L’élément de numéro atomique 24 se nomme chrome, dont le symbole est Cr. Il est classé comme un métal de transition dans sa forme élémentaire.
Le chrome est classé parmi les métaux de transition, et occupe la période 4 et le groupe 6 du tableau périodique des éléments. Plus précisément, il fait partie du groupe VI B ou famille chimique du chrome, qui comprend également le tungstène (W) et le molybdène (Mo). Ces trois éléments sont classés dans le sixième groupe secondaire du tableau périodique.
Les métaux de transition tels que le chrome, le molybdène et le tungstène présentent des propriétés physiques particulières, notamment des points de fusion élevés, une faible pression de vapeur et un coefficient de dilatation thermique peu élevé. À la surface de ces métaux, une couche d’oxyde se forme à température ambiante, ce qui empêche souvent les réactions chimiques destructrices. Par conséquent, ces métaux sont stables face aux bases et aux oxydants faibles. Cependant, lorsque ces métaux sont exposés à des milieux basiques fondus, ils subissent une métamorphose en ions chromates, tungstanates et molybdates. Ces composés sont généralement colorés et peuvent être utilisés comme pigments inorganiques. Les carbures de ces métaux sont connus pour leur grande dureté, tandis que leurs sulfures ont un arrangement stratifié et sont thermiquement stables, ce qui les rend utiles comme lubrifiants. Les alliages de ces métaux avec le fer sont particulièrement courants dans la production des équipements métalliques, notamment les outils en acier.
La quantité naturelle de chrome est cinquante fois supérieure à celle du tungstène, tandis que le molybdène est légèrement moins courant, avec une différence d’environ 15 %.
On peut présumer que les états d’oxydation du chrome se situent entre I et VI, étant donné que sa structure électronique est [Ar] 3d5 4s1.
Louis-Nicolas Vauquelin a identifié à la fois l’élément chimique et le corps simple en analysant le plomb rouge de Sibérie, également connu sous le nom de crocoïte ou chromate de plomb et Cr PbO.CrO3. En tant que minéralogiste expérimenté, D. Lehmann, ingénieur des mines et directeur des collections d’histoire naturelle à Saint-Pétersbourg, a décrit l’espèce minérale en 1766 et envoyé ce minerai à Louis-Nicolas Vauquelin.
Le nom de l’élément tire son origine du mot grec étymon χρὣμα ou khrôma, ou du mot latin chroma, qui signifient tous deux « couleur » ou « couleurs vives », en raison de la variété que peuvent présenter les composés du chrome familiers aux chimistes. Ces derniers peuvent présenter une large gamme de couleurs, telles que le carmin foncé pour le trioxyde CrO3, le vert pour le sesquioxyde Cr2O3, l’orange pour le dichromate de sodium Na2Cr2O7 et d’autres oxydes mixtes.
Une étude a été menée sur des flèches découvertes dans les tombes du Mausolée de l’empereur Qin, situé près de Xi’an, en Chine. Ces flèches remontent à la fin du IIIe siècle avant notre ère. Les chercheurs ont également examiné des carreaux d’arbalètes anciens et des épées en bronze, qui, malgré leur âge de plus de 2 000 ans, ne présentent aucun signe d’altération. Ceci s’explique par la présence d’un revêtement de chrome sur le bronze.
Au XVIIIe siècle, le chrome fut découvert en Occident :
Au cours de l’année 1761, Johann Gottlob Lehmann a découvert un minerai rouge-orangé dans les montagnes de l’Oural. Il lui a donné le nom de « plomb rouge de Sibérie ». Bien que ce minerai ait été mal identifié au départ comme étant un composé de plomb avec du sélénium et du fer, il s’est avéré être un chromate de plomb (PbCrO4).
Au cours de l’année 1770, Peter Simon Pallas s’est rendu sur le même site que Lehmann et a découvert un minerai rouge qu’il a identifié comme étant du « plomb ». Ce minerai a été rapidement utilisé comme pigment dans les peintures. L’utilisation du plomb rouge sibérien en tant que colorant s’est rapidement répandue, et la couleur jaune vif produite à partir de la crocoïte n’a pas tardé à gagner en popularité.
En 1797, Louis-Nicolas Vauquelin a reçu plusieurs spécimens de minerai de crocoïte. Il a réussi à obtenir de l’oxyde de chrome (CrO3) en ajoutant de l’acide chlorhydrique à la chromite. Un an plus tard, en 1798, Vauquelin a trouvé que le chrome métallique pouvait être isolé en chauffant l’oxyde avec du charbon actif dans un four à vent.
2 Cr2O3 solide + 3 C charbon actif → 4 Cr masse de chrome métal + 3 CO2 gaz carbonique
Concrètement, lors de la réaction chimique, le chauffage est réalisé dans un creuset recouvert de chaux vive CaO. Si le gaz carbonique ou le dioxyde de carbone n’est pas relâché, il est absorbé par la chaux sous forme de carbonate de calcium CaCO3.
