Els empèdocles moderns – L’element 24 (Cr) – crom (nilbiquadi, Nbq)

Clarence Irving Lewis ens deia a “Mind and the World Order” (1929) que “hi ha caràcters qualitatius recognoscibles dels fenòmens, que es poden repetir en experiències diferents, i que són així una mena d’universals; en dic ‘qualia’”. Lewis continuava: “encara que aquests ‘qualia’ són universsals, en el sentit d’ésser reconeguts d’una experiència a l’altra, cal distingir-los de les propietats dels objectes”. Aquesta frase tanca el problema dels qualia que, de fet, és molt més antic. Cal distingir els ‘qualia’ de les propietats dels objectes? Erwin Schrödinger afirmava en aquest sentit que “la sensació de color no pot explicar-se amb la imatge objectiva del física de les ones lluminoses”. Això una bona mà de materialistes serien capaços d’admetre, bo i indicant que la sensació de color no tan sols depèn de l’objecte sinó de l’aparell sensorial i cognitiu de cada subjecte. Però Schrödinger s’avança i segueix: “Podria el fisiòleg explicar la sensació de color, si tingués un coneixement més complet del que té dels processos de la retina i dels processos nerviosos que estableixen en les fibres del nervi òptic i en el cervell? Crec que no”. El coneixement sobre aquests processos, però, acreix cada dècada, de manera que per a la majoria de persones pràctiques el problema dels quàlia és purament sofístic. Amb més rigor filosòfic, Daniel Dennet, fa més de vint any desgranava el concepte de qualia. Marvin Minsky considerava que era un error enorme “intentar reificar ‘sentir’ com una entitat independent, amb una essència que és indescriptible”. El color, en tot cas, seria una propietat perceptual visual, derivada de la interacció de l’espectre lluminós amb les sensibilitats espectrals diferents dels fotoreceptors retinals. Espectre (spectrum) és el mot que ja emprava Isaac Newton per referir-se al resultat de fer passar llum solar per un prisma, fenomen anàleg al que dóna lloc a l’arc de Sant Martí. Que l’espectre continu sigui dividit en set colors respon a consideracions culturals sobre numerologia que hem esmentat en algun altre moment, i que s’expliquen també per la maquinària fotoreceptora de la nostra retina. Els fotoreceptors cònics de la retina humana existeixen en tres tipus: S, M i L. Aquest esquema, alhora, explica l’efectivitat dels sistemes de reproducció de color en pantalles (coloració additiva) o en impressores (coloració substractiva). En els sistemes de coloració additiva es defineixen dos o més colors primaris, habitualment tres: “vermell”, “verd” i “blau”. En els sistemes de coloració substractiva, una opció habitual és la de tres colors bàsics: el “groc”, el “cian” i el “magenta”. En el 1931, la Comissió Internacional en Il•luminació (CIE) va establir un sistema de coordenades, basat en els experiments de William David Wright i de John Guild. El sistemes RGB defineix un sistema tridimensional, en el qual els colors primaris són el “vermell”, el “verd” i el “blau”, i on x, y i z, poden prendre valors enters de 0 a 255. El model de color CMYK consisteix en quatre variables, corresponents al “cian”, al “magenta”, al “groc” i al “negre”, amb valors que van de 0 a 100. Així, el beige, nom de color encunyat a mitjan segle XIX per designar un color groc bru pàl•lid és definit en el sistema sRGB com a 245, 245, 220, i en el sistema CMYK com a 0, 0, 10, 4. Sense més consideracions, arribem així al nombre 24 de la nostra sèrie.

