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Cromo

El cromo es un elemento químico con el símbolo Cr y el número atómico 24. Es el primer elemento del grupo 6. Es un metal de transición de color gris acerado, lustroso, duro y quebradizo. El cromo es el principal aditivo en el acero inoxidable, al que agrega propiedades anticorrosivas. El cromo también es muy valorado como un metal que puede ser altamente pulido y resistente al deslustre.

El cromo pulido refleja casi el 70% del espectro visible, con casi el 90% de luz infrarrojasiendo reflejado El nombre del elemento se deriva de la palabra griega χρῶμα, chrōma, que significa color, porque muchos compuestos de cromo están intensamente coloreados.

Ferrocromo aleación se produce comercialmente a partir de cromita por silicothermic o reacciones aluminotérmicas y metal de cromo por tostación y lixiviación procesos seguido de reducción con carbono y, a continuación aluminio. El metal cromo es de gran valor por su alta resistencia a la corrosión y dureza.

Un desarrollo importante en la producción de acero fue el descubrimiento de que el acero podría hacerse altamente resistente a la corrosión y a la decoloración al agregar cromo metálico para formar acero inoxidable. Acero inoxidable y cromado ( galvanoplastia con cromo) juntos comprenden el 85% del uso comercial.

En los Estados Unidos, trivalente de cromo () III Cr () ion se considera un Nutriente esencial en los seres humanos para la insulina, el azúcar y Lípidos metabolismo. Sin embargo, en 2014, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria, en representación de la Unión Europea, concluyó que no había pruebas suficientes para que el cromo fuera reconocido como esencial.

Si bien el cromo metal y los iones Cr (III) no se consideran tóxicos, el cromo hexavalente (Cr (VI)) es tóxico y cancerígeno. Los sitios de producción de cromo abandonados a menudo requieren limpieza ambiental.

Propiedades físicas

Atómico

El cromo es el cuarto metal de transición encontrado en la tabla periódica, y tiene una configuración electrónica de 3d 5 4s 1. También es el primer elemento en la tabla periódica cuya configuración electrónica de estado fundamental viola el principio de Aufbau. Esto ocurre nuevamente más tarde en la tabla periódica con otros elementos y sus configuraciones de electrones, como Cobre, niobio y molibdeno.Esto ocurre porque los electrones en el mismo orbital se repelen entre sí debido a sus cargas similares.

En los elementos anteriores, el costo energético de promover un electrón al siguiente nivel de Energía más alto es demasiado grande para compensar lo liberado al disminuir la repulsión interelectrónica. Sin embargo, en los metales de transición 3d, la brecha de energía entre el 3d y el subsiguiente 4s subshell es muy pequeña, y debido a que el subshell 3d es más compacto que el subshell 4s, la repulsión entre electrones es menor entre electrones 4s que entre 3d electrones Esto reduce el costo energético de la promoción y aumenta la energía liberada por ella, de modo que la promoción se vuelve energéticamente factible y uno o incluso dos electrones siempre son promovidos a la subshell 4s.

Promociones similares ocurren para cada átomo de metal de transición, excepto uno, paladio.)

El cromo es el primer elemento de la serie 3d donde los electrones 3d comienzan a hundirse en el núcleo inerte; Por lo tanto, contribuyen menos a la unión metálica y, por lo tanto, los puntos de fusión y ebullición y la entalpía de atomización de cromo son más bajos que los del elemento precedente vanadio.

El cromo (VI) es un agente oxidante fuerte en contraste con los óxidos de molibdeno (VI) y tungsteno (VI).

Granel

El cromo es extremadamente duro y es el tercer elemento más duro detrás del carbono ( diamante ) y el Boro. Su dureza Mohs es de 8.5, lo que significa que puede rayar muestras de cuarzo y topacio, pero puede rayarse con corindón. El cromo es altamente resistente a la pérdida de brillo, lo que lo hace útil como un metal que conserva su capa más externa de la corrosión, a diferencia de otros metales tales como cobre, Magnesio, y aluminio.

El cromo tiene un punto de fusión de 1907 º C (3465 º F), que es relativamente bajo en comparación con la mayoría de los metales de transición. Sin embargo, todavía tiene el segundo punto de fusión más alto de todos los elementos del Período 4, siendo coronado por vanadio en 3 º C (5 º F) a 1910 º C (3470 º F).

El punto de ebullición de 2671 º C (4840 º F), sin embargo, es relativamente corta, que contiene el tercer punto de ebullición más bajo de los Período de 4 metales de transición solamente detrás de Manganeso y zinc. La resistividad eléctrica del cromo a 20 º C es de 125 nanoohm – metros.

El cromo tiene una alta reflexión especular en comparación con otros metales de transición. En infrarrojo, a 425 μm, el cromo tiene una reflectancia máxima de aproximadamente 72%, reduciéndose a un mínimo de 62% a 750 μm antes de elevarse nuevamente al 90% de 4000 μm. Cuando el cromo se usa en aleaciones de acero inoxidable y se pule, la reflexión especular disminuye con la inclusión de metales adicionales, pero aún es alta en comparación con otras aleaciones.

Entre el 40% y el 60% del espectro visible se refleja del acero inoxidable pulido. La explicación de por qué el cromo muestra una participación tan alta de fotones reflejadosLas ondas en general, especialmente el 90% en infrarrojo, pueden atribuirse a las propiedades magnéticas del cromo. El cromo tiene propiedades magnéticas únicas en el sentido de que el cromo es el único sólido elemental que muestra un orden antiferromagnético a temperatura ambiente (y por debajo).

Por encima de 38 º C, su orden magnético cambia a paramagnético. Las propiedades antiferromagnéticas, que causan que los átomos de cromo se ionicen temporalmente y se unan entre sí, están presentes porque las propiedades magnéticas de los cúbicos centrados en el cuerpo son desproporcionadas a la periodicidad de la red..

Esto se debe al hecho de que los momentos magnéticos en las esquinas del cubo y los centros del cubo no son iguales, pero siguen siendo antiparalelos. A partir de aquí, la permitividad relativa del cromo dependiente de la frecuencia, derivada de las ecuaciones de Maxwell junto con la antiferromagnetividad del cromo, deja al cromo con una alta reflectancia de luz visible e infrarroja.