Les pierres précieuses telles que les rubis et les émeraudes peuvent contenir des traces de chrome. Ce chimiste français a mis au point une technique élaborée pour les détecter. Cette méthode a été rapidement adoptée par les chimistes-minéralogistes pour différencier les minéraux contenant du chrome. Ultérieurement, ce procédé a permis l’obtention de nouveaux minéraux qui étaient auparavant inconnus, incluant ceux qui contiennent de l’élément béryllium.
En collaboration avec son collègue Laugier, il a prouvé que les météorites contiennent cette substance qui est retrouvée dans quasiment toutes les météorites.
Au XVIIIe siècle, le chrome était généralement employé comme colorant pour la peinture, notamment sous la forme de jaune de chrome PbCrO4. Cependant, la base de la chimie primitive du chrome était le dichromate de potassium.
Initialement, la crocoïte originaire de Russie était la seule source de chrome. Cependant, en 1827, un vaste gisement chromite de fer FeCr2O4 ou FeO.Cr2O3 a été retrouvé près de Baltimore, aux États-Unis. À partir de cette période, ces derniers sont devenus le plus grand fournisseur de substance chromée, jusqu’à ce qu’une autre importante réserve de chromite soit identifiée près de Bursa, en Turquie, en 1848.
Au milieu du XIXe siècle, le sulfate de chrome a été utilisé pour accélérer le traitement des peaux pour les transformer en cuirs, tout en leur assurant une bonne protection à l’humidité. Les chimistes ont commencé à comprendre que les complexes minéraux de l’ion chrome, en association avec le collagène ou les composés organiques des cuirs et des peaux, créaient des configurations plus ou moins stables.
L’utilisation de l’alun de chrome potassique et ammonié dans l’usine des traitements de cuir est à l’origine de la pollution des eaux. Il en va de même pour le secteur textile qui l’emploie comme mordant. La filière céramique qui nécessite un pigment ou une configuration réfractaire à base de chrome est également concernée.
Depuis 1848, le chrome est employé dans le procédé de galvanoplastie. Cette technique permet de déposer une fine couche de chrome sur une surface métallique, comme de l’acier, offrant ainsi une protection à la fois esthétique et fonctionnelle. Lorsque cette surface est polie et lustrée, le chrome apporte un bel effet éclatant. Le revêtement chromé était déjà connu durant la Belle Époque, mais sa réalisation restait coûteuse. Toutefois, cette technique s’est développée grâce à des améliorations en 1924, avant de devenir largement répandue dans les années 1940.
Le chromage, qui consiste à employer le métal chrome comme une enveloppe protectrice et décoratrice de divers objets, commence à se propager dans les années 1920. Cette technique, généralement réalisée par galvanoplastie, est mise en œuvre pour décorer des parties de voiture, des jouets en plomb, des meubles et bien d’autres éléments. Elle est mise en avant grâce aux travaux du chimiste américain Collin G. Finck (1881-1953) de l’université Columbia et aux réalisations spectaculaires du dessinateur industriel Harley Earl (1893-1969). Le chromage gagne en notoriété à partir des années 1920. Il est adopté pour créer des grille-pain, des ailerons de voiture ainsi que de nombreuses pièces automobiles ou industrielles.
Les chimistes ont réalisé dès les années 1870 que l’ajout d’une petite quantité de ferrochrome à l’acier le rendait robuste.
Les aciers inoxydables sont constitués d’au moins 13 % de chrome en masse, ce qui les rend peu coûteux à produire, résistants à la corrosion et moins sujets à l’écaillage. Ces types d’aciers sont utilisés dans une variété d’applications, allant des couverts de table aux équipements chirurgicaux, en passant par des matériaux de blindage, ainsi que des tôles spéciales, telles que les revêtements de bar. Au début du XXIe siècle, la majeure partie de l’utilisation de l’acier inoxydable, soit environ 85 % en masse, était dans la fabrication d’alliages métalliques, tandis que le reste était exploité par l’industrie chimique.
La production industrielle de métal non-allié à grande échelle n’a été mise en place qu’en 1898, soit bien après l’utilisation courante du ferrochrome pour les aciers inoxydables.
Les « chromites », qui possèdent une configuration cristalline stable, un coefficient de dilatation thermique raisonnable ainsi qu’un seuil de fusion élevé, sont employées dans la fabrication des matériaux réfractaires.
Dès 1797, le chimiste Vauquelin suggère les termes « chromique » et « chromate » pour décrire l’élément chimique et corps simple métal chromé. En 1800, le terme neutre « das Chrom » est approuvé dans la langue allemande, tiré du français. L’anglais, quant à lui, conserve une nomenclature latine avec « chromium ».