El sistema CIE-1931 definia quantitativament els colors en diagrama cartesià

La descoberta del crom

La recerca arqueològica ha assenyalat que és probable que el crom o, més ben dit, òxids de crom, fossin emprats per recobrir bronzes i altres aliatges metàl•lics i facilitar-ne la preservació. L’exemple més antic d’això el podríem tindre en el gran complex funerari de l’emperador Qin Shi Huang (mort l’any 210 a.e.c), construït a Lishan, i explicaria la preservació que trobem en algunes de les armes de l’impressionat exèrcit de figures de terra cuita que havia de servir l’emperador en l’altre món. La majoria d’armes (espases, llances, destrals, escuts, arcs, puntes de fletxa) són de bronze, amb aliatges que, a més de coure i estany, contenen quantitats de níquel, magnesi o cobalt. Algunes de les espases i de les puntes de fletxa mostraven efectivament signes d’una capa d’òxid de crom de 10-15 micres de gruix, de manera que hom les trobà en un perfecte estat quan el jaciment fou excavat a partir del 1974.

Un altre ús antic dels minerals de crom era la confecció de pigments per a pintura. El 26 de juliol del 1761, Johann Gottlob Lehman, professor de química a l’Acadèmia Imperial Russa de Ciències, durant una visita a la mina d’or de Beriozovskoe, en els Urals, recollí mostres d’un mineral que més tard designaria com a Rotbleierz, “terra de plom vermell”.

Johann Gottlob Lehman (1719-1767), en un gravat de Christian Benjamin Glassbach

Lehman analitzà el material. Suposà que era una terra de plom, el color vermell del qual era degut a la presència addicional de ferro.

Piromorfita procedent de la mina de Berezovskoe en la qual trobem, en color vermell, el mineral que Lehman designà com a “plom vermell de Sibèria”

El 1770, Peter Simon Pallas (1741-1811) visità la mina de Berezovskoe i n’estudià el “plom roig”. Va veure les possibilitats d’aquesta material com a font de pigments. Fou així com a Europa comença a emprar-se aquest mineral en la confecció de pigments, particularment destinats a la pintura.

Louis Nicolas Vauquelin (1763-1829)

Ja hem tractat en un capítol anterior de les recerques de química mineralògica de Louis Nicolas Vauquelin. Entre els treballs fets en el 1797, hi hagué l’anàlisi d’aquest “plom vermell de Sibèria”. Confirmà, en dissoldre el mineral en àcid muriàtic, que es tractava d’un compost de plom, però centrà els seus interessos en l’altra fracció. Escalfà aquesta terra o àcid metàl•lic en el forn de carbó, i fou capaç de reduir-la al metall que n’era la base. Les característiques d’aquest metall divergien dels metalls coneguts. En el 1798 publicà els resultats dels experiments (“Memoir on a New Metallic Acid which exists in the Red Lead of Sibiria. Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Art 3: 146). Vauquelin investigà la presència d’aquest metall en diversos minerals, i el va detectar, per bé que en forma de traces, en diverses pedres precioses (robins, maragdes). Juntament amb André Laugier (1770-1832) determinà també la seva presència, gairebé universal, en mostres de meteorits. Fets de manera independent i paral•lela als de Vaquelin, Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) contribuí a caracteritzar químicament diversos compostos d’aquest mateix metall.

El robí és una varietat de corindó, és a dir de mineral d’òxid d’alumini (Al2O3). La coloració rosa o vermella es deguda a la presència, en forma més o menys concentrada, de cations Cr3+ que en algunes unitats substitueixen el lloc que ocupen normalment els cations Al3+.

Antoine François, comte de Fourcroy (1755-1809) i René Just Haüy (1743-1822) empraren el mot francès “chrome” per designar aquest metall, en referència al color (o colors) del seu òxid. El mot grec χρῶμα es feia servir per designar la coloració de la pell i també a les coloracions aconseguides amb pigments, d’ací la tria per referir-se a aquest metall, descobert en un mineral d’interès en la indústria dels pigments. En moltes llengües, hom ha adaptat directament el mot francès, tal com hem fet en català (“crom”). L’adaptació llatina introdueix el sufix –ium (que Humphry Davy havia adoptat per als metalls alcalins i alcalinoterris que havia descobert a partir del 1807), de manera que obtenim “chromium”, que és el mot que segueix directament l’anglès i, de manera més o menys adaptada altres llengües. Si la llengua catalana hagués seguit aquesta forma, l’adaptació seria “cromi”.

