicht geklärt, so dass die Wesentlichkeit von Chrom in Frage gestellt ist. ⓘ

Im Gegensatz dazu ist sechswertiges Chrom (Cr(VI) oder Cr⁶⁺) hochgradig toxisch und erbgutverändernd. Die Aufnahme von Chrom(VI) im Wasser wird mit Magentumoren in Verbindung gebracht, und es kann auch allergische Kontaktdermatitis (ACD) verursachen. ⓘ

"Chrommangel", d. h. ein Mangel an Cr(III) im Körper oder vielleicht ein Komplex davon, wie z. B. der Glukosetoleranzfaktor, ist umstritten. Einige Studien deuten darauf hin, dass die biologisch aktive Form von Chrom (III) im Körper über ein Oligopeptid mit der Bezeichnung niedermolekulare chrombindende Substanz (LMWCr) transportiert wird, die eine Rolle im Insulin-Signalweg spielen könnte. ⓘ

Der Chromgehalt gängiger Lebensmittel ist im Allgemeinen niedrig (1-13 Mikrogramm pro Portion). Der Chromgehalt von Lebensmitteln schwankt stark, was auf Unterschiede im Mineralgehalt des Bodens, der Wachstumsperiode, der Pflanzensorte und der Verunreinigung während der Verarbeitung zurückzuführen ist. Chrom (und Nickel) sickern in Lebensmittel ein, die in rostfreiem Stahl gekocht wurden, wobei die Wirkung am größten ist, wenn das Kochgeschirr neu ist. Saure Lebensmittel, die viele Stunden lang gekocht werden, verstärken diesen Effekt noch. ⓘ

Empfehlungen für die Ernährung

Über den Status von Chrom als essentieller Nährstoff herrscht Uneinigkeit. Regierungsstellen aus Australien, Neuseeland, Indien, Japan und den Vereinigten Staaten halten Chrom für essenziell, während die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) der Europäischen Union dies nicht tut. ⓘ

Die U.S. National Academy of Medicine (NAM) aktualisierte 2001 den geschätzten durchschnittlichen Bedarf (Estimated Average Requirements - EARs) und die empfohlenen Tagesdosen (Recommended Dietary Allowances - RDAs) für Chrom. Für Chrom lagen keine ausreichenden Informationen vor, um die EARs und RDAs festzulegen, so dass der Bedarf als Schätzwerte für die angemessene Zufuhr (AIs) beschrieben wird. Die derzeitige AI von Chrom für Frauen im Alter von 14 bis 50 Jahren beträgt 25 μg/Tag und die AI für Frauen im Alter von 50 Jahren und darüber 20 μg/Tag. Die AI für schwangere Frauen beträgt 30 μg/Tag, und für stillende Frauen beträgt die AI 45 μg/Tag. Die AIs für Männer im Alter von 14 bis 50 Jahren betragen 35 μg/Tag, die AIs für Männer ab 50 Jahren 30 μg/Tag. Für Kinder im Alter von 1 bis 13 Jahren steigen die AIs mit dem Alter von 0,2 μg/Tag auf 25 μg/Tag. Was die Sicherheit anbelangt, so legt der NAM für Vitamine und Mineralstoffe tolerierbare Höchstmengen fest, wenn die Beweise ausreichend sind. Im Falle von Chrom liegen noch nicht genügend Informationen vor, so dass kein UL festgelegt wurde. Die EARs, RDAs, AIs und ULs bilden zusammen die Parameter für das Ernährungsempfehlungssystem, das als Dietary Reference Intake (DRI) bekannt ist. Australien und Neuseeland betrachten Chrom als einen essentiellen Nährstoff mit einem AI von 35 μg/Tag für Männer, 25 μg/Tag für Frauen, 30 μg/Tag für Schwangere und 45 μg/Tag für stillende Frauen. Ein UL wurde nicht festgelegt, da keine ausreichenden Daten vorliegen. In Indien wird Chrom als essenzieller Nährstoff betrachtet, wobei die empfohlene Zufuhr für Erwachsene 33 μg/Tag beträgt. Auch Japan hält Chrom für einen essentiellen Nährstoff, mit einer AI von 10 μg/Tag für Erwachsene, einschließlich schwangerer und stillender Frauen. Ein UL wurde nicht festgelegt. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hält Chrom jedoch nicht für einen essenziellen Nährstoff; Chrom ist der einzige Mineralstoff, bei dem sich die Vereinigten Staaten und die Europäische Union nicht einig sind. ⓘ