Le terme « chromate » fait référence à un sel de l’acide chromique. Depuis son origine, le « chromate rouge » est le bichromate de potassium, distinct du « chromate jaune » de potassium.
Dès 1808, Georges Cuvier a introduit l’adjectif « chromaté » pour qualifier un matériau ou une matière fabriqué à base ou recouvert de chrome. Le verbe « chromer », qui voulait dire « recouvrir un autre métal avec du métal chrome pour le protéger », puis « tanner un cuir à l’alun de chrome », a été inventé au XIXe siècle. Par conséquent, l’adjectif « chromé » peut avoir un sens ambigu, car il peut qualifier des matériaux tels que l’acier ou le cuir. Cependant, les adjectifs « chromé » et « chromaté » sont devenus synonymes et désignent tous deux un matériau comprenant du chrome ou revêtu de chrome. Les verbes « chromer » et « chromater » signifient aussi, dans un sens chimique, « combiner avec du chrome ».
Le terme « chromifère » est employé pour désigner une substance ou un matériau qui contient du chrome, principalement d’origine minérale, parfois organique sous forme de molécule ou de composé.
Le chrome est constitué de 26 isotopes, ayant un nombre de masse variant de 42 à 67, ainsi que deux nucléides isomères. Parmi eux, quatre isotopes, 50Cr, 52Cr, 53Cr et 54Cr, sont stables et représentent la totalité du chrome présent dans la nature. L’isotope 52Cr est le plus retrouvé, représentant 83,789 % d’abondance relative dans la nature. La masse atomique standard du chrome est d’environ 51,996 1 u, se rapprochant de la masse isotopique de 52Cr. Bien que sa transformation radioactive bêta double (β+β+) de l’isotope 50Cr en 50Ti avec une demi-vie d’au moins 1,3 × 1018 années soit suspectée, cette désintégration n’a jamais été constaté jusqu’à présent.
Le chrome est un élément de transition qui n’est pas considéré comme rare, bien qu’il soit parfois modérément abondant dans la croûte terrestre. Le taux de concentration du chrome dans la croûte terrestre, appelé Clarke, est estimé à environ 100 à 200 grammes par tonne. Dans les roches magmatiques ultrabasiques, la concentration en chrome est plutôt considérable. Il se présente sous forme de minéraux tels que la chromite et la picotite, avec des concentrations pouvant atteindre 1 600 grammes par tonne. Des minéralogistes chinois ont identifié la présence de chrome métal natif dans ces mêmes roches ultrabasiques.
Les minéraux silicates, tels que la muscovite (ou « mica blanc »), le pyroxène, l’épidote, le chlorite ainsi que le grenat ouwarite, sont couramment associés à des traces de chrome pur. Les nuances étincelantes des rubis et des émeraudes, qu’elles soient naturelles ou artificielles, proviennent fréquemment d’oxydes ou de composés de chrome qui ne sont que des altérations présentes dans le corindon. Les verres peuvent être colorés en vert émeraude par des ions chromes trivalents, tandis que l’oxyde Cr2O3 est responsable de la couleur rouge du corindon des rubis.
Le chrome est obtenu à partir d’exploitation minière contenant de la chromite FeCr2O4, présente dans des roches comme les dunites et les serpentines. Autrefois appelé « fer chromé » ou « chromite de fer » par les minéralogistes et les chimistes, le chrome était décrit comme un « oxyde salin naturel », qui est toujours considéré comme le gisement primaire du chrome.
Au début des années 1990, la production annuelle de chromite atteignait 7 millions de tonnes, faisant de cette matière première le principal gisement de chrome exploité par l’industrie minière. La crocoïte, qui est à la base d’une autre exploitation minière de chrome, est, quant à elle, peu employée en réalité.
Il convient de noter que la formule brute d’oxyde mixte FeO.Cr2O3 ne décrit pas correctement la composition de la chromite, principal minerai de chrome. En effet, le coefficient stœchiométrique de Cr/Fe, de l’ordre de 2, peut facilement diminuer jusqu’à un seuil de faisabilité de 1/5. Cela nécessite donc une séparation gravimétrique, souvent effectuée en partie manuellement.
Environ la moitié de la production mondiale de chromite provient d’Afrique du Sud. Cependant, d’autres pays comme la Russie, la Turquie, le Kazakhstan, l’Inde, le Zimbabwe, l’Albanie, la Finlande et Madagascar sont également des fournisseurs importants. Les gisements de chromite sont significatifs, mais retrouvés géographiquement, avec une forte concentration, en Afrique du Sud (environ 70 %), au Kazakhstan et en Russie (environ 20 % pour les deux), mais également en Turquie, en Iran, aux États-Unis, aux Philippines et en Finlande.