La caracterització del crom com a metall, però, distava d’ésser completa. Ja vam veure la setmana passada, com en el 1803, Hippolyte-Victor Collet-Descotils (1773-1815) jutjava que el metall pretesament descobert un parell d’anys abans per Andrés Manuel del Río (1763-1849), i que aquest havia designat amb el nom de “eritroni”, era en realitat el “crom” descrit per Vauquelin. És simptomàtic que l’eritroni hagués estat descrit en una mostra de plom vermell, i que Del Río inicialment hagués pensat en denominar el metall amb nom de pancromi, sense tindre present possiblement la descripció de Vauquelin.

En tot cas, John Dalton (1766-1844) a la primera edició de “New System of Chemical Philosophy” (1808) en la que presenta la teoria atòmica, no trobem esmentat ni el crom ni l’eritroni en el llistat de 20 “elements simples”. En edicions posteriors, quan la llista s’amplia a 36 elements simples, tampoc el crom hi fa cap.

Sí que apareix el crom en el llistat de 47 substàncies elementals que fa Jöns Jacob Berzelius en el seu assaig del 1813 sobre proporcions químiques. En aquesta obra, Berzelius introdueix un sistema d’inicials com a símbols químics, i al “chromium” li correspon el símbol Ch. El dígraf llatí “ch” representa la lletra grega χ, i és probable que per això en obres posteriors, hom s’estimés més emprar el símbol Cr (en excloure la h muda). Fos com fos, finalment s’imposà i s’adoptà com a símbol el dígraf Cr. El símbol Ch resta actualment orfe, a l’espera d’ésser utilitzat per algun element químic de nova descoberta.

Cromat de plom (PbCrO4), també denominat groc de crom

A començament del segle XIX creix a l’Europa occidental l’ús de pigments basats en el plom vermell de Sibèria. Del plom vermell de Sibèria, d’acord amb el mètode de Vauquelin, era possible extreure una pols groga (cromat de plom). A partir del 1818, hom ja designa a Anglaterra amb el nom de “chrome yellow” una variant del groc elaborada amb aquest pigment. Com que el cromat de plom tendeix a oxidar-se en presència de l’aire, amb un enfosquiment del groc, amb el transcórrer de les dècades hom s’estimà més aconseguir el “groc de crom” amb una barreja de “groc de cadmi” (CdS) i de “taronja de cadmi” (barreja de CdS i CdSe).

La cromita va ser descrita per Vaquelin, en el 1798, com una “fer chromate alumine”. Químicament, però, és cromit fèrric

Durant un temps, la principal font de crom continuava esser el plom vermell de les mines dels Urals. En el 1827, però, hom descobrí un dipòsit considerable de cromita (FeCr2O4) prop de Baltimore, que aviat resultà la principal font de compostos cròmics.

La vauquelinita (CuPb2(CrO4)(PO4)(OH) fou descrita en el 1818 com un mineral cròmic a Beriozovskoe, d’on s’extreia el “plom vermell” en el qual Vauquelin va descriure el crom

En el 1832, Nils Gabriel Sefstrïm (1788-1845) descrigué un metall que anomenà vanadi, i que resultà que coincidia amb l’eritroni d’Andrés Manuel del Río. Hom refutà, doncs, la identitat d’aquest metall amb el crom. Els avenços en la mineralogia també provocaven un afinament en la terminologia dels minerals cròmics. François Sulpice Veudant (1787-1850) va designar amb el nom de “crocoise” la forma majoritària en la qual es presentava el plom vermell de Sibèria. El nom de “crocoise” procedeix del grec κρόκος, que vol dir safrà, i que era una referència al “groc de crom” extret d’aquest mineral. El mot francès fou adaptat en altres llengües amb el sufix típic dels minerals, i denominat, doncs, “crocoïsita”, que quedà després fixat en “crocoïta”.