Pasivación

El metal de cromo que queda en el aire está pasivado, es decir, forma una capa superficial de óxido delgada y protectora. Esta capa tiene una estructura de espinela, solo unas pocas capas atómicas de espesor. Es muy denso e inhibe la difusión de oxígeno al metal subyacente. En contraste, el Hierro forma un óxido más poroso a través del cual el oxígeno puede migrar, causando oxidación continua.

La pasivación se puede mejorar mediante un breve contacto con ácidos oxidantes como el ácido nítrico. El cromo pasivado es estable contra los ácidos. La pasivación se puede eliminar con un agente reductor fuerteque destruye la capa protectora de óxido en el metal. El cromo metálico tratado de esta manera se disuelve fácilmente en ácidos débiles.

El cromo, a diferencia de metales como el hierro y el níquel, no sufre fragilidad por hidrógeno. Sin embargo, sufre fragilidad de nitrógeno, reacciona con el nitrógeno del aire y forma nitruros quebradizos a las altas temperaturas necesarias para trabajar las partes metálicas.

Isótopos

El cromo natural se compone de tres isótopos estables; 52 Cr, 53 Cr y 54 Cr, siendo 52 Cr el más abundante (83.789% de abundancia natural ). Se han caracterizado 19 radioisótopos, siendo el más estable 50 Cr con una vida media de (más de) 1.8 × 10 17 años, y 51 Cr con una vida media de 27.7 días. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias que son menos de 24 horas y la mayoría menos de 1 minuto.

El cromo también tiene dos isómeros nucleares metaestables..

53 Cr es el producto de descomposición radiogénica de 53 Mn (vida media = 3.74 millones de años). Los isótopos de cromo generalmente se colocan (y combinan) con isótopos de manganeso. Esta circunstancia es útil en la geología isotópica. Las relaciones de isótopos de cromo y manganeso refuerzan la evidencia de 26 Al y 107 Pd con respecto a la historia temprana del Sistema Solar.

Las variaciones en las proporciones de 53 Cr / 52 Cr y Mn / Cr de varios meteoritos indican un 53 Mn / 55 inicialLa relación de Mn que sugiere una composición isotópica de Mn-Cr debe ser el resultado de la descomposición in situ de 53 Mn en cuerpos planetarios diferenciados. Por lo tanto, 53 Cr proporciona evidencia adicional de procesos nucleosintéticos inmediatamente antes de la fusión del Sistema Solar.

Los isótopos de cromo varían en masa atómica de 43 u ( 43 Cr) a 67 u ( 67 Cr). El modo primario de desintegración antes del isótopo estable más abundante, 52 Cr, es la captura de electrones y el modo primario posterior es la desintegración beta. 53 Cr se ha postulado como un proxy para la concentración de oxígeno atmosférico.

Química y compuestos

Propiedades químicas

El cromo es miembro del grupo 6, de los metales de transición. Los estados 3 y 6 ocurren con mayor frecuencia dentro de los compuestos de cromo; Las cargas de 1, 4 y 5 para el cromo son raras, pero existen ocasionalmente.

Estados de oxidación comunes

Cromo (III)

Se conoce un gran número de compuestos de cromo (III), tales como cromo (III) nitrato, cromo (III) acetato de etilo, y óxido de cromo (III). El cromo (III) puede obtenerse disolviendo el cromo elemental en ácidos como el ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico, pero también puede formarse mediante la reducción del cromo (VI) por el citocromo c7.

El Cr 3 Ion tiene un radio similar (63 pm ) a Al 3 Radio 50 pm), y pueden reemplazarse entre sí en algunos compuestos, como en el alumbre de cromo y el alumbre.

El cromo (III) tiende a formar complejos octaédricos. El hidrato de Cloruro de cromo (III) comercialmente disponible es el complejo verde oscuro Cl. Compuestos estrechamente relacionados son el verde pálido Cl 2 y violeta Cl 3. Si el cloruro de cromo (III) verde libre de agua se disuelve en agua, la solución verde se vuelve violeta después de un tiempo a medida que el cloruro en la esfera de coordinación interna se reemplaza por agua.

Este tipo de reacción también se observa con soluciones dealumbre de cromo y otras sales de cromo (III) solubles en agua.

El hidróxido de cromo (III) (Cr (OH) 3 ) es anfótero, se disuelve en soluciones ácidas para formar 3, y en soluciones básicas para formar [Cr (OH)6 ]3− Se deshidrata por calentamiento para formar el óxido de cromo verde (III) (Cr 2 O 3 ), un óxido estable con una estructura cristalina idéntica a la del corindón.

Cromo (VI)

Los compuestos de cromo (VI) son oxidantes a pH bajo o neutro. Cromato aniones ( CrO 2-

4 ) y dicromato de (Cr 2 O 7 2- ) aniones son los principales iones en este estado de oxidación. Existen en un equilibrio, determinado por el pH:

2 2− 2 H ⇌ 2− H 2 O

Los haluros de cromo (VI) también son conocidos e incluyen el hexafluoruro CrF 6 y el cloruro de cromilo ( CrO2 cl2 )

El cromato de sodio se produce industrialmente mediante el tostado oxidativo del Mineral de cromita con carbonato de Calcio o sodio. El cambio en el equilibrio es visible por un cambio de amarillo (cromato) a naranja (dicromato), como cuando se agrega un ácido a una solución neutral de cromato de potasio.

A valores de pH aún más bajos, es posible una mayor condensación a oxianiones de cromo más complejos.

Tanto los aniones de cromato como de dicromato son reactivos oxidantes fuertes a pH bajo:

Cr 2 O2− 7 14H 3 O 6 e – → 2 Cr 3 21 H 2 O(ε= 1.33 V)

Sin embargo, solo se oxidan moderadamente a pH alto:

CrO 2− 4 4 H 2 O 3 e-→Cr (OH) 3 5OH- Ε 0 = −0.13 V)

Los compuestos de cromo (VI) en solución se pueden detectar agregando una solución ácida de peróxido de hidrógeno. Se forma el inestable peróxido de cromo azul oscuro (VI) (CrO 5 ), que puede estabilizarse como un aducto de éter CrO

5 · O 2.