La chromite est utilisée pour la production de divers fers chromés FeCr, qui varient en termes de pureté, caractérisés par leur concentration en carbone C résiduelle et leur pourcentage en chrome Cr, allant de 52 % à 75 % en masse. Pour obtenir ces ferrochromes, il est nécessaire de chauffer le minerai purifié de fer chromé, possédant généralement au maximum 40 % en masse de Cr2O3, en présence de carbone, à une température comprise entre 1 500 et 1 600 °C. Les adjuvants, qui sont à base de calcaire et de quartzite, sont utilisés pour réduire les niveaux de températures requises.
FeO.Cr2O3 solide minerai chromite de fer + 4 C charbon → 2 Cr + Fe masse solide inséparable de ferrochrome + 4 CO gaz monoxyde de carbone
En général, on peut distinguer au moins trois types de fer chromé issus de diverses méthodes :
Ce solide cristallin métallique est de couleur blanche nuancée de bleu, avec un éclat étincelant, pouvant prendre une teinte gris acier-argenté, gris bleuâtre, gris blanc ou blanc bleuté. Il est dur et ne s’oxyde pas à l’air, affichant une densité d’environ 7,1. Le chrome forme un réseau métallique cubique centré, avec des atomes qui génèrent une « mer de Fermi » en interaction avec les électrons de valence non liés. Dans cette configuration, le rayon de l’atome de Bohr est d’environ 1,249 Å et les cristaux ont une forme de figure géométrique à huit faces régulières. Bien que le chrome métallique soit aussi ferme que le corindon, il est cependant déformable, mais des altérations dispersées dans sa composition peuvent le rendre fragile.
La présence d’altérations à faible concentration rend sa surface ferme, mais également fragile. Toutefois, un polissage permet de produire une surface étincelante et tenace.
Le chrome a une capacité de conduction électrique d’environ 11 % IACS en comparaison avec le cuivre naturel. Il possède également un magnétisme à une température de -15 °C.
Sa température de fusion se situe autour de 1 905 °C, tandis que son point d’ébullition est supérieur à 2 670 °C.
Lorsqu’il est chauffé à haute température, le chrome élémentaire subit une oxydation pour former du sesquioxyde de chrome Cr2O3 vert, qui est considéré comme l’oxyde de chrome le plus équilibré.
2 Cr chrome métal chauffé au rouge à l’air + 3/2 O2 → Cr2O3 solide
Le chrome est un métal qui possède une couleur argentée et ne subit pas d’oxydation à température ambiante lorsqu’il est exposé à l’air. De plus, il est équilibré en présence d’eau. Cependant, les données thermodynamiques montrent que le chrome sous sa forme métallique est un réducteur efficace. Ce comportement réducteur est observé plus facilement lorsqu’il est sous forme de poudre ultrafine, car il entre en réaction avec l’oxygène. Lorsque le métal est dans sa forme solide, il est préservé par une fine couche de Cr2O3, un film protecteur obtenu par une oxydation lente. Ce film est pratiquement transparent et peut être créé en exposant le métal à de l’acide nitrique ou à des agents oxydants forts. Il offre une sécurité efficace contre les acides dilués en préservant le substrat métallique.
Le chrome, qu’il soit sous forme de métal ou de couche de passivation, est hautement résistant à la corrosion et au ternissement, même en cas d’exposition à des conditions chimiques dangereuses et à des températures élevées. C’est pour cette raison que la galvanoplastie de chrome est un revêtement protecteur adéquat pour les différents types d’aciers et de métaux. En plus de son rôle de protection, le placage de chrome est également apprécié pour sa valeur esthétique.
Le métal chrome est soluble dans les acides halogénohydriques, tels que l’acide chlorhydrique, l’acide bromhydrique et l’acide fluorhydrique, mais il se dissémine peu à peu dans l’acide sulfurique. En revanche, l’acide nitrique et l’eau régale, qui sont des acides réducteurs, ainsi que les solutions basiques ne réagissent pas avec le chrome. C’est notamment le cas pour des temps d’exposition brefs à basse température. Cela est dû au fait que les bases fortes convertissent progressivement le chrome en ions chromites, qui peuvent être présentés sous forme de CrO2−, ou même de Cr(OH)4−, sous forme dihydratée.
En général, le chrome métallique oxydant a une réaction avec la plupart des éléments non métalliques à haute température. Lorsqu’il est exposé à l’émanation de chlore, il se consume facilement en produisant un dépôt de chlorure de chrome violet.
Il est possible d’utiliser des méthodes traditionnelles pour extraire l’oxyde de fer du minerai FeO.Cr2O3 afin de purifier celui-ci. En effet, le chromate de potassium se dissout facilement dans l’eau alors que le sesquioxyde de fer demeure insoluble.