En el 1848, la producció de crom va rebre un nou impuls amb la descoberta d’un dipòsit de cromita prop de Bursa, a l’Anatòlia nord-occidental. En aquella època, hom ja havia començat a assajar la deposició de crom en superfícies (cromat) amb finalitats protectores i decoratives, degut al llustre que oferia aquestes superfícies una vegada polides. Per a la deposició de crom s’utilitzaven mètodes de galvanoplàstia.

La descoberta de nous elements químics esperonà diversos intents de sistematitzar-los. En el 1865, John Newlands, formulava una llei d’octaus, aplicable als elements químics coneguts. En el sistema de Newlands, el crom rebia el nombre atòmic de 19 i era assignat al grup d’elements del bor i de l’alumini.

Més sofisticat fou l’intent, en el 1869, de Dmitri Mendeleev. El crom, amb una massa atòmica de 52, encapçalava, dins del “quart període d’elements”, un grup propi, continuat pel molibdè en el cinquè període, i el tungstè en el sisè. En el 1871, Mendeleev formulà una taula més compacte, en el qual el crom era inclòs en el grup de l’oxigen i del sofre (“grup VI”, caracteritzat per formar triòxids i dihidrurs monovalents). En les dècades posteriors, hom tornaria a l’esquema del 1869, escindint el grup VI en dos: 1) el grup de l’oxigen (grup 16 en la terminologia actual); 2) el grup del crom, completat amb el molibdè i el tungstè (grup 6 en la terminologia actual).

En el 1924, el procés industrial de galvanoplàstia de crom esdevingué més assequible, i se’n multiplicaren les aplicacions.