El ácido crómico tiene la fórmula hipotética H 2 CrO

4. Es una sustancia química vagamente descrita, a pesar de que se conocen muchos cromatos y dicromatos bien definidos. Elóxido de cromo rojo oscuro(VI)CrO

3, elanhídridodeácidodel ácido crómico, se vende industrialmente como «ácido crómico». Se puede producir mezclando ácido sulfúrico con dicromato y es un agente oxidante fuerte.

Otros estados de oxidación

Los compuestos de cromo (V) son bastante raros; el estado de oxidación 5 solo se realiza en pocos compuestos, pero son intermedios en muchas reacciones que involucran oxidaciones por cromato. El único compuesto binario es el fluoruro de cromo (V) volátil (CrF 5 ). Este sólido rojo tiene un punto de fusión de 30 º C y un punto de ebullición de 117 º C.

Se puede preparar tratando cromo metal con flúor a 400 º C y 200 bar de presión. El peroxocromato (V) es otro ejemplo del estado de oxidación 5. Peroxocromato de potasio (K 3) se hace haciendo reaccionar cromato de potasio con peróxido de hidrógeno a bajas temperaturas. Este compuesto rojo marrón es estable a temperatura ambiente pero se descompone espontáneamente a 150-170 º C.

Los compuestos de cromo (IV) son ligeramente más comunes que los de cromo (V). Los tetrahaluros, CrF 4, CrCl 4 y CrBr 4, se pueden producir tratando los trihaluros ( CrX

3 ) con el halógeno correspondiente a temperaturas elevadas. Dichos compuestos son susceptibles a reacciones de desproporción y no son estables en agua.

Se conocen muchos compuestos de cromo (II), como el cloruro de cromo (II) estable al agua CrCl

2 que se pueden hacer reduciendo el cloruro de cromo (III) con zinc. La solución azul brillante resultante creada a partir de la disolución de cloruro de cromo (II) solo es estable apHneutro. Algunos otros compuestos notables de cromo (II) incluyenóxido de cromo (II) CrOysulfato de cromo (II) CrSO

4. También se conocen muchos carboxilatos cromosos, el más famoso de ellos es elacetato de cromorojo(II)(Cr(OCCH)4) que presenta un enlace cuádruple.

La mayoría de los compuestos de cromo (I) se obtienen únicamente por oxidación de complejos de cromo (0) octaédricos ricos en electrones. Otros complejos de cromo (I) contienen ligandos de ciclopentadienilo. Como se verificó por difracción de rayos X, también se ha descrito un enlace quíntuple Cr-Cr (longitud 183.51 (4) pm).

Los ligandos monodentados extremadamente voluminosos estabilizan este compuesto al proteger el enlace quíntuple de otras reacciones.

La mayoría de los compuestos de cromo (0) son derivados de los compuestos de cromo hexacarbonilo o bis (benceno) cromo.

Ocurrencia

El cromo es el elemento número 21 más abundante en la corteza terrestre con una concentración promedio de 100 ppm. Los compuestos de cromo se encuentran en el medio ambiente debido a la erosión de las rocas que contienen cromo, y pueden ser redistribuidos por erupciones volcánicas. Las concentraciones de fondo típicas de cromo en medios ambientales son:

Atmósfera <10 ng / m 3; suelo <500 mg / kg; vegetación <0.5 mg / kg; agua dulce <10 μg / L; agua de mar <1 μg / L; sedimento <80 mg / kg. El cromo se extrae como mineral de cromita (FeCr 2 O 4 ).

Alrededor de las dos quintas partes de los Minerales de cromo y sus concentrados en el mundo se producen en África del Sur, alrededor de un tercio en Kazajstán, mientras que la India, Rusia y Turquía productores importantes son también. Los depósitos de cromita sin explotar son abundantes, pero se concentran geográficamente en Kazajstán y el sur de África.

Aunque es raro, existen depósitos de cromo nativo. La tubería Udachnaya en Rusia produce muestras del metal nativo. Esta mina es una tubería de kimberlita, rica en diamantes, y elLa reducción del medio ambiente ayudó a producir cromo elemental y diamantes.

La relación entre Cr (III) y Cr (VI) depende en gran medida del pH y las propiedades oxidativas de la ubicación. En la mayoría de los casos, Cr (III) es la especie dominante, pero en algunas áreas, el agua subterránea puede contener hasta 39 µg / L de cromo total, de los cuales 30 µg / L es Cr (VI).

Historia

Usos antiguos

Las puntas de bronce de las espadas y los pernos de ballesta que se encuentran en fosas funerarias que datan de finales del siglo III a. C., dinastía Qin del ejército de terracota cerca de Xi’an, China, muestran una inesperada escasa corrosión, posiblemente porque el bronce fue recubierto deliberadamente con una fina capa de óxido de cromo..

La capa de óxido que se encontró en las armas no era de cromo puro o cromado como se produce comúnmente hoy en día, sino una mera capa de 10–15 μm de moléculas de óxido de cromo con hasta 2% de cromo, aparentemente suficiente para proteger El bronce de la corrosión.Estudios recientes indican que la corrosión limitada no fue necesariamente causada por la aplicación deliberada de revestimiento de cromo, sino que la pintura aplicada en las piezas de madera puede haber sido un factor principal en la disminución de la corrosión.

Aplicaciones tempranas

Los minerales de cromo como pigmentos llamaron la atención de Occidente en el siglo XVIII. El 26 de julio de 1761, Johann Gottlob Lehmann encontró un mineral rojo anaranjado en las minas de Beryozovskoye en los Montes Urales, al que llamó plomo rojo siberiano. Aunque se identificó erróneamente como un compuesto de plomo con componentes de selenio y hierro, el mineral era de hecho crocoita con una fórmula de PbCrO 4.

