クロム

クロム: chromium [ˈkroʊmiəm]: Chrom [ˈkroːm]: chromium: )は原子番号24の元素元素記号Crクロム族元素のひとつ。

バナジウム クロム マンガン
-

Cr

Mo
24Cr
外見
銀白色
一般特性
名称, 記号, 番号 クロム, Cr, 24
分類 遷移金属
, 周期, ブロック 6, 4, d
原子量 51.9961(6) 
電子配置 [Ar] 3d5 4s1
電子殻 2, 8, 13, 1(画像)
物理特性
固体
密度室温付近) 7.19 g/cm3
融点での液体密度 6.3 g/cm3
融点 2180 K, 1907 °C, 3465 °F
沸点 2944 K, 2671 °C, 4840 °F
融解熱 21.0 kJ/mol
蒸発熱 339.5 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 23.35 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 1656 1807 1991 2223 2530 2942
原子特性
酸化数 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2
(酸性酸化物)
電気陰性度 1.66(ポーリングの値)
イオン化エネルギー 第1: 652.9 kJ/mol
第2: 1590.6 kJ/mol
第3: 2987 kJ/mol
原子半径 128 pm
共有結合半径 139±5 pm
その他
結晶構造 体心立方
磁性 反強磁性 (rather: SDW[1])
34.85 K
電気抵抗率 (20 °C) 125 nΩ·m
熱伝導率 (300 K) 93.9 W/(m·K)
熱膨張率 (25 °C) 4.9 µm/(m·K)
音の伝わる速さ
(微細ロッド)
(20 °C) 5940 m/s
ヤング率 279 GPa
剛性率 115 GPa
体積弾性率 160 GPa
ポアソン比 0.21
モース硬度 8.5
ビッカース硬度 1060 MPa
ブリネル硬度 1120 MPa
CAS登録番号 7440-47-3
主な同位体
詳細はクロムの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
50Cr 4.345% > 1.8×1017 y εε - 50Ti
51Cr syn 27.7025 d ε - 51V
γ 0.320 -
52Cr 83.789% 中性子28個で安定
53Cr 9.501% 中性子29個で安定
54Cr 2.365% 中性子30個で安定

名称

1797年、酸化状態によってさまざまな色を呈することからギリシャ語χρωμα(chrōma、色)にちなんでルネ=ジュスト・アユイにより命名された。別名クロミウム

性質

クロムは銀白色の金属で硬く、融点は1,907℃、沸点は2,671℃(ほかに融点に関しては1,857℃、沸点に関しては2,200℃、2,690℃という値がある)[2]。ネール点は34.85℃。

クロムには3つの同素体(α、β、γ)があり、それぞれの結晶構造は体心立方格子、立方最密充填構造、六方最密充填構造である。

歴史

1797年フランスルイ=ニコラ・ヴォークランによってシベリア産の紅鉛鉱(クロム酸鉛、PbCrO4)から発見された。ヴォークランはこの翌年(1798年ルビーが赤いこと、エメラルドが緑色であることについて、クロムが不純物として入っているためであることを発見した。

かつて、兵馬傭坑より出土した青銅の剣や矛・戟・弓矢からクロムが検出されたこと、またそれらの多くに錆びた痕跡がないことから、代にクロムによる耐食加工技術が用いられていたという説が唱えられていたが[3]、2019年の調査によって、クロムは兵士像に塗布されていた塗料由来のものであり、耐食加工の痕跡ではないことが明らかにされた [4]

用途

金属としての利用は、光沢があること、硬いこと、耐食性があることを利用するクロムメッキとしての用途が大きい。また、鉄とニッケルと10.5パーセント以上のクロムを含む合金フェロクロム)はステンレス鋼と呼ぶ。ステンレス鋼ではクロムが不動態皮膜を形成し、ほとんどを生じないため車両機械といった重工業製品から流し台包丁などの台所用品まで幅広い用途がある。

この金属は産業上、重要性が高いものの、産出地に偏りがあり供給構造が脆弱である。日本では、国内で消費される鉱物資源の多くが他国からの輸入で賄われている実情から、万一の国際情勢の急変に対する安全保障策として、国内消費量の最低60分を国家備蓄すると定められている。

必須元素としてのクロム

インスリンが体内でレセプターと結合するのを助ける働きをしている耐糖因子を構成する材料となる3価のクロムが体内で不足すると、糖代謝の異常が起こり糖尿病の発症に至る可能性があることが明らかにされている。この方面の研究によって、人間にとって必須の栄養素であることがわかってきた。

1日の必要量は50 - 200 µg。クロムを多く含む食品は、ビール酵母レバーエビ、未精製の穀類豆類キノコ類黒胡椒などである。

もともとクロムは体内に吸収されにくいミネラルであるが、穀物を精製するとクロムが大幅に失われてしまう問題が存在する。小麦粉の場合、精白すると98パーセントのクロムが失われ、を精米すると92パーセントのクロムが失われるとされている。そのため、体内へのクロム吸収率の向上を図ったサプリメントなども開発・販売されている。

クロムの毒性

クロム単体および3価のクロムには毒性が知られていない。ステンレスなどの工業製品として出回っているものの中に含まれているクロムは毒性を持たない。3価のクロムは人体の必須栄養素でもある。

6価のクロム化合物(六価クロム)はきわめて毒性が高い。かつては六価クロムをメッキ用途として使うことが多かったが、土壌汚染を起こすなどでしばしば問題視され、亜鉛メッキ上のクロメート処理では使われなくなってきているが、クロムメッキでは酸化クロム(VI)を使用したメッキ液が主流である。また、たばこに含まれる発がん性物質としても知られる。

4価のクロム化合物はWHOの下部機関IARCより発癌性があると(Type1)勧告されている。

RoHS規制物質としてのクロム

EU-RoHSにおいては6価クロムの濃度を1,000ppm以下に抑えること、中国版RoHSにおいては意図的添加、処理を対象としている。検出方法としてはジフェニルカルバジド法を用いる。これは6価クロムが1,5-ジフェニルカルボノヒドラジドと酸性溶液中で反応してクロム‐ジフェニルカルバゾン錯体を形成することを利用したもので、紫外可視分光光度計を用いて吸光度を測定し、濃度を求める。この際、共存元素(3価、5価バナジウム、6価モリブデン)の影響を受ける。

クロムの化合物

五重結合状態のクロム化合物を化学構造式で表現した図

同位体

国別の産出量

2019年における国別の産出量は以下の通りである[5]

順位クロム鉱の産出量(千トン)
1 南アフリカ共和国 17,000
2 トルコ 10,000
3 カザフスタン 6,700
4 インド 4,100
5 フィンランド 2,200
6 その他 4,000

出典

  1. Fawcett, Eric (1988). “Spin-density-wave antiferromagnetism in chromium”. Reviews of Modern Physics 60: 209. Bibcode: 1988RvMP...60..209F. doi:10.1103/RevModPhys.60.209.
  2. クロム生産量(国別) 資源について
  3. Terracotta Warriors (Terracotta Army)”. China Tour Guide. 2020年9月24日閲覧。
  4. Martinón-Torres, Marcos (4 April 2019). “Surface chromium on Terracotta Army bronze weapons is neither an ancient anti-rust treatment nor the reason for their good preservation”. Scientific Reports 9 (1): 5289. doi:10.1038/s41598-019-40613-7. PMC: 6449376. PMID 30948737. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6449376/.
  5. USGS クロムの統計と情報2020年版

関連項目

外部リンク

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