2 FeO.Cr2O3 minerai sélectionné en creuset + 4 K2CO3 potasse des anciens, chauffage à l’air à hautes températures → 4 K2CrO3 solide chromate de potassium + Fe2O3 solide oxyde de fer + 3 CO gaz + CO2 gaz
Il est simple de dissocier les composés oxygénés du chrome et du fer en présence d’eau. Le chromate de potassium est récupéré après filtration de la suspension ultérieure et séchage de la solution. Ensuite, il est chauffé à des températures élevées avec du charbon actif ou préalablement assaini.
4 K2CrO3 solide sec + 2 C charbon actif → K2CO3 solide chromate de potassium + 2 Cr2O3 solide pur + K2O solide oxyde de potassium + 2 CO gaz
Le sesquioxyde de chrome clarifié en présence d’aluminium ou de silicium est chauffé. Cette réaction, appelée aluminothermie, permet la production de chrome à des fins commerciales.
Cr2O3 solide poudre verte + 2 Al poudre métallique → 2 Cr0 chrome métal + Al2O3 alumine avec ΔH = -536,7 kJ/mol
Dans les années 1990, en Allemagne, un processus thermique par lots a été mis en place pour produire du chrome métal. Ce procédé nécessitait 1 593 kg d’oxyde de chrome(III) purifié, 578 kg de gravier métallique d’aluminium, 137 kg de chaux et 11 kg de nitrate de calcium. Ces derniers ingrédients servaient d’agent de fusion et de catalyseur pour la réaction dégageant de la chaleur. Le chrome métal obtenu était pompé sous vide pour atteindre une pureté comprise entre 99 % et 99,3 % en masse, avec des traces d’aluminium et de chaux.
Le chrome est aussi obtenu commercialement par magnésiothermie :
Cr2O3 solide + 3 Mg ruban métallique → 2 Cr chrome métal + 3 MgO alumine avec ΔH =- kJ/mol
Dans un laboratoire, le technicien peut utiliser l’oxydation d’aluminium poudré ou, de préférence, du ruban de métal magnésium.
Le chrome peut également être mis sous forme d’alliage en réduisant des chromites clarifiées au préalable avec du carbone dans un four électrique. En outre, la méthode électrolytique, qui utilise des électrolytes contenant du Cr(III) ou du Cr(IV) en relation avec des cathodes en cuivre ou en acier inoxydable et des anodes en plomb ou en aciers spéciaux, est une technique énergivore, nécessitant 75 kWh/kg de chrome métallique, mais qui permet de produire un métal raffiné, pouvant atteindre une pureté de 99,95 % en masse.
Le chrome, en tant que métal industriel, est généralement produit sous forme de poudre brute. Cependant, la maîtrise de la technologie des poudres permet de le compresser sous vide, ou de produire des formes consolidées par unification dans un four à arc.
Le chrome est un élément crucial dans la production d’aciers inoxydables tels que le 18/8, qui contient 18 % de chrome et 8 % de nickel. Il est ajouté sous forme de fer chromé pour renforcer les propriétés des alliages de fer. En effet, il améliore la ténacité contre les contaminants de l’atmosphère ainsi qu’aux produits chimiques les plus courants.
En examinant les micro-configurations de l’acier, on peut constater que le chrome, qui est considéré comme un élément alphagène, a une forte adhérence pour le carbone. Cette affinité conduit à la structuration de la ferrite et intensifie la trempabilité. Il agit de la même manière que d’autres éléments tels que le titane, le molybdène, le silicium, le tungstène, le vanadium et l’aluminium. Il favorise l’élaboration de divers carbures tels que le Cr23C6, le Cr3C2 et le Cr7C3, qui sont plus fermes que la cémentite. Par conséquent, il améliore la solidité et la résistance à l’usure, sans amplifier la fragilité de l’acier. L’utilisation d’aciers au chrome pour les rails, en substituant le fer simple ou l’acier ordinaire, a été une découverte majeure dans l’histoire des voies ferrées.
Les aciers contenant une faible quantité d’alliage ont un pourcentage en chrome allant de 0,4 % à 3 % en masse. En revanche, un taux élevé en chrome de plus de 20 % en masse est nécessaire pour produire des aciers super ferritiques particuliers. Les aciers présentent des structures variées selon leur composition moyenne en chrome. Par exemple :
Le chrome, utilisé comme un élément d’addition, confère une grande résistance à de nombreux alliages, autres que les aciers spéciaux ou inoxydables. Il peut être associé à de nombreux métaux tels que le nickel, le cobalt et l’aluminium. Les résistances électriques sont fabriquées à partir d’un alliage de nickel et de chrome (NiCr).