En 1770, Peter Simon Pallasvisitó el mismo sitio que Lehmann y encontró un mineral de plomo rojo que se descubrió que poseía propiedades útiles como pigmento en pinturas. Después de Pallas, el uso del plomo rojo siberiano como pigmento de pintura comenzó a desarrollarse rápidamente en toda la región.

La crocoita sería la principal fuente de cromo en los pigmentos hasta el descubrimiento de la cromita muchos años después.

En 1794, Louis Nicolas Vauquelin recibió muestras de mineral de crocoita. Produjo trióxido de cromo (CrO 3 ) mezclando crocoita con ácido clorhídrico. En 1797, Vauquelin descubrió que podía aislar el cromo metálico calentando el óxido en un horno de carbón, por lo que se le atribuye el hecho de que realmente descubrió el elemento.

Vauquelin también fue capaz de detectar rastros de cromo en piedras preciosas, como el rubí y la esmeralda.

Durante el siglo XIX, el cromo se utilizó principalmente no solo como componente de pinturas, sino también en sales de bronceado. Durante bastante tiempo, el crocoite encontrado en Rusia fue la principal fuente de tales materiales de bronceado. En 1827, se descubrió un depósito de cromita más grande cerca de Baltimore, Estados Unidos, que rápidamente satisfizo la demanda de sales de bronceado de manera mucho más adecuada que la crocoita que se había utilizado anteriormente.

Esto convirtió a los Estados Unidos en el mayor productor de productos de cromo hasta el año 1848, cuando se descubrieron depósitos más grandes de cromita cerca de la ciudad de Bursa, Turquía.

El cromo también es famoso por su brillo metálico reflectante cuando se pule. Se utiliza como revestimiento protector y decorativo en piezas de automóviles, accesorios de fontanería, piezas de muebles y muchos otros artículos, generalmente aplicados por galvanoplastia. El cromo se usó para galvanoplastia ya en 1848, pero este uso solo se generalizó con el desarrollo de un proceso mejorado en 1924.

Producción

Aproximadamente 28.8 millones de toneladas métricas (Mt) de mineral de cromita comercializable se produjeron en 2013, y se convirtieron en 7.5 Mt de ferrocromio. Según John F. Papp, escribiendo para el USGS, «El ferrocromio es el principal uso final del mineral de cromita, el acero inoxidable es el principal uso final del ferrocromo».

Los mayores productores de mineral de cromo en 2013 han sido Sudáfrica (48%), Kazajstán (13%), Turquía (11%), India (10%) y varios otros países producen el resto del 18% de la producción mundial.

Los dos productos principales de la refinación de mineral de cromo son ferrocromio y cromo metálico. Para esos productos, el proceso de fundición de minerales difiere considerablemente. Para la producción de ferrocromio, el mineral de cromita (FeCr 2 O 4 ) se reduce a gran escala en hornos de arco eléctrico o en fundiciones más pequeñas con aluminio o silicio en una reacción aluminotérmica.

Para la producción de cromo puro, el hierro debe separarse del cromo en un proceso de tostado y lixiviación de dos pasos. El mineral de cromita se calienta con una mezcla de carbonato de calcio y carbonato de sodio en presencia de aire. El cromo se oxida a la forma hexavalente, mientras que el hierro forma el Fe 2 O 3 estable.

La lixiviación posterior a temperaturas elevadas más altas disuelve los cromatos y deja el óxido de hierro insoluble. El cromato se convierte por ácido sulfúrico en el dicromato.

4 FeCr 2 O 4 8 Na 2 CO 3 7 O 2 → 8 Na 2 CrO 4 2 Fe 2 O 3 8 CO 2

2 Na 2 CrO 4 H 2 SO 4 → Na 2 Cr 2 O 7 Na 2 SO 4 H 2 O

El dicromato se convierte en óxido de cromo (III) por reducción con carbono y luego se reduce en una reacción aluminotérmica al cromo.

Na 2 Cr 2 O 7 2 C → Cr 2 O 3 Na 2 CO 3 CO

Cr 2 O 3 2 Al → Al 2 O 3 2 Cr

Aplicaciones

La creación de aleaciones metálicas representa el 85% del uso de cromo disponible. El resto del cromo se usa en las industrias química, refractaria y de fundición.

Metalurgia

El efecto de fortalecimiento de la formación de carburos metálicos estables en los límites del grano y el fuerte aumento de la resistencia a la corrosión hicieron del cromo un material de aleación importante para el acero. Los aceros para herramientas de alta velocidad contienen entre 3 y 5% de cromo.

El acero inoxidable, la principal aleación metálica resistente a la corrosión, se forma cuando el cromo se introduce en el hierro en concentraciones suficientes, generalmente donde la concentración de cromo es superior al 11%. Para la formación de acero inoxidable, se agrega ferrocromo al hierro fundido.

Además, las aleaciones a base de níquel aumentan su resistencia debido a la formación de partículas de carburo metálico discretas y estables en los límites del grano. Por ejemplo, Inconel contiene 18,6% de cromo. Debido a las excelentes propiedades a alta temperatura de estas superaleaciones de níquel, se utilizan en motores a reacción y turbinas de gas en lugar de materiales estructurales comunes.

La relativa alta dureza y resistencia a la corrosión del cromo sin alear hace del cromo un metal confiable para el recubrimiento de superficies; sigue siendo el metal más popular para el recubrimiento de láminas con su durabilidad superior a la media en comparación con otros metales de recubrimiento.

Una capa de cromo se deposita sobre superficies metálicas pretratadas mediante técnicas de galvanoplastia. Hay dos métodos de deposición: delgado y grueso. La deposición delgada implica una capa de cromo por debajo de 1 µm de espesor depositada por cromado, y se utiliza para superficies decorativas.

Se depositan capas de cromo más gruesas si se necesitan superficies resistentes al desgaste. Ambos métodos usan cromato o dicromato ácidosoluciones Para evitar el cambio de consumo de energía en el estado de oxidación, se está desarrollando el uso de sulfato de cromo (III); Para la mayoría de las aplicaciones de cromo, se utiliza el proceso previamente establecido.

