Cromo esavalente: diffusione, composti, esposizione, effetti

Il cromo esavalente è uno degli stati di ossidazione del cromo in molti composti ed è noto perché cancerogeno.
Si trova in natura nella crocoite di colore giallo zafferano in cui è presente il cromato di piombo e nella lopezite di colore rosso sotto forma di bicromato di potassio.

L’ossido di cromo (VI) fu scoperto nel 1797 dal chimico francese Louis Nicolas Vauquelin trattando la crocoite con acido cloridrico secondo la reazione:  PbCrO₄ + 2 HCl → CrO₃ + PbCl₂ + H₂O

Gli effetti sulla salute dei lavoratori esposti al cromo esavalente sono devastanti e vanno da asma, danno oculare, timpani perforati, irritazione respiratoria, danno renale, epatico, congestione polmonare ed edema, cancro respiratorio, irritazione cutanea, erosione e scolorimento dei denti.

I lavoratori più esposti sono quelli che lavorano nelle acciaierie in quanto per rendere inossidabile l’acciaio si aggiunge nichel e cromo.

Inoltre i composti contenenti cromo esavalente sono usati come pigmenti per vernici, coloranti, inchiostri per materie plastiche e come agente anticorrosivo.
L’acido cromico è utilizzato nella cromatura di superfici metalliche a scopo protettivo e decorativo e quindi usato dall’industria automobilistica e aerospaziale.

Tuttavia, a causa della sua tossicità e proprietà cancerogene, la cromatura sarà vietata nell’Unione Europea nel 2024.

Diffusione del cromo esavalente

Oltre che nei due minerali è presente sulla crosta terrestre a causa di attività antropogeniche.

Le acque incontaminate contengono quantità estremamente basse di cromo (VI) inferiori a 1 μg/L ma in prossimità di industrie siderurgiche e conciarie le concentrazioni superano questa soglia.

Il fumo di tabacco contiene cromo esavalente e le sue quantità in ambienti chiusi sono centinaia di volte maggiori rispetto a quelle all’aperto

Proprietà dei composti con cromo esavalente

I composti più comuni di cromo esavalente sono:

• bicromato di ammonio (NH₄)₂Cr₂O₇, di potassio K₂Cr₂O₇, di sodio Na₂CrO₄
• cromato di bario BaCrO₄,di calcio CaCrO₄, di stronzio SrCrO₄, di potassio K₂CrO₄, di zinco ZnCrO₄, di piombo PbCrO₄
• triossido di cromo CrO₃ di colore rosso scuro
• cloruro di cromile CrO₂Cl₂ liquido di colore rosso che si decompone violentemente a contatto con l’acqua liberando acido cloridrico (HCl) e acido cromico H₂CrO₄

Come tutti i composti del cromo sono caratterizzati dall’essere colorati: i bicromati sono arancioni, i cromati gialli

Le proprietà fisiche variano a seconda del composto sebbene la solubilità in acqua è una caratteristica comune ad eccezione del cromato di bario, piombo e calcio.

Il cromo (VI) è un energico ossidante in ambiente acido infatti il potenziale normale di riduzione relativo alla semireazione:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^–→ 2 Cr³⁺+ 7 H₂O

è pari a + 1.33 V

Cemento e cromo esavalente

Il cromo (VI) è contenuto nel cemento infatti le materie prime per la produzione del clinker ovvero minerali e rottami di ferro, bauxite, scarti delle industrie metallurgiche contengono cromo come metallo o allo stato trivalente.

Durante la produzione del cemento il cromo entra in contatto con l’ossigeno in ambiente basico all’interno del forno. La combinazione di calce libera, ossigeno e alta temperatura favorisce la parziale ossidazione del cromo (III) a cromo (VI).

L’ossidazione del cromo (III) a cromo (VI) avviene secondo la seguente reazione:

4 Cr₂O₃ + 6 O₂ + 8 K₂O → 8 K₂CrO₄
Per questo motivo dal gennaio 2005, a seguito dell’attuazione della direttiva della Comunità Europea i cementi immessi sul mercato europeo non devono rilasciare, se miscelati con acqua, più di 2 mg/kg.

Per rispettare la direttiva e preservare la salute dei muratori si sono attuate diverse strategie.

Per ridurre Cr(VI) a Cr (III) in ambiente basico sono necessari agenti riducenti forti come composti di:

• ferro (II) principalmente sotto forma di solfato ferroso FeSO₄ che è il più utilizzato a causa del basso costo e larga disponibilità. Tuttavia a causa della sua scarsa stabilità a temperature elevate ed elevata umidità che si verificano tipicamente nelle fasi di produzione del cemento è necessario un dosaggio maggiore. Se il cemento ha un contenuto particolarmente alto di cromato il solfato di ferro (II) non è in grado di ridurre completamente il cromo.
• stagno (II) principalmente sotto forma di solfato stannoso SnSO₄. Nonostante le sue buone caratteristiche, a causa del suo costo elevato, non è utilizzato per le normali applicazioni.
• antimonio(III) come ossido di antimonio (III) Sb₂O₃. Essi sono i riducenti utilizzati più recentemente e hanno elevata efficacia e costo inferiore rispetto al solfato di stagno (II)