Il existe différents types de revêtements multicouches pour protéger la surface d’un métal contre la dégradation. Ils diffèrent des alliages de fer spéciaux ayant une résistance à l’altération à des températures élevées jusqu’à 1 000 °C. Entre autres, un revêtement composé de couches de cuivre, nickel et chrome peut être utilisé. Lorsque le chrome est appliqué sur la couche externe, il confère des propriétés anti-dégradation et anti-abrasion à l’objet métallique.
Le chrome peut présenter différents états d’oxydation qui s’étendent de -II à VI. Les dérivés du chrome les plus courants sont le +2 ou II, le +3 ou III, et le +6 ou VI. Toutefois, l’état d’oxydation le plus équilibré et le plus significatif est le +3, également appelé chrome trivalent, car il donne lieu à des éléments amphotères. Les états d’oxydation +4 ou IV et +5 ou V sont peu fréquents pour le chrome. Les éléments qui ont une valence +6 sont considérés comme des oxydants intenses et comme des acides. À l’opposé, le chrome au degré d’oxydation +2 a un caractère d’agent réducteur, ce qui rend ses dérivés basiques et réducteurs. En conséquence, l’acidité s’accroît en fonction de l’état de valence du chrome.
En plus du corps simple, l’état 0 du chrome peut être observé dans le chrome carbonyle Cr(CO)6, qui peut se vaporiser sous faible pression et qui dissout dans les solvants organiques.
Le degré d’oxydation +1 est rare et n’est généralement équilibré qu’en tant qu’agrégat, tel que le chrome tri-dipyridile.
L’ion de chrome bleu, Cr2+, est hautement réducteur et instable. Il se substitue immédiatement en chrome trivalent. Bien que les éléments ioniques chromeux soient appréciés, ils sont des agents réducteurs puissants en présence d’eau et sont facilement oxydés en Cr3+ en présence d’oxygène. D’autre part, le pouvoir réducteur des chromes ioniques en présence d’eau peut être confirmé par la réduction des cations chrome en utilisant du zinc métal, la quantité de potentiel nécessaire étant un indicateur de la propriété de réduction des ions chrome.
Cr3+ ions chromiques en milieu aqueux + e− → Cr2+ ions chromeux avec ε0 = – 0,41 V
Les solutions d’ions chromiques ont une réaction immédiate et complète avec l’oxygène. Par conséquent, cette pratique est courante pour irradier totalement ou en grande partie la présence de dioxygène dans des substances gazeuses, même à faible concentration.
Cependant, les composés de coordination formés avec Cr2+ peuvent parfois être beaucoup plus stables.
Les composés de chrome avec un état d’oxydation de +2 présentent une légère ionisation. L’hydroxyde de chrome (II) Cr(OH)2 présente des propriétés alcalines.
Le cation Cr3+ est de couleur verte ou violette en présence d’eau à température ambiante, et peut former le composé Cr(H2O)63+ qui affiche une bonne stabilité en solution acide. Ce composé est l’équivalent des ions aluminiques Al3+ et ferriques Fe3+. L’ion hexahydraté Cr(H2O)63+ est retrouvé dans de nombreux composés chimiques, comme les complexes Cr(NH3)63+, CrF63−, CrCl63−, CrCN63−, Cr(C2O4)3−, Cr(C4H4O6)3−, Cr(EDTA)3− et Cr(CH3COO)6)(OH)2+. Cependant, ce cation complexe est dégradé à chaud. Les composés du type amine Cr(NH3)63+ et hydroxy-acétyles Cr(CH3COO)6)(OH)2+ sont détruits à ébullition et donnent alors le trihydroxyde de chrome Cr(OH)3.
En milieu basique, l’ion chrome trivalent Cr3+ subit simplement une oxydation en chromes cationiques de valence +6 Cr(VI).
Le Cr2O3, ou oxyde de chrome(III), également appelé oxyde chromeux ou sesquioxyde de chrome, a une couleur verte et possède une propriété amphotère, étant plus alcalin. Cette substance peut être obtenue par la dégradation thermique du dichromate d’ammonium, via une technique nommée « volcan », basée sur des émissions gazeuses.
(NH4)2Cr2O7 solide → N2 gaz diazote + 4 H2O vapeur d’eau + Cr2O3 solide
On peut dire également que l’hydroxyde de chrome (II) Cr(OH)3 possède des propriétés amphotères. Il s’agit d’un solide qui résulte de la réaction complète de l’ion chromique par un hydroxyde basique. Le produit de solubilité pKs est d’environ 30.
Cr3+ aqueux + 3 OH− aqueux → Cr(OH)3 précipité gris-vert
Une dissolution est observée en présence d’excès d’ions hydroxyde, ce qui conduit à la libération des anions chromites dans un environnement alcalin.