En el proceso de recubrimiento por conversión de cromato, las fuertes propiedades oxidativas de los cromatos se utilizan para depositar una capa protectora de óxido en metales como el aluminio, el zinc y el cadmio. Esta pasivación y las propiedades de autocuración del cromato almacenado en el recubrimiento de conversión de cromato, que puede migrar a defectos locales, son los beneficios de este método de recubrimiento.

Debido a las regulaciones ambientales y sanitarias sobre los cromatos, se están desarrollando métodos de recubrimiento alternativos.

El anodizado con ácido crómico (o anodizado tipo I) de aluminio es otro proceso electroquímico, que no conduce a la deposición de cromo, pero utiliza ácido crómico como electrolito en la solución. Durante la anodización, se forma una capa de óxido sobre el aluminio. El uso de ácido crómico, en lugar del ácido sulfúrico usado normalmente, conduce a una ligera diferencia de estas capas de óxido.

La alta toxicidad de los compuestos de Cr (VI), utilizados en el proceso de galvanoplastia de cromo establecido, y el fortalecimiento de las normas de seguridad y ambientales exigen la búsqueda de sustitutos para el cromo o al menos un cambio a compuestos de cromo (III) menos tóxicos.

Pigmento

El crocoita mineral (que también es cromato de plomo PbCrO 4 ) se utilizó como pigmento amarillo poco después de su descubrimiento. Después de que un método de síntesis estuvo disponible a partir del cromito más abundante, el amarillo de cromo fue, junto con el amarillo de cadmio, uno de los pigmentos amarillos más utilizados.

El pigmento no se fotodegrada, pero tiende a oscurecerse debido a la formación de óxido de cromo (III). Tiene un color fuerte y se utilizó para autobuses escolares en los Estados Unidos y para el Servicio Postal (por ejemplo, el Deutsche Post) en Europa. Desde entonces, el uso de amarillo de cromo ha disminuido debido a preocupaciones ambientales y de seguridad y fue reemplazado por pigmentos orgánicos u otras alternativas que están libres de plomo y cromo.

Otros pigmentos que se basan en el cromo son, por ejemplo, el tono profundo del pigmento rojo rojo cromo, que es simplemente cromato de plomo con hidróxido de plomo (II) (PbCrO 4 · Pb (OH) 2 ). Un pigmento de cromato muy importante, que se usó ampliamente en formulaciones de imprimación metálica, fue el cromato de zinc, ahora reemplazado por fosfato de zinc.

Se formuló una imprimación de lavado para reemplazar la práctica peligrosa de pretratar los cuerpos de los aviones de aluminio con una solución de ácido fosfórico. Esto usó tetroxicromato de zinc dispersado en una solución de polivinil butiral. Se añadió una solución al 8% de ácido fosfórico en disolvente justo antes de la aplicación.

Se descubrió que un Alcohol fácilmente oxidado era un ingrediente esencial. Se aplicó una capa delgada de aproximadamente 10-15 µm, que pasó de amarillo a verde oscuro cuando se curó. Todavía hay una pregunta sobre el mecanismo correcto. El verde de cromo es una mezcla de azul de Prusia y amarillo de cromo, mientras que el verde de óxido de cromo es óxido de cromo (III).

Los óxidos de cromo también se usan como pigmento verde en el campo de la fabricación de vidrio y también como esmalte para la cerámica. El óxido de cromo verde es extremadamente resistente a la luz y, como tal, se utiliza en revestimientos de revestimiento. También es el ingrediente principal en pinturas reflectantes infrarrojas, utilizadas por las fuerzas armadas para pintar vehículos y darles la misma reflectancia infrarroja que las hojas verdes.

Otros usos

Los iones de cromo (III) presentes en los cristales de corindón (óxido de aluminio) hacen que se coloreen de rojo; cuando el corindón aparece como tal, se lo conoce como rubí. Si el corindón carece de iones de cromo (III), se lo conoce como zafiro. También se puede lograr un rubí artificial de color rojo al dopar el cromo (III) en cristales de corindón artificial, haciendo que el cromo sea un requisito para la fabricación de rubíes sintéticos.

Tal cristal de rubí sintético fue la base del primer láser, producido en 1960, que se basaba en la emisión estimuladade luz de los átomos de cromo en tal cristal. Un láser de rubí tiene una duración de 694.3 nanómetros, en un color rojo intenso.

Debido a su toxicidad, las sales de cromo (VI) se utilizan para la preservación de la madera. Por ejemplo, el arseniato de cobre cromado (CCA) se utiliza en el tratamiento de la madera para proteger la madera de hongos en descomposición, insectos que atacan la madera, incluidas las termitas y los barrenadores marinos.

Las formulaciones contienen cromo basado en el óxido CrO 3 entre 35.3% y 65.5%. En los Estados Unidos, se usaron 65.300 toneladas métricas de solución de CCA en 1996.

Las sales de cromo (III), especialmente el alumbre de cromo y el sulfato de cromo (III), se utilizan en el curtido del cuero. El cromo (III) estabiliza el cuero entrecruzando las fibras de Colágeno. El cuero curtido con cromo puede contener entre 4 y 5% de cromo, que está fuertemente unido a las proteínas.

Aunque la forma de cromo utilizada para el curtido no es la variedad hexavalente tóxica, sigue habiendo interés en el manejo del cromo en la industria del curtido. La recuperación y la reutilización, el reciclaje directo / indirecto y el bronceado «sin cromo» o «sin cromo» se practican para gestionar mejor el uso de cromo.

La alta resistividad calor y alto punto de fusión hace que la cromita y óxido de cromo (III) un material para aplicaciones de refractarios de alta temperatura, como los altos hornos, cemento hornos, moldes para la cocción de ladrillos y como arenas de fundición para la fundición de metales. En estas aplicaciones, los materiales refractarios están hechos de mezclas de cromita y magnesita.

El uso está disminuyendo debido a las regulaciones ambientales debido a la posibilidad de la formación de cromo (VI).

Varios compuestos de cromo se utilizan como catalizadores para procesar hidrocarburos. Por ejemplo, el catalizador Phillips, preparado a partir de óxidos de cromo, se usa para la producción de aproximadamente la mitad del polietileno del mundo. Los óxidos mixtos de Fe-Cr se emplean como catalizadores de alta temperatura para la reacción de cambio de gas de agua.