Kennzeichnung

Bei der Kennzeichnung von Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln in den USA wird die Menge der Substanz in einer Portion als Prozentsatz des Tageswertes (%DV) angegeben. Für die Kennzeichnung von Chrom betrug 100 % des Tageswerts 120 μg. Mit Wirkung vom 27. Mai 2016 wurde der Prozentsatz des Tageswerts auf 35 μg geändert, um die Chromzufuhr mit der offiziellen empfohlenen Tagesdosis in Einklang zu bringen. Eine Tabelle mit den alten und neuen Tageswerten für Erwachsene finden Sie unter Reference Daily Intake. ⓘ

Lebensmittelquellen

Datenbanken über die Zusammensetzung von Lebensmitteln, wie sie vom US-Landwirtschaftsministerium geführt werden, enthalten keine Informationen über den Chromgehalt von Lebensmitteln. Eine Vielzahl von tierischen und pflanzlichen Lebensmitteln enthält Chrom. Der Gehalt pro Portion wird durch den Chromgehalt des Bodens, in dem die Pflanzen angebaut werden, durch die an Tiere verfütterten Lebensmittel und durch die Verarbeitungsmethoden beeinflusst, da Chrom in Lebensmittel ausgelaugt wird, wenn sie in Geräten aus rostfreiem Stahl verarbeitet oder gekocht werden. Eine in Mexiko durchgeführte Studie zur Ernährungsanalyse ergab eine durchschnittliche tägliche Chromaufnahme von 30 Mikrogramm. Schätzungsweise 31 % der Erwachsenen in den Vereinigten Staaten nehmen Multivitamin-/Mineralien-Nahrungsergänzungsmittel zu sich, die häufig 25 bis 60 Mikrogramm Chrom enthalten. ⓘ

Nahrungsergänzung

Chrom ist ein Bestandteil der totalen parenteralen Ernährung (TPN), da nach monatelanger intravenöser Ernährung mit chromfreier TPN ein Mangel auftreten kann. Es wird auch Nahrungsmitteln für Frühgeborene zugesetzt. Obwohl der biologische Wirkungsmechanismus von Chrom unklar ist, werden chromhaltige Produkte in den Vereinigten Staaten als rezeptfreie Nahrungsergänzungsmittel in Mengen von 50 bis 1.000 μg verkauft. Geringere Mengen an Chrom sind auch häufig in Multivitamin-/Mineralstoffpräparaten enthalten, die von schätzungsweise 31 % der Erwachsenen in den Vereinigten Staaten konsumiert werden. Zu den in Nahrungsergänzungsmitteln verwendeten chemischen Verbindungen gehören Chromchlorid, Chromcitrat, Chrom(III)-picolinat, Chrom(III)-polynicotinat und andere chemische Zusammensetzungen. Der Nutzen von Nahrungsergänzungsmitteln ist nicht erwiesen. ⓘ