Cr(OH)3 précipité solide + OH− aq en excès → CrO2− ions chromites verts + 2 H2O
Le chauffage des ions chromeux à haute température conduit à la récupération complète de Cr(OH)3, ce qui permet de différencier les cations Cr3+ des cations Al3+.
Les substances contenant du chrome(VI), des composés covalents très oxydants, incluent les « chromates » et les « dichromates ». L’ion chromate CrO42- a une configuration tétraédrique, est de couleur jaune et reste stable en milieu basique. En revanche, l’ion bichromate Cr2O72- est de couleur orange et parfaitement équilibré en milieu acide.
Le CrO3, trioxyde de chrome, est un composé très acide.
CrO3 solide + 2 NaOH aqueux solution alcaline de soude → 2 Na+ ion sodium + CrO42− ion chromate + 3 H2O eau
L’acide chromique H2CrO4 est très puissant. L’ion chromate en solution a tendance à s’agréger à mesure que le pH baisse, ce qui entraîne la formation d’iso-poly-acides successifs tels que Cr2O72−, Cr3O102−, Cr4O132−, etc. Les polychromates, connus par la formule brute CrnO3n+12 ― avec n supérieur à 2, sont d’une couleur rouge vif.
On peut obtenir de l’oxyhalogénure de chrome, comme le chlorure de chromyle CrO2Cl2, sans avoir recours à une chloration directe par le gaz dichlore. Cette méthode implique la solubilisation du trioxyde de chrome dans des puissants acides, tels que l’acide chlorhydrique HCl, et la réaction de ce mélange avec des dichromates en présence d’acide sulfurique concentré. Cette méthode est couramment utilisée pour démontrer la traçabilité d’anions chlorures. Le chlorure de chromyle obtenu est un liquide rouge foncé.
Il y a une grande diversité de variétés de chrome avec différents états d’oxydation et structures de coordination. Les composés les plus importants incluent :
Il est possible d’identifier qualitativement la présence de chrome en produisant une teinture verte à l’aide de perles de borax souillées par une matière contenant du chrome ou du chrome oxydé, qui se dissout dans la phase boratée fusionnée à haute température. Pour une identification quantitative, il suffit de précipiter le sesquioxyde de chrome ou le chromate de baryum, ce qui permet une pesée précise.
L’ion Cr3+ est classé dans le groupe III, ou groupe du sulfure d’ammonium NH4S, faisant partie du sous-groupe qui se cristallise en milieu ammoniacal. D’autres cations appartenant à ce sous-groupe sont Be3+, Al3+, Fe3+, UO23+, ZnO23+, TiO23+, Th4+, Ce3+ et Ce4+.
Le chrome métal est employé de diverses manières. Pour produire des métaux spécifiques comme les aciers inoxydables ou ceux contenant du chrome et du nickel, on utilise habituellement le ferrochrome. Ce dernier agit comme un matériau de transition et est considéré comme un élément de référence standard dans ce domaine.
Le chrome est un élément couramment utilisé en métallurgie pour créer des mélanges métalliques solides et robustes. En outre, il est présent dans l’aluminium anodique.
Le processus de plaquage électrolytique au chrome est utilisé pour renforcer l’invulnérabilité à la corrosion d’un objet métallique, tout en lui donnant une finition brillante. Régulièrement, le métal à traiter est recouvert de nickel. Cette méthode consiste à déposer un film de métal délicat protecteur en utilisant une solution d’acide chromique électrolysée dans un milieu acide sulfurique. Cette couche de chrome est dense, d’une épaisseur de 0,3 μm environ.
Depuis le 21 septembre 2017, l’utilisation de Chrome(VI) pour le processus de chromage nécessite une autorisation octroyée par l’Union européenne.
À la fin des années 1990, environ la moitié des utilisations en masse du chrome étaient consacrées aux applications en métallurgie et sidérurgie, incluant notamment le traitement anti-corrosion. Les teintureries au chrome, telles que les teintures pour les verres et les céramiques, représentaient environ 25 % de l’utilisation en masse. Le traitement du cuir, qui est souvent négligé, utilisait près de 15 % du chrome, tandis que la transformation chimique catalysée employait environ 5 %. En revanche, l’utilisation de chrome dans les laboratoires était minime.
Les chromates et les oxydes sont couramment employés comme teintures constantes dans les enduits et les pigments. La teinture jaune brillant, appelée chrome jaune (PbCrO4), est utilisée depuis le début du XIXe siècle dans les enduits. Le chromate de plomb, qui était apprécié pour sa couleur jaune vif dense et insensible à la lumière, était déjà utilisé comme teinte à cette époque. Il permettait d’obtenir des teintes allant du jaune vert au jaune orangé, mais il était nocif.
Il est courant d’utiliser certaines substances cristallines et oxydes de chrome, tels que le Cr2O3, pour donner une touche verte à diverses céramiques glacées et au cristal. Un exemple d’utilisation de l’oxyde de chrome Cr2O3 est le « chrome vert » qui est fréquemment utilisé comme teinture dans la peinture vitrifiable.