El cromito de cobre es un catalizador de hidrogenación útil.

Usos de compuestos

El óxido de cromo (IV) (CrO 2 ) es un compuesto magnético. Su forma ideal de anisotropía, que imparte alta coercitividad y magnetización remanente, lo convirtió en un compuesto superior a γ-Fe 2 O 3. El óxido de cromo (IV) se utiliza para fabricar cintas magnéticas utilizadas en cintas de audio de alto rendimiento y casetes de audio estándar.

Se añaden cromatos a los lodos de perforación para evitar la corrosión del acero en condiciones húmedas.

El óxido de cromo (III) (Cr 2 O 3 ) es un esmalte metálico conocido como colorete verde.

El ácido crómico es un poderoso agente oxidante y es un compuesto útil para limpiar la cristalería de laboratorio de cualquier rastro de compuestos orgánicos. Se prepara disolviendo dicromato de potasio en ácido sulfúrico concentrado, que luego se utiliza para lavar el aparato. El dicromato de sodio a veces se usa debido a su mayor solubilidad (50 g / L frente a 200 g / L respectivamente).

El uso de soluciones de limpieza de dicromato ahora se ha eliminado debido a la alta toxicidad y las preocupaciones ambientales. Las soluciones de limpieza modernas son altamente efectivas y no contienen cromo.

El dicromato de potasio es un reactivo químico, utilizado como agente de valoración.

El alumbre de cromo es sulfato de potasio de cromo (III) y se usa como mordiente (es decir, un agente de fijación) para tintes en telas y en el curtido.

Rol biológico

Los efectos biológicamente beneficiosos del cromo (III) continúan siendo debatidos. Algunos expertos creen que reflejan respuestas farmacológicas más que nutricionales, mientras que otros sugieren que son efectos secundarios de un metal tóxico. La discusión se ve empañada por elementos de negatividad y ocasionalmente se vuelve amarga.

El cromo es aceptado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Como un oligoelemento por su papel en la acción de la insulina, una hormona crítica para el metabolismo y el almacenamiento de Carbohidratos, grasas y proteínas. Sin embargo, el mecanismo preciso de sus acciones en el cuerpo no se ha definido completamente, lo que deja en duda si el cromo es esencial para las personas sanas.

En contraste, el cromo hexavalente (Cr (VI) o Cr 6 ) es altamente tóxico y mutagénico cuando se inhala. La ingestión de cromo (VI) en el agua se ha relacionado con tumores estomacales y también puede causar dermatitis de contacto alérgica (ACD).

La Deficiencia de cromo, que implica una falta de Cr (III) en el cuerpo, o tal vez algún complejo, como el factor de tolerancia a la glucosa, es controvertida. Algunos estudios sugieren que la forma biológicamente activa del cromo (III) se transporta en el cuerpo a través de un oligopéptido llamado sustancia de unión al cromo de bajo peso molecular (LMWCr), que podría desempeñar un papel en la vía de señalización de la insulina.

El contenido de cromo de los alimentos comunes es generalmente bajo (1-13 microgramos por porción). contenido de cromo de comida varía ampliamente debido a las diferencias en el contenido mineral del suelo, temporada de crecimiento, planta de cultivar, y de la contaminación durante el procesamiento.

Además, el cromo (y el níquel ) se filtra en los alimentos cocinados en acero inoxidable, con el mayor efecto cuando los utensilios de cocina son nuevos. Los alimentos ácidos como la salsa de tomate que se cocinan durante muchas horas también exacerban este efecto.

Recomendaciones dietéticas

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Existe desacuerdo sobre el estado del cromo como nutriente esencial. Los departamentos gubernamentales de Australia, Nueva Zelanda, India, Japón y Estados Unidos consideran que el cromo es esencial mientras que la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), que representa a la Unión Europea, no lo hace.

La Academia Nacional de Medicina (NAM) actualizó los requisitos promedio estimados (EAR) y las cantidades dietéticas recomendadas (RDA) para el cromo en 2001. Para el cromo, no había información suficiente para establecer EAR y RDA, por lo que sus necesidades se describen como estimaciones para ingestas adecuadas(IAs).

La IA actual de cromo para mujeres de 14 a 50 años es de 25 μg / día, y la IA para mujeres de 50 años o más es de 20 μg / día. Las IA para las mujeres embarazadas son de 30 μg / día, y para las mujeres en período de lactancia, las IA establecidas son de 45 μg / día. Las IA para hombres de 14 a 50 años son de 35 μg / día, y las IA para hombres de 50 años o más son de 30 μg / día.

Para los niños de 1 a 13 años, los AI aumentan con la edad de 0.2 μg / día a 25 μg / día. En cuanto a la seguridad, el NAM establece niveles tolerables de Ingesta superior (UL) para Vitaminas y minerales cuando la evidencia es suficiente. En el caso del cromo, todavía no hay suficiente información y, por lo tanto, no se ha establecido UL.

Colectivamente, los EAR, RDA, AI y UL son los parámetros para el sistema de recomendación nutricional conocido como Ingesta de Referencia Dietética(DRI). Australia y Nueva Zelanda consideran que el cromo es un nutriente esencial, con una IA de 35 μg / día para los hombres, 25 μg / día para las mujeres, 30 μg / día para las mujeres embarazadas y 45 μg / día para las mujeres.

Quienes están lactando No se ha establecido un UL debido a la falta de datos suficientes. India considera que el cromo es un nutriente esencial, con una ingesta recomendada para adultos de 33 μg / día. Japón también considera que el cromo es un nutriente esencial, con una IA de 10 μg / día para los adultos, incluidas las mujeres embarazadas o en período de lactancia.

No se ha establecido un UL. La EFSA de la Unión Europeasin embargo, no considera que el cromo sea un nutriente esencial; El cromo es el único mineral por el cual los Estados Unidos y la Unión Europea no están de acuerdo.