Zugelassene und nicht zugelassene gesundheitsbezogene Angaben

Im Jahr 2005 hatte die US-Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde eine qualifizierte gesundheitsbezogene Angabe für Chrompicolinat genehmigt, die eine ganz bestimmte Formulierung auf dem Etikett vorschreibt: "Eine kleine Studie deutet darauf hin, dass Chrompicolinat das Risiko einer Insulinresistenz und damit möglicherweise auch das Risiko für Typ-2-Diabetes verringern kann. Die FDA kommt jedoch zu dem Schluss, dass die Existenz eines solchen Zusammenhangs zwischen Chrompicolinat und Insulinresistenz oder Typ-2-Diabetes höchst unsicher ist." Gleichzeitig lehnte die FDA in ihrer Antwort auf andere Teile der Petition Behauptungen über Chrompicolinat und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Retinopathie oder Nierenerkrankungen ab, die durch abnorm hohe Blutzuckerwerte verursacht werden. Im Jahr 2010 wurde Chrom(III)-picolinat von Health Canada für die Verwendung in Nahrungsergänzungsmitteln zugelassen. Zu den zugelassenen Angaben auf dem Etikett gehören: ein Faktor für die Erhaltung der Gesundheit, unterstützt einen gesunden Glukosestoffwechsel, hilft dem Körper bei der Verstoffwechselung von Kohlenhydraten und hilft dem Körper bei der Verstoffwechselung von Fetten. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) genehmigte 2010 Angaben, wonach Chrom zu einem normalen Makronährstoff-Stoffwechsel und zur Aufrechterhaltung einer normalen Blutzuckerkonzentration beiträgt, lehnte jedoch Angaben zur Aufrechterhaltung oder Erreichung eines normalen Körpergewichts oder zur Verringerung von Müdigkeit oder Erschöpfung ab. ⓘ

Angesichts der Belege dafür, dass Chrommangel im Zusammenhang mit intravenös verabreichten Nahrungsmitteln, die ohne Chrom formuliert sind, zu Problemen bei der Glukosesteuerung führt, richtete sich das Forschungsinteresse auf die Frage, ob eine Chromsupplementierung für Menschen mit Typ-2-Diabetes, die keinen Chrommangel haben, von Nutzen ist. Die Ergebnisse von vier Meta-Analysen zeigen eine statistisch signifikante Senkung des Nüchtern-Plasmaglukosespiegels (FPG) und einen nicht signifikanten Trend zu einem niedrigeren Hämoglobin-A1C. In einer zweiten wurde das Gleiche berichtet, in einer dritten wurde ein signifikanter Rückgang bei beiden Messwerten festgestellt, während in einer vierten kein Nutzen für einen der beiden Werte festgestellt wurde. In einer 2016 veröffentlichten Übersichtsarbeit wurden 53 randomisierte klinische Studien aufgelistet, die in eine oder mehrere von sechs Meta-Analysen einbezogen wurden. Sie kam zu dem Schluss, dass zwar in einigen dieser Meta-Analysen bescheidene Senkungen des FPG und/oder des HbA1C zu verzeichnen sind, die statistisch signifikant sind, dass aber nur wenige der Studien Senkungen erzielten, die groß genug sind, um als relevant für das klinische Ergebnis angesehen zu werden. ⓘ

Zwei systematische Übersichten untersuchten Chrompräparate als Mittel zur Steuerung des Körpergewichts bei übergewichtigen und fettleibigen Menschen. Die eine beschränkte sich auf Chrompicolinat, einen beliebten Inhaltsstoff von Nahrungsergänzungsmitteln, und berichtete über eine statistisch signifikante Gewichtsabnahme von 1,1 kg in Studien, die länger als 12 Wochen dauerten. Die andere umfasste alle Chromverbindungen und meldete eine statistisch signifikante Gewichtsveränderung von -0,50 kg (1,1 lb). Die Veränderung des Körperfettanteils erreichte keine statistische Signifikanz. Die Autoren beider Übersichten stuften die klinische Relevanz dieser bescheidenen Gewichtsabnahme als unsicher/unzuverlässig ein. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit prüfte die Literatur und kam zu dem Schluss, dass es keine ausreichenden Belege für die Unterstützung einer Angabe gibt. ⓘ

Chrom wird als Nahrungsergänzungsmittel für sportliche Leistungen angepriesen und beruht auf der Theorie, dass es die Insulinaktivität steigert, was zu einer Zunahme der Muskelmasse und einer schnelleren Wiederherstellung der Glykogenspeicher nach dem Training führen soll. Eine Überprüfung klinischer Studien ergab, dass eine Chromsupplementierung weder die sportliche Leistung noch die Muskelkraft verbessert. Das Internationale Olympische Komitee überprüfte 2018 Nahrungsergänzungsmittel für Hochleistungssportler und kam zu dem Schluss, dass keine Notwendigkeit besteht, die Chromzufuhr für Sportler zu erhöhen, und dass die Behauptung, Körperfett zu verlieren, nicht unterstützt wird. ⓘ