El crom: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del crom és de 51,9961 uma, valor que resulta de la de l’isòtop majoritari, 52Cr, ponderada per la dels altres isòtops estables. Una llista completa dels isòtops coneguts d’aquest element faria:
– crom-42 (42Cr; 42,00643 uma). Nucli format per 24 protons i 18 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,014 s. Decau normalment (>99,9%) a vanadi-42 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (<0,1%) a titani-40 (amb emissió de dos protons).
– crom-43 (43Cr; 42,99771 uma). Nucli format per 24 protons i 19 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0216 s. Decau majoritàriament (71%) a vanadi-43 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a titani-42 (23%; amb emissió d’un protó i d’un positró), a escandi-41 (6%; amb emissió de dos protons i d’un positró) o a escandi-39 (<0,1%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró).
– crom-44 (44Cr; 43,98555 uma). Nucli format per 24 protons i 20 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,054 s. Decau majoritàriament (93%) a vanadi-44 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (7%), a titani-43 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– crom-45 (45Cr; 44,97964 uma). Nucli format per 24 protons i 21 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,050 s. Decau majoritàriament (73%) a vanadi-45 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (27%), a titani-44 (amb emissió d’un protó i d’un positró). Posseeix un estat metastable (45mCr), a 50 keV, amb una semvida de 0,001 s, que decau bé a l’estat basal o bé a vanadi-45.
– crom-46 (46Cr; 45,968359 uma). Nucli format per 24 protons i 22 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,26 s. Decau a vanadi-46, amb emissió d’un positró.
– crom-47 (47Cr; 46,962900 uma). Nucli format per 24 protons i 23 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,5 s. Decau a vanadi-47, amb emissió d’un positró.
– crom-48 (48Cr; 47,954032 uma). Nucli format per 24 protons i 24 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,762•104 s (22 hores). Decau a vanadi-48, amb emissió d’un positró.
– crom-49 (49Cr; 48,9513357 uma). Nucli format per 24 protons i 25 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2540 segons (42 minuts). Decau a vanadi-49, amb emissió d’un positró.
– crom-50 (50Cr; 49,9460442 uma). Nucli format per 24 protons i 26 neutrons. Teòricament, decau a titani-50 (amb emissió de dos positrons), amb una semivida de 4,1•1025 s (un centenar de milions de vegades l’edat actual de l’univers). Amb una semivida tan llarga, és un isòtop observacionalment estable. L’abundància relativa és de 4,345% (amb oscil•lacions mostrals de 4,294% a 4,345%).
– crom-51 (51Cr; 50,9447674 uma). Nucli format per 24 protons i 27 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,39350•106 s (28 dies). Decau, per captura electrònica, a vanadi-51.
– crom-52 (52Cr; 51,9405075 uma). Nucli format per 24 protons i 28 neutrons. És un isòtop estable. Amb una abundància relativa de 83,789% és l’isòtop majoritari. Mostralment, aquesta abundància pot variar entre 83,762% a 83,790%.
– crom-53 (53Cr; 52,9406494 uma). Nucli format per 24 protons i 29 neutrons. És un isòtop estable, amb una abundància relativa de 9,501% (que pot variar de 9,501% a 9,553%). En bona mesura, a la Terra, el crom-53 és un isòtop radiogènic, producte de la desintegració del manganès-53 del qual, amb una semivida de 3,7 milions d’anys, no en queden més que traces. D’aquesta manera la relació 53Cr/52Cr en meteorits es vincula a la relació 53Mn/55Mn i a la relació general Mn/Cr, i és informativa de les abundàncies isotòpiques inicials del Sistema Solar (Birck et al., 1999).
– crom-54 (54Cr; 53,9388804 uma). Nucli format per 24 protons i 30 neutrons. És un isòtop estable, amb una abundància relativa de 2,365% (que pot variar de 2,365% a 2,391%).
– crom-55 (55Cr; 54,9408397 uma). Nucli format per 24 protons i 31 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 209,8 s (3,5 minuts). Decau a manganès-55, amb emissió d’un electró.
– crom-56 (56Cr; 55,9406531 uma). Nucli format per 24 protons i 32 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 356 s (6 minuts). Decau a manganès-56, amb emissió d’un electró.
– crom-57 (57Cr; 56,943613 uma). Nucli format per 24 protons i 33 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida 21,1 s. Decau a manganès-57, amb emissió d’un electró.
– crom-58 (58Cr; 57,94435 uma). Nucli format per 24 protons i 34 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,0 s. Decau a manganès-58, amb emissió d’un electró.
– crom-59 (59Cr; 58,94859 uma). Nucli format per 24 protons i 35 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,460 s. Decau a manganès-59, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (59mCr) a 503,0 keV, amb una semivida de 9,6•10-5 s.
– crom-60 (60Cr; 59,95008 uma). Nucli format per 24 protons i 36 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,56 s. Decau a manganès-60 amb emissió d’un electró.
– crom-61 (61Cr; 60,95472 uma). Nucli format per 24 protons i 37 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,261 s. Decau normalment (>99,9%) a manganès-61 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (<0,1%), a manganès-60 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– crom-62 (62Cr; 61,95661 uma). Nucli format per 24 protons i 38 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,199 s. Decau normalment (>99,9%) a manganès-62 (amb emissió d’un electró) o, alternativament, a manganès-61 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– crom-63 (63Cr; 62,96186 uma). Nucli format per 24 protons i 39 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,129 s. Decau bé a manganès-63 (amb emissió d’un electró) a o manganès-62 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– crom-64 (64Cr; 63,96441 uma). Nucli format per 24 protons i 40 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,043 s. Decau a manganès-64, amb emissió d’un electró.
– crom-65 (65Cr; 64,97016 uma). Nucli format per 24 protons i 41 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,027 s. Decau a manganès-65, amb emissió d’un electró.
– crom-66 (66Cr; 65,97338 uma). Nucli format 24 protons i 42 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,01 s. Decau a manganès-66, amb emissió d’un electró.
– crom-67 (67Cr; 66,97955 uma). Nucli format 24 protons i 43 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,01 s. Decau a manganès-67, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de crom conté 24 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d54s1. El crom és, juntament amb el coure, una de les excepcions al principi Aufbau. En alguns contextos, el nivell 4s arriba a quedar buit en l’àtom neutre (de manera que 3d6. En tot cas, se’l considera el primer element (ja dins del quart període) del grup 6, dins del bloc dels metalls de transició (bloc d). Els estats d’oxidació més habituals són +6 (Cr6+, despreniment de tots els electrons 3d4s; com en l’anió CrO42-) i +3 (Cr3+; com en el CrCl3); menys habituals és +2 (p.ex. CrCl2); encara més rars són +1 (p.ex. K3[Cr(CN)5NO]), +4 (p.ex. K2CrF6) i +5 (p.ex. K3CrO8); cal esmentar també els estats de -1 (p.ex. Cr2(CO)10) i -2 (p.ex. Cr(CO)52-) i, naturalment, el 0 (la forma metàl•lica, però també la de compostos organocromats com Cr(C6H6)2). El radi atòmic del crom és de 1,28•10-10 m.