Para los propósitos de etiquetado de suplementos alimenticios y dietéticos de los Estados Unidos, la cantidad de la sustancia en una porción se expresa como un porcentaje del Valor diario (% DV). Para fines de etiquetado de cromo, el 100% del valor diario fue de 120 μg. A partir del 27 de mayo de 2016, el porcentaje del valor diario se revisó a 35 μg para lograr un consenso en la ingesta de cromo con la cantidad diaria recomendada oficial.

La fecha límite original para cumplir era el 28 de julio de 2018, pero el 29 de septiembre de 2017, la Administración de Alimentos y Medicamentos publicó una regla propuesta que extendió la fecha límite al 1 de enero de 2020 para las grandes empresas y el 1 de enero de 2021 para las pequeñas empresas.

Fuentes alimenticias

Las bases de datos de composición de alimentos, como las que mantiene el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, no contienen información sobre el contenido de cromo de los alimentos. Una amplia variedad de alimentos de origen animal y vegetal contienen cromo. El contenido por porción está influenciado por el contenido de cromo del suelo en el que crecen las plantas y por los piensos alimentados a los animales;

También mediante métodos de procesamiento, ya que el cromo se lixivia en los alimentos si se procesa o cocina en equipos de acero inoxidable que contienen cromo. Un estudio de análisis de Dieta realizado en México informó una Ingesta diaria promedio de cromo de 30 microgramos. Se estima que el 31% de los adultos en los Estados Unidos consumen suplementos dietéticos multivitamínicos / minerales que a menudo contienen de 25 a 60 microgramos de cromo.

Suplementación

El cromo es un ingrediente en la nutrición parenteral total (NPT) porque la deficiencia puede ocurrir después de meses de alimentación intravenosa con NPT sin cromo. Por esta razón, se agrega cromo a las soluciones de TPN, junto con otros minerales traza. También se encuentra en productos nutricionales para bebés prematuros.

Aunque el mecanismo en las funciones biológicas para el cromo no está claro, en los Estados Unidos los productos que contienen cromo se venden como suplementos dietéticos sin receta en cantidades que varían de 50 a 1,000 μg. Cantidades más bajas de cromo también se incorporan a menudo en suplementos multivitamínicos / minerales consumidos por aproximadamente el 31% de los adultos en los Estados Unidos.Los compuestos químicos utilizados en los suplementos dietéticos incluyen cloruro de cromo, citrato de cromo, picolinato de cromo (III), polinicotinato de cromo (III) y otras composiciones químicas.

El beneficio de los suplementos no ha sido probado.

Declaraciones de propiedades saludables aprobadas y desaprobadas

En 2005, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Aprobó un Reclamo de salud calificado para el picolinato de cromo con el requisito de una redacción muy específica en la etiqueta: «Un pequeño estudio sugiere que el picolinato de cromo puede reducir el riesgo de resistencia a la insulina y, por lo tanto, posiblemente puede reducir el riesgo de diabetes tipo 2.

La FDA concluye, sin embargo, que la existencia de tal relación entre el picolinato de cromo y la resistencia a la insulina o la diabetes tipo 2 es muy incierta «. Al mismo tiempo, en respuesta a otras partes de la petición, la FDA rechazó los reclamos por picolinato de cromo y enfermedad cardiovascular, retinopatía o enfermedad renal causada por niveles anormalmente altos de azúcar en la sangre.En 2010, Health Canada aprobó el picolinato de cromo (III) para su uso en suplementos dietéticos.

Las declaraciones de etiquetado aprobadas incluyen: un factor en el mantenimiento de una buena salud, brinda apoyo para el metabolismo saludable de la glucosa, ayuda al cuerpo a metabolizar los carbohidratos y al cuerpo a metabolizar las grasas. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) aprobó declaraciones en 2010 de que el cromo contribuyó al metabolismo normal de los macronutrientes y al mantenimiento de la concentración normal de glucosa en sangre, pero rechazó las declaraciones de mantenimiento o logro de un peso corporal normal, o la reducción del cansancio o la fatiga.

Dada la evidencia de la deficiencia de cromo que causa problemas con el manejo de la glucosa en el contexto de los productos de nutrición intravenosa formulados sin cromo, el interés de la investigación se centró en si la suplementación con cromo beneficiaría a las personas que tienen diabetes tipo 2 pero no tienen deficiencia de cromo.

Al observar los resultados de cuatro metanálisis, uno informó una disminución estadísticamente significativa en los niveles de glucosa en plasma en ayunas (FPG) y una tendencia no significativa en la disminución de la hemoglobina A1C. Un segundo informó lo mismo, un tercero informó disminuciones significativas para ambas medidas, mientras que un cuarto no informó ningún beneficio para ninguno.Una revisión publicada en 2016 enumeró 53 ensayos clínicos aleatorios que se incluyeron en uno o más de seis metanálisis.

Llegó a la conclusión de que, si bien puede haber disminuciones moderadas en FPG y / o HbAC que alcanzan significación estadística en algunos de estos metanálisis, pocos de los ensayos lograron disminuciones lo suficientemente grandes como para ser relevantes para el resultado clínico.

Dos revisiones sistemáticas analizaron los suplementos de cromo como un medio para controlar el peso corporal en personas con sobrepeso y obesidad. Uno, limitado al picolinato de cromo, un ingrediente suplemento popular, informó una pérdida de peso de -1.1 kg (2.4 lb) estadísticamente significativa en ensayos de más de 12 semanas.

El otro incluía todos los compuestos de cromo e informó un cambio de peso estadísticamente significativo de -0.50 kg (1.1 lb). El cambio en el Porcentaje de grasa corporal no alcanzó significación estadística. Los autores de ambas revisiones consideraron la relevancia clínica de esta modesta pérdida de peso como incierta / poco confiable.

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentariarevisó la literatura y concluyó que no había pruebas suficientes para respaldar un reclamo.

El cromo se promueve como un suplemento dietético de rendimiento deportivo, basado en la teoría de que potencia la actividad de la insulina, con resultados anticipados de aumento de la masa muscular y una recuperación más rápida del almacenamiento de glucógeno durante la recuperación posterior al ejercicio.