Süßwasserfische

Chrom kommt in der Umwelt natürlich in Spuren vor, aber die industrielle Verwendung in der Gummi- und Edelstahlherstellung, in der Verchromung, in Farbstoffen für Textilien, in Gerbereien und in anderen Bereichen führt zu einer Verunreinigung der aquatischen Systeme. In Bangladesch sind Flüsse in oder flussabwärts von Industriegebieten mit Schwermetallen kontaminiert. Der Grenzwert für Chrom im Bewässerungswasser liegt bei 0,1 mg/L, doch einige Flüsse weisen mehr als das Fünffache dieses Wertes auf. Die Norm für Speisefische liegt bei weniger als 1 mg/kg, doch viele getestete Proben wiesen mehr als das Fünffache dieses Wertes auf. Chrom, insbesondere sechswertiges Chrom, ist für Fische hochgiftig, da es leicht über die Kiemen aufgenommen wird, leicht in den Blutkreislauf gelangt, Zellmembranen durchdringt und sich in der Nahrungskette anreichert. Im Gegensatz dazu ist die Toxizität von dreiwertigem Chrom sehr gering, was auf die geringe Membrandurchlässigkeit und die geringe Biomagnifikation zurückzuführen ist. ⓘ

Die akute und chronische Exposition gegenüber Chrom(VI) beeinträchtigt das Verhalten, die Physiologie, die Fortpflanzung und das Überleben von Fischen. In kontaminierten Umgebungen wurde über Hyperaktivität und unregelmäßiges Schwimmen berichtet. Das Schlüpfen der Eier und das Überleben der Jungfische sind beeinträchtigt. Bei erwachsenen Fischen wird über histopathologische Schäden an Leber, Nieren, Muskeln, Därmen und Kiemen berichtet. Zu den Mechanismen gehören mutagene Genschäden und Störungen der Enzymfunktionen. ⓘ

Es gibt Hinweise darauf, dass Fische zwar kein Chrom benötigen, aber von einer angemessenen Menge in der Nahrung profitieren. In einer Studie nahmen Jungfische bei einer chromfreien Ernährung an Gewicht zu, aber die Zugabe von 500 μg Chrom in Form von Chromchlorid oder anderen Ergänzungsmitteln pro Kilogramm Futter (Trockengewicht) erhöhte die Gewichtszunahme. Bei 2.000 μg/kg war die Gewichtszunahme nicht besser als bei der chromfreien Diät, und es traten vermehrt DNA-Strangbrüche auf. ⓘ

Vorsichtsmaßnahmen

Wasserunlösliche Chrom(III)-Verbindungen und Chrommetall gelten nicht als gesundheitsgefährdend, während die Toxizität und die karzinogenen Eigenschaften von Chrom(VI) seit langem bekannt sind. Aufgrund der spezifischen Transportmechanismen gelangen nur begrenzte Mengen von Chrom(III) in die Zellen. Die akute orale Toxizität liegt zwischen 50 und 150 mg/kg. Eine Überprüfung aus dem Jahr 2008 ergab, dass eine moderate Aufnahme von Chrom(III) über Nahrungsergänzungsmittel kein genetisch-toxisches Risiko darstellt. In den USA hat die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) einen Grenzwert für die zulässige Exposition in der Luft (PEL) am Arbeitsplatz als zeitlich gewichteten Durchschnitt (TWA) von 1 mg/m³ festgelegt. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat einen empfohlenen Expositionsgrenzwert (REL) von 0,5 mg/m³, zeitlich gewichteter Durchschnitt, festgelegt. Der IDLH-Wert (unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdend) liegt bei 250 mg/m³. ⓘ

Toxizität von Chrom(VI)