Cristalls de crom d’alta puresa (99,999%) al costat d’un cub de crom (99,95%) d’1 cm3. El crom d’alta puresa s’obté per una reacció de transport químic a partir de iodur de crom

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el crom es presenta com un sòlid metàl•lic d’aspecte argentí, llustrós, amb una densitat de 7190 kg•m-3 i una duresa considerable (8,5 en l’escala de Mohs). El crom és l’únic sòlid elemental que en condicions estàndards mostra un ordenament antiferromagnètic, és a dir que els moments magnètics de cada làmina atòmica segueixen una orientació inversa a la de les adjacents. En condicions estàndards de pressió, a temperatures superiors a 311 K, el crom elemental passa a un estat paramagnètic.

Quan el crom metàl•lic és exposat a l’aire atmosfèric, s’hi forma una capa passiva d’òxid de crom d’uns pocs àtoms de gruix que, gràcies a la seva alta densitat, protegeix de l’oxidació les capes interiors. Aquest procés de passivació és encara més pronunciat, quan s’exposa el crom elemental a agents oxidants (p.e. HNO3). La passivació es pot revertir amb agents reductors que ataquin la capa d’òxid de crom, la qual cosa permet diluir cristalls de crom elements fins i tot en àcids febles.

El crom elemental es fragilitza fàcilment a altes temperatures quan és exposat al nitrogen atmosfèric, a través de la formació de nitrurs de crom. En canvi, resisteix la fragilització induïda per gas hidrogen.

En condicions estàndards de pressió, el punt de fusió del crom elemental es troba a 2180 K. La densitat del crom líquid a aquesta pressió és de 6300 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el punt d’ebullició del crom elemental es troba a 2944 K.

El cromat sòdic (Na2CrO4) és un exemple de compost de Cr(VI). En general, els anions cromat (CrO42-) i dicromat (Cr2O72-) són potents oxidants. En la natura, solen prevaldre, però, els compostos de Cr(III)

L’abundància del crom en l’univers és condicionada per la relació entre els processos de nucleosíntesi dels diferents isòtops de crom, amb la pròpia estabilitats dels diferents núclids, i la d’isòtops d’altres elements. El 48Cr apareix en la cadena central de reaccions nucleosintètiques dels estels en fase de supernova, però és un isòtop inestable. Els processos de captura de neutrons donen lloc als isòtops de crom estables, dels quals el majoritari és 52Cr. En el nostre Sistema Solar, el crom supera en abundància atòmica una bona sèrie d’elements de nombre atòmic inferior (vanadi, titani, escandi, potassi, clor, fòsfor, fluor, bor, beril•li i liti). En canvi, dels elements de nombre atòmic superiors, sols el superen en abundància el ferro i el níquel. La concentració del crom es fa més elevada en la fracció rocallosa, particularment en els meteorits de composició eminentment metàl•lica.

En el planeta Terra, el crom assoleix una abundància atòmica de 2300 ppm, que en termes de massa es tradueix a 4700 ppm. La concentració en l’escorça terrestre, en termes de massa, és força inferior, de 100 ppm. La distribució del crom en l’escorça és variable, i condicionada a llarg termini pels processos volcànics, d’erosió i de sedimentació. El crom apareix en forma de traces en alguns minerals, als quals pot donar una coloració característica, com passa amb els robins o les matorolites. En d’altres minerals, el crom és un dels elements constituents. La producció mundial de crom, de 7,89 milions de tones, deriva majoritàriament dels dipòsits de cromita (FeCr2O4). Les principals reserves conegudes de cromita es troben a l’Àsia Central i a l’Àfrica Austral. En el sòl, les concentracions de crom poden variar, segons el context geològic, de 1 a 300 ppm. El crom elemental és poc freqüent, però no inexistent, i s’hi poden formar dipòsits en condicions molt reductores, i així se n’han trobat en algunes mines de diamants.