Una revisión de ensayos clínicos informó que la suplementación con cromo no mejoró el rendimiento del ejercicio ni aumentó la fuerza muscular. El Comité Olímpico Internacional revisó los suplementos dietéticos para atletas de alto rendimiento en 2018 y concluyó que no era necesario aumentar la ingesta de cromo para los atletas, ni apoyar las afirmaciones de pérdida de grasa corporal.

Peces de agua dulce

El cromo está naturalmente presente en el medio ambiente en pequeñas cantidades, pero el uso industrial en la fabricación de caucho y acero inoxidable, cromado, tintes para textiles, curtiembres y otros usos contamina los sistemas acuáticos. En Bangladesh, los ríos dentro o aguas abajo de áreas industrializadas exhiben contaminación por metales pesados.

Los estándares de agua de riego para el cromo son 0.1 mg / L, pero algunos ríos son más de cinco veces esa cantidad. El estándar para peces para consumo humano es inferior a 1 mg / kg, pero muchas muestras analizadas fueron más de cinco veces esa cantidad.El cromo, especialmente el cromo hexavalente, es altamente tóxico para los peces porque se absorbe fácilmente a través de las branquias, entra fácilmente en la circulación sanguínea, cruza las membranas celulares y se bioconcentra en la cadena alimentaria.

En contraste, la toxicidad del cromo trivalente es muy baja, atribuida a la pobre permeabilidad de la membrana y poca biomagnificación.

La exposición aguda y crónica al cromo (VI) afecta el comportamiento, la fisiología, la reproducción y la supervivencia de los peces. Se ha informado de hiperactividad y natación errática en ambientes contaminados. La eclosión del huevo y la supervivencia de los alevines se ven afectados. En peces adultos hay informes de daño histopatológico al hígado, riñón, músculo, intestino y branquias.

Los mecanismos incluyen daño genético mutagénico e interrupciones de las funciones enzimáticas.

Existe evidencia de que los peces pueden no requerir cromo, pero se benefician de una cantidad medida en la dieta. En un estudio, los peces juveniles aumentaron de peso con una dieta de cero cromo, pero la adición de 500 μg de cromo en forma de cloruro de cromo u otros tipos de suplementos, por kilogramo de alimento (peso seco), aumentó el aumento de peso.

A 2.000 μg / kg, el aumento de peso no fue mejor que con la dieta de cromo cero, y hubo un aumento de las roturas de la cadena de ADN.

Precauciones

Los compuestos de cromo insolubles en agua (III) y el cromo metálico no se consideran un peligro para la salud, mientras que la toxicidad y las propiedades cancerígenas del cromo (VI) se conocen desde hace mucho tiempo. Debido a los mecanismos de transporte específicos, solo cantidades limitadas de cromo (III) ingresan a las células.

La toxicidad oral aguda varía entre 50 y 150 mg / kg. Una revisión de 2008 sugirió que la absorción moderada de cromo (III) a través de suplementos dietéticos no presenta ningún riesgo genético-tóxico. En los Estados Unidos, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha designado un límite de exposición permisible al aire (PEL) en el lugar de trabajo como un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de 1 mg / m 3.

LosEl Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 0,5 mg / m 3, promedio ponderado en el tiempo. El valor IDLH (inmediatamente peligroso para la vida y la salud) es de 250 mg / m 3.

Toxicidad por cromo (VI)

La toxicidad oral aguda para el cromo (VI) oscila entre 1,5 y 3,3 mg / kg. En el cuerpo, el cromo (VI) se reduce por varios mecanismos al cromo (III) que ya está en la sangre antes de que ingrese a las células. El cromo (III) se excreta del cuerpo, mientras que el ion cromato se transfiere a la célula mediante un mecanismo de transporte, por el cual también entran los iones sulfato y fosfato a la célula.

La toxicidad aguda del cromo (VI) se debe a sus fuertes propiedades oxidantes. Después de que llega al torrente sanguíneo, daña los riñones, el hígado y las células sanguíneas a través de reacciones de oxidación. Hemólisis, renaly resultado de insuficiencia hepática. La diálisis agresiva puede ser terapéutica.

La carcinogenicidad del polvo de cromato se conoce desde hace mucho tiempo, y en 1890 la primera publicación describió el riesgo elevado de cáncer de los trabajadores de una empresa de tintes de cromato. Se han propuesto tres mecanismos para describir la genotoxicidad del cromo (VI). El primer mecanismo incluye radicales hidroxilo altamente reactivos y otros radicales reactivos que son subproductos de la reducción de cromo (VI) a cromo (III).

El segundo proceso incluye la unión directa de cromo (V), producido por reducción en la célula, y compuestos de cromo (IV) al ADN. El último mecanismo atribuyó la genotoxicidad a la unión al ADN del producto final de la reducción de cromo (III).

Las sales de cromo (cromatos) también son la causa de reacciones alérgicas en algunas personas. Los cromatos se utilizan a menudo para fabricar, entre otras cosas, productos de cuero, pinturas, cemento, mortero y anticorrosivos. El contacto con productos que contienen cromatos puede provocar dermatitis de contacto alérgica y dermatitis irritante, lo que resulta en ulceración de la piel, a veces denominada «úlceras de cromo».

Esta condición a menudo se encuentra en trabajadores que han estado expuestos a soluciones fuertes de cromato en fabricantes de galvanoplastia, bronceado y productores de cromo.

Cuestiones ambientales

Debido a que los compuestos de cromo se usaron en tintes, pinturas y compuestos de curtido de cuero, estos compuestos a menudo se encuentran en el suelo y el agua subterránea en sitios industriales activos y abandonados, que necesitan limpieza y remediación ambiental. La pintura de imprimación que contiene cromo hexavalente todavía se usa ampliamente para aplicaciones de restauración de automóviles y aeroespaciales.

En 2010, el Grupo de Trabajo Ambiental estudió el agua potable en 35 ciudades estadounidenses en el primer estudio a nivel nacional. El estudio encontró cromo hexavalente medible en el agua del grifo de 31 de las ciudades muestreadas, con Norman, Oklahoma, en la parte superior de la lista; 25 ciudades tenían niveles que excedían el límite propuesto de California.

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