Die akute orale Toxizität für Chrom(VI) liegt zwischen 1,5 und 3,3 mg/kg. Im Körper wird Chrom(VI) durch verschiedene Mechanismen bereits im Blut zu Chrom(III) reduziert, bevor es in die Zellen gelangt. Das Chrom(III) wird aus dem Körper ausgeschieden, während das Chromat-Ion durch einen Transportmechanismus in die Zelle übertragen wird, durch den auch Sulfat- und Phosphat-Ionen in die Zelle gelangen. Die akute Toxizität von Chrom(VI) ist auf seine starken oxidierenden Eigenschaften zurückzuführen. Nachdem es in den Blutkreislauf gelangt ist, schädigt es durch Oxidationsreaktionen die Nieren, die Leber und die Blutzellen. Hämolyse, Nieren- und Leberversagen sind die Folge. Eine aggressive Dialyse kann therapeutisch sein. ⓘ

Die Karzinogenität von Chromatstaub ist seit langem bekannt, und 1890 beschrieb die erste Veröffentlichung das erhöhte Krebsrisiko von Arbeitern in einem Chromatfarbstoffbetrieb. Zur Beschreibung der Genotoxizität von Chrom(VI) sind drei Mechanismen vorgeschlagen worden. Der erste Mechanismus umfasst hochreaktive Hydroxylradikale und andere reaktive Radikale, die als Nebenprodukte bei der Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) entstehen. Der zweite Mechanismus umfasst die direkte Bindung von Chrom(V), das durch Reduktion in der Zelle entsteht, und von Chrom(IV)-Verbindungen an die DNA. Der letzte Mechanismus führt die Genotoxizität auf die Bindung des Endprodukts der Chrom(III)-Reduktion an die DNS zurück. ⓘ

Chromsalze (Chromate) sind auch die Ursache für allergische Reaktionen bei manchen Menschen. Chromate werden häufig zur Herstellung von u. a. Lederprodukten, Farben, Zement, Mörtel und Korrosionsschutzmitteln verwendet. Der Kontakt mit chromathaltigen Produkten kann zu allergischer Kontaktdermatitis und reizender Dermatitis führen, die sich in Form von Geschwüren auf der Haut äußern, die manchmal als "Chromgeschwüre" bezeichnet werden. Diese Erkrankung tritt häufig bei Arbeitnehmern auf, die in der Galvanik, in der Gerberei und in chromproduzierenden Betrieben starken Chromatlösungen ausgesetzt waren. ⓘ

Umweltprobleme

Da Chromverbindungen in Farbstoffen, Lacken und Ledergerbstoffen verwendet wurden, finden sich diese Verbindungen häufig im Boden und im Grundwasser aktiver und stillgelegter Industriestandorte, die saniert werden müssen. Sechswertiges Chrom enthaltende Grundierfarben sind in der Luft- und Raumfahrt sowie bei der Autoreparaturlackierung noch immer weit verbreitet. ⓘ

Im Jahr 2010 untersuchte die Environmental Working Group in der ersten landesweiten Studie das Trinkwasser in 35 amerikanischen Städten. Die Studie ergab, dass in 31 der untersuchten Städte sechswertiges Chrom im Leitungswasser messbar war, wobei Norman, Oklahoma, an der Spitze der Liste stand. 25 Städte wiesen Werte auf, die über dem von Kalifornien vorgeschlagenen Grenzwert lagen. ⓘ

Die giftigere sechswertige Chromform kann in Böden durch organisches Material, Eisen, Sulfide und andere Reduktionsmittel in den weniger löslichen dreiwertigen Oxidationszustand überführt werden, wobei die Geschwindigkeit dieser Reduktion unter sauren Bedingungen höher ist als unter alkalischen. Im Gegensatz dazu kann dreiwertiges Chrom in Böden durch Manganoxide, wie Mn(III)- und Mn(IV)-Verbindungen, zu sechswertigem Chrom oxidiert werden. Da die Löslichkeit und Toxizität von Chrom (VI) größer ist als die von Chrom (III), haben die Oxidations-Reduktions-Umwandlungen zwischen den beiden Oxidationsstufen Auswirkungen auf die Bewegung und Bioverfügbarkeit von Chrom in Böden, Grundwasser und Pflanzen. ⓘ

Allgemeine Bibliographie

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie der Elemente (2. Aufl.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8. ⓘ