En la hidrosfera, la concentració de crom es relaciona amb el substrat geològic i amb els processos d’erosió, d’una banda, i de precipitació o sedimentació. En les aigües continentals, pot variar de 0,026 a 5,2 mg•L-1. En l’oceà, la concentració pot variar entre 0,005 i 0,8 mg•L-1. En general, el catió dominant és Cr3+, per bé que segons les condicions de pH i redox, el catió Cr6+ pot esdevindré majoritari en algunes aigües subterrànies (Gonzalez et al. ho descrivien en el 2005 per a l’aqüífer californià de Aromas Red Sands).

Diagrama de Pourbaix sobre les espècies dominants, segons les condicions electroquímiques, d’una solució aquosa de Cr3+ de 0,01 mmol•L-1

La qüestió de si el crom és o no és un oligoelement essencial per als organismes biològics roman oberta. Hom ha atribuït als cations Cr3+ diverses funcionalitats bioquímiques, però no són acceptades de forma concloent.

En un cos humà adult de 70 kg, el contingut total de crom típic és de 14 mg, corresponents a 890 ppb en termes atòmics i 0,024 ppm en termes de massa. La major part d’aquest crom és troba en la forma trivalent, Cr(III), que és la que preval en l’aigua de beguda i en els aliments (inclòs el crom migrat dels aliatges d’acer inoxidable d’estris de cuina). Hom discuteix encara si el Cr(III) és o no un element essencial o si, sense ésser essencial, pot tindre alguna rellevància funcional. En canvi, hi ha poca discussió sobre els efectes tòxics i mutagènics dels compostos de crom hexavalent, Cr(VI).

El caràcter essencial del crom per a humans fou proposat ja a final de la dècada dels 1950. Aquesta essencialitat fou gairebé acceptada com a fet en els anys 1980. S’arribaren a descriure, de fet, tres casos de deficiència de crom en persones que rebien exclusivament nutrició parenteral durant molt de temps. Els nivells d’ingesta recomanada (20-35 micrograms diaris) són fàcilment assolibles en una dieta habitual i, de fet, sembla més fàcil ultrapassar aquests nivells que no pas no arribar-hi. Tot i la manca de base, es comercialitzen suplements alimentaris de crom, com ara el picolinat de crom (III), atenent a les seves discutibles virtuts com a “factor de tolerància a la glucosa”.

El picolinat de crom (III) es comercialitza com a suplement alimentari. Més que no pas el crom (III), que es considera un component benigne, pot ésser més preocupant el picolinat que, segons alguns estudis, pot provar danys cromosòmics

Per produir efectes tòxics aguts, la ingesta de Cr(III) hauria de depassar 1,5 mg•kg-1 pes corporal. Una de les raons de la benignitat relativa del Cr(III) pot deure’s al fet que in vivo resta majoritàriament exclòs del medi intracel•lular. Els estudis in vitro, assenyalen que en concentracions elevades, el Cr(III) pot produir dany a l’ADN.

En canvi, la toxicitat aguda oral del Cr(VI) ja es manifesta en valors de 0,05 mg•kg-1. En les condicions del medi intern, una part del Cr(VI) ingerit és reduït a Cr(III), la qual cosa pot considerar-se una detoxificació. Però si els nivells de Cr(VI) són massa elevats, aquesta reducció és ineficient, i els cations cromats i dicromats que en resulten són incorporats al medi intracel•lular a través dels mecanismes que normalment importen ions sulfat i fosfat. El caràcter oxidant del catió cromat explica els efectes tòxics en els òrgans que n’acumulen: ronyons, fetge, cèl•lules sanguínies.