Les aluns de chrome ont pour usage d’être des agents de fixation et de tannants dans le traitement des cuirs.
Le chrome et certains de ses dérivés sont des agents catalytiques. Ils peuvent ainsi être utilisés dans l’hydrogénolyse ou encore sous forme tricarbonylée comme substituant activant un noyau aromatique pour permettre diverses synthèses chimiques.
Le potassium dichromate est un réactif oxydant fort qui est utilisé en chimie analytique. Il est également utilisé en phase acide pour le rinçage des équipements en verre de laboratoire, dans le but d’éliminer tous les résidus nocifs.
Dans le domaine médical, il peut être utile dans le traitement contre le diabète, mais cela semble litigieux.
Le chrome trivalent est un micro-élément indispensable à l’organisme humain, nécessaire pour la transformation du sucre. À faible dose, il joue un rôle clé dans la régulation du niveau de sucre dans le corps en aidant l’insuline à remplir sa fonction. Si le corps manque de chrome, cela peut altérer la capacité de l’insuline à normaliser la glycémie.
Contrairement à d’autres micro-éléments, le chrome n’a pas été identifié dans une protéine possédant une activité biologique connue. Cela explique en partie pourquoi la façon dont il intervient dans la stabilisation du sucre dans l’organisme demeure énigmatique.
Les substances organiques contenant du chrome(III) sont relativement stables et moins réactives que les composés des métaux du groupe « d » de la même période (tels que le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel et le cuivre). En conséquence, ils ont tendance à être moins impliqués dans des processus métaboliques qui sont, de base, des réactions inversibles.
Les composés chimiques issus du chrome sont hautement dangereux et, à des concentrations élevées, ils peuvent rapidement provoquer des ulcères et d’autres effets nocifs sur la santé.
Les effets toxiques du chrome dépendent grandement de sa structure chimique (tels que les particules, les nanoparticules, les ions, les oxydes, les hydroxydes, la valence, etc.). En particulier, il est établi que l’ion chrome VI, Cr6+ (aussi appelé bichromate ou chromate), est un carcinogène avéré.
Le chrome a la capacité de s’accumuler dans divers organismes, notamment les plantes alimentaires lorsqu’il est présent dans l’eau d’irrigation. Dans ces situations, il peut être considéré comme une substance toxique pour les aliments qui peut nuire à la santé. Il peut également se concentrer dans le réseau alimentaire (ou réseau trophique).
Le chrome est considéré comme un métal nocif qui peut être trouvé dans divers débris de production, sédiments et résidus d’incinération. Afin de traiter ce problème, des solutions d’inertage sont recherchées pour garantir une durabilité maximale, comme l’incorporation du chrome dans des matrices de ciment.
Sa fluctuation est influencée par de nombreux facteurs, tels que les conditions environnementales et les habitudes alimentaires.
En 2018, le « Volet périnatal » du programme national de biosurveillance en France a présenté une étude sur l’exposition des femmes enceintes au chrome (ainsi qu’à 12 autres éléments métalliques ou semi-métalliques et à quelques contaminants organiques). Cette étude menée sur 4 145 femmes enceintes (Cohorte Elfe) a permis d’évaluer l’exposition au chrome.
Les résultats ont été obtenus à partir des dosages urinaires effectués sur 990 femmes en état de grossesse se présentant à la maternité en France en 2011 (à l’exclusion de la Corse et des TOM). Ils ont montré que le chrome est très répandu dans l’écosystème et qu’il était présent dans 96 % des prélèvements urinaires analysés (avec une moyenne géométrique de 0,30 μg/L et 0,41 μg/g de créatinine). Le niveau de chrome présent dans les urines des femmes en état de grossesse (qui est plus élevé que la moyenne générale) est presque identique à celui observé dans une étude similaire menée en Australie.
Les investigateurs de cette recherche ont émis l’hypothèse que cela pourrait être dû à des changements métaboliques pendant la gestation, qui augmenteraient l’élimination du chrome dans l’urine chez les femmes enceintes. Les facteurs responsables de cette contamination par le chrome n’ont pas été identifiés.
Environ 15 millions de tonnes de minerai de chrome ont été extraites en 2000, produisant environ 4 millions de tonnes de chrome-ferreux d’une valeur commerciale de 2,5 milliards de dollars.
Au début des années 2000, l’Afrique du Sud était le premier pays producteur de chrome métallique.
Selon les données des douanes françaises de 2014, la France a importé une quantité nette de chrome à un prix moyen à la tonne de 350 €.
✍️ Contenu rédigé par Kévin Papot , expert en lithothérapie et co-fondateur de France Minéraux.
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