¿Qué es el cromo?
El cromo (Cr) es un elemento químico del grupo 6 (VIB) de la tabla periódica. Anualmente se producen toneladas de este metal mediante su extracción del mineral cromita de hierro o de magnesio (FeCr2O4, MgCr2O4), los cuales se reducen con carbón para obtener el metal. Es muy reactivo, y solo en condiciones muy reductoras se encuentra en su forma pura.
Sus minerales y óxidos, así como una porción diminuta de cobre metálico, hacen que este elemento ocupe el número 22 de los más abundantes de la corteza terrestre.
La química del cromo es muy diversa debido a que puede formar enlaces con casi toda la tabla periódica entera. Cada uno de sus compuestos exhibe colores que dependen del número de oxidación, así como de las especies que interaccionen con él.
Asimismo, forma enlaces con el carbono, interviniendo en un gran número de compuestos organometálicos.
Características y propiedades del cromo
El cromo es un metal plateado en su forma pura, con el número atómico 24 y un peso molecular de aproximadamente 52 g/mol (52Cr, su isótopo más estable).
Dados sus fuertes enlaces metálicos, presenta puntos de fusión (1907 ºC) y ebullición (2671 ºC) altos. Asimismo, su estructura cristalina hace de él un metal muy denso (7.19 g/mL).
No reacciona con el agua para formar hidróxidos, pero sí con los ácidos. Se oxida con el oxígeno del aire produciendo generalmente óxido crómico, el cual es un pigmento verde muy utilizado.
Estas capas de óxido crean lo que se conoce como pasivación, protegiendo el metal de posteriores corrosiones, ya que el oxígeno no puede penetrar el seno metálico.
Su configuración electrónica es [Ar]4s13d5, con todos los electrones desapareados, y por lo tanto, exhibe propiedades paramagnéticas. Sin embargo, el apareamiento de los espines electrónicos puede ocurrir si se somete el metal a bajas temperaturas, adquiriendo otras propiedades, como el antiferromagnetismo.
Estructura química del cromo
¿Cuál es la estructura del metal cromo? En su forma pura, el cromo adopta una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (cc o bcc, por sus siglas en inglés). Esto significa que el átomo de cromo se ubica en el centro de un cubo, cuyas aristas son ocupadas por otros cromos (como en la imagen superior).
Esta estructura es responsable de que el cromo posea altos puntos de fusión y de ebullición, así como una gran dureza. Los átomos de cobre solapan sus orbitales s y d para formar bandas de conducción de acuerdo a la teoría de bandas.
Así, ambas bandas se encuentran llenas a la mitad porque su configuración electrónica es [Ar]4s13d5, y como el orbital s, puede albergar dos electrones, y los orbitales d diez. Entonces, solo la mitad de las bandas formadas por sus solapamientos se encuentran ocupadas por los electrones.
Con estas dos perspectivas -la estructura cristalina y el enlace metálico-, pueden explicarse en teoría muchas de las propiedades físicas de este metal. Sin embargo, ninguna de las dos explica por qué el cromo puede tener varios estados o números de oxidación.
Para esto haría falta una profunda comprensión de la estabilidad del átomo respecto a los espines electrónicos.
Número de oxidación del cromo
Debido a que la configuración electrónica del cromo es [Ar]4s13d5 puede ganar hasta uno o dos electrones (Cr1– y Cr2–), o ir perdiéndolos para adquirir diferentes números de oxidación.
Así, si el cromo pierde un electrón, quedaría como [Ar]4s03d5; si pierde tres, [Ar]4s03d3; y si los pierde todos, [Ar], o lo que es igual, sería isoelectrónico al argón.
El cromo no pierde ni gana electrones por mero capricho: tiene que existir una especie que los done o los acepte para ir pasando de un número de oxidación a otro.
El cromo tiene los siguientes números de oxidación: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 y +6. De ellos el +3, Cr3+, es el más estable y por tanto, el predominante de todos; seguido del +6, Cr6+.
Usos del cromo
Como colorante o pigmento
El cromo presenta una amplia gama de aplicaciones, desde colorante para distintos tipos de telas, hasta el protector que embellece las piezas metálicas, en lo que se conoce como cromado, el cual puede hacerse con el metal puro, o con compuestos de Cr(III) o Cr(VI).
El fluoruro crómico (CrF3), por ejemplo, se utiliza como colorante para los paños de lana; el sulfato crómico (Cr2(SO4)3), se destina para colorear esmaltes, cerámicas, pinturas, tintas, barnices, y también sirve para cromar los metales; y el óxido crómico (Cr2O3) también encuentra uso donde se requiera su atractivo color verde.
Por lo tanto, cualquier mineral de cromo con colores intensos puede estar destinado para teñir una estructura, pero tras ello surge el hecho de si dichos compuestos son peligrosos o no para el medioambiente o para la salud de los individuos.
De hecho, sus propiedades venenosas se aprovechan para conservar la madera y otras superficies del ataque de insectos.
En el cromado o en la metalurgia
Asimismo, se agregan cantidades pequeñas de cromo al acero para fortalecerlo frente a la oxidación y para mejorar su brillo. Esto se debe a que es capaz de formar carburos grisáceos (Cr3C2) muy resistentes a la hora de reaccionar con el oxígeno del aire.
Debido a que el cromo puede pulirse hasta obtener superficies brillantes, los cromados presentan entonces diseños y colores plateados como una alternativa más económica para estos fines.
Nutricionales
Algunos debaten si puede considerarse el cromo como un elemento esencial, esto es, indispensable en la dieta diaria. Está presente en algunos alimentos en muy pequeñas concentraciones, como las hojas verdes y los tomates.
Asimismo, existen suplementos proteicos que regulan la actividad de la insulina y favorecen el crecimiento muscular, como es el caso del polinicotinato de cromo.
¿Dónde se encuentra el cromo?
El cromo se encuentra en una variedad grande de minerales y gemas, como los rubíes y las esmeraldas. El principal mineral de donde se extrae el cromo es la cromita (MCr2O4), donde M puede ser cualquier otro metal con el que esté asociado el óxido de cromo. Estas minas abundan en Suráfrica, en la India, Turquía, Finlandia, Brasil y otros países.
Cada fuente posee uno o más variantes de cromita. De esta manera, por cada M (Fe, Mg, Mn, Zn, etc.) surge un mineral de cromo distinto.
Para extraerse el metal es necesario reducir el mineral, es decir, hacer que el centro metálico de cromo gane electrones por acción de un agente reductor. Esto se hace con carbono o aluminio:
FeCr2O4 + 4C => Fe + 2Cr + 4CO
Asimismo, se encuentra la cromita (PbCrO4).
Por lo general, en cualquier mineral donde el ion Cr3+ pueda sustituir al Al3+, ambos con radios iónicos ligeramente similares, constituye una impureza que resulta en otra fuente natural de este asombroso pero nocivo metal.
Referencias
- Tenenbaum E. Chromium. Tomado de: chemistry.pomona.edu
- Chemistry LibreTexts. Chemistry of Chromium. Tomado de: chem.libretexts.org
- Chromium. Tomado de: chemistryexplained.com