La toxicitat crònica de l’exposició a cromats ja fou descrita per D. Newman en el 1890, arran d’un cas d’adenocarcinoma d’un treballador d’una fàbrica de pigments cromats. El contacte perllongat amb cromats pot produir en algunes persones una dermatitis per contacte (úlcera cròmica).

Les aplicacions industrials del crom

Evolució de la producció mundial de crom durant els darrers cent anys

La producció comercial mundial de cromita és de 23,3 milions de tones anuals. El principal destí d’aquesta producció és la generació de ferrocrom (FeCr), amb una taxa anual de 9,5 milions de tones. El ferrocrom resulta de la reducció a gran escala de la cromita (FeCr2O4) en el forn elèctric. El principal ús del ferrocrom és la producció acer inoxidable.

Peça de ferrocrom. El ferrocrom és un aliatge de Fe:Cr, amb proporcions que van de de 50:50 a 30:70

La presència de crom en l’acer, directament, i a través de la formació de carburs metàl•lics, enforteix l’aliatge. Així en trobem a “acers ràpids”, a concentracions del 3-5%, que es fan servir per broques i freses. En “acer inoxidable”, la concentració de crom sol depassar l’11%. En “acer inconel 718”, emprat en components sotmeses a condicions extremes, el contingut de crom és del 18,6%.

Una part relativament menor de la cromita es destina a l’obtenció de crom metàl•lic. La cromita és escalfada en presència d’aire després de l’addició de carbonats càlcic i sòdic. Es produeix una oxidació que genera Cr(VI) i Fe2O3, que són separats després a més alta temperatura, quan els cromats són arrossegats en la fracció soluble.

Peça de crom, produïda per la reacció aluminotèrmica, que permet la reducció dels cromats a la forma metàl•lica

El crom és, des dels anys 1920, un dels metalls més habituals en galvanoplàstia. Els cromats decoratius constitueixen una capa de 0,05-0,5 micres; habitualment s’apliquen damunt de la superfície niquelada d’acer, alumini, aliatges de coure o de zinc, però també damunt de plàstic. Els cromats durs o industrials poden arribar a gruixos d’1 mm

El crom(III) és ingredient en la confecció de robins sintètics. El primer làser funcional fou confeccionat per T. H. Mainan (1960) emprant un robí artificial.

També derivat de la cromita, el cromat potàssic és emprat per obtindre “groc de crom”. Per fer-ne, es barregen solucions de nitrat de plom i de cromat potàssic, filtrant-ne el precipitat resultant. Actualment, aquest groc de crom “sintètic” és més habitual que l’obtingut de la crocoïta. Val a dir que molts dels usos dels pigments cromats ara s’aconsegueix amb altres pigments, més resistents a l’oxidació i menys tòxics. A banda del groc de crom, també foren emprats el vermell de crom (PbCrO4•Pb(OH)2), el cromat de zinc, el verd de crom (barreja de groc de crom i de blau prussià – Fe7(CN)18). El verd d’òxid de crom (Cr2O3) és encara força emprat en la confecció de vidre i de ceràmica, i també és emprat en camuflatge militar per les seves propietats de reflector de radiació infraroja.

Una altra aplicació de les sals de crom(VI) és la de preservadores de fusta. Així entren en la formulació de l’arseniat de coure cromatat (CCA), que Sonti Kamesan (1890-1954) va patentar en el 1934, i que protegeix la fusta de l’acció de fongs i insectes a través de la toxicitat de l’arsènic i del crom(VI).

Pel que fa a les sals de crom(III) com l’alum de crom (KCr(SO4)2) o el sulfat de crom (III) (Cr(SO4)3 • 12 H2O), una aplicació destacada és l’assaonament de pells per fer-ne cuir. El Cr(III) actua estabilitzant la formació de ponts creuats de les fibres de col•làgena. El cuir confeccionat d’aquesta manera presenta un contingut de crom del 4-5%.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: