lunes, septiembre 27, 2010

Conoce tus elementos – el cromo | El Tamiz

Conoce tus elementos – el cromo


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En el último artículo de la serie Conoce tus elementos, en la que recorremos poco a poco la tabla periódica completa, hablamos sobre un metal de transición muy “colorido”, el vanadio, el elemento de 23 protones. Hoy lo haremos del de 24 protones, en algunos aspectos un “hermano” del vanadio, ya que varias de sus propiedades son muy similares: tanto es así que, como vimos al hablar del vanadio, hubo algunas dudas sobre si su descubridor había encontrado vanadio o el elemento de hoy. Se trata de otro metal cuyos estados de oxidación presentan, una vez más, bellísimos colores, una propiedad que se refleja en su propio nombre; hablaremos del cromo.
Dado su lugar “intermedio” en la tabla periódica, se trata de un elemento que ejemplifica muy bien las propiedades de los metales de transición: es razonablemente duro, dúctil y maleable, tiene un bello color plateado y conduce muy bien el calor y la electricidad. Sin embargo, las diferencias leves en la configuración electrónica de los distintos metales de transición les proporcionan un gran abanico de propiedades, y en el caso del cromo esas propiedades se han aliado para convertirlo en un metal realmente especial y utilísimo; tanto es así que me como el sombrero si no has tocado cromo hoy.

Porque se trata, para empezar, de un elemento relativamente común: el vigesimoprimer elemento más común en la corteza terrestre. Desde luego, eso no significa que puedas encontrarlo puro dando un paseo por el campo, ya que –como casi todos los metales de características similares– en las condiciones adecuadas, como a las temperaturas y presiones del interior de la Tierra, se combina ávidamente con oxígeno y otros elementos hambrientos de electrones, oxidándose y formando muchísimos compuestos. De ahí que, a pesar de su ubicuidad, sea un elemento razonablemente “nuevo” (en el sentido de que lo conocemos desde hace poco): está en muchas rocas, pero en general en concentraciones más o menos pequeñas, con lo que es difícil darse cuenta de que está ahí.
Fíjate si será difícil que el cromo es el responsable del bellísimo color rojo del rubí, que sin este metal no sería más que un vulgar óxido de aluminio; sin embargo, a pesar de conocer los rubíes desde hace muchísimo tiempo, nadie sospechaba que un elemento sin descubrir estaba detrás de su intenso color. Y no fue el rubí, sino un mineral muchísimo menos conocido, el responsable de que, por fin, nos diéramos cuenta de que existía un metal nuevo bajo nuestras narices.
Todo empezó en Siberia en 1745, cuando se abrió una mina, la de Berezovsk, que se convertiría en una importantísima fuente de oro para el Imperio Ruso. Además de extraer oro, en Berezovsk se descubrieron multitud de minerales; algunos de ellos eran únicos y no habían visto jamás la luz del sol hasta que fueron traídos a la superficie. Tan interesante era el lugar que en 1761 el geólogo alemán Johann Gottlieb Lehmann, que se encontraba en Rusia invitado por la Academia Imperial de las Ciencias, se dirigió hasta allí para examinar algunas de las rocas más peculiares.
Crocoíta, plomo rojo siberiano
Plomo rojo siberiano o crocoíta (Eric Hunt/ Creative Commons Attribution-Sharealike 2.5 License).
Louis Nicolas Vauquelin
Y una de ellas llamó su atención por su extraordinario color rojo. Tras su análisis, Lehmann determinó que contenía una gran cantidad de plomo, con lo que el alemán bautizó la nueva roca como plomo rojo –hoy en día la conocemos como crocoíta, por cierto, y la mejor no proviene de los Urales siberianos sino de Tasmania–. Entre sus otros componentes, Lehmann identificó el oxígeno y otros metales conocidos además del plomo… pero esos metales no estaban ahí, y Lehmann se equivocaba; el nuevo elemento, responsable del maravilloso color rojo, se había colado, una vez más, desapercibido bajo las narices del ser humano.
Sin embargo, el “plomo rojo siberiano” se convirtió en una roca bastante útil. Se trataba químicamente de una sal de plomo, con lo que además de su forma cristalina, podía disolverse para formar parte de tintes y pinturas. Y el mineral era bastante conocido entre los minerálogos europeos del último tercio del siglo XVIII. Finalmente, en 1797 cayó en manos de un viejísimo conocido de El Tamiz, el químico francés Louis Nicolas Vauquelin (a la derecha), descubridor un año más tarde del berilio. Vauquelin, como otros químicos de la época, intentaba aislar elementos nuevos en prácticamente todo lo que se cruzaba por su camino, pero especialmente en rocas, ya que parecían una fuente inagotable de descubrimientos de ese tipo.
Vauquelin utilizó ácido clorhídrico para tratar la crocoíta, y eliminar así el plomo de la ecuación. Al hacerlo, obtuvo lo que era, tras los análisis pertinentes, el óxido de un elemento nuevo; el francés había obtenido trióxido de cromo, CrO3. Como suele suceder, aislar de veras el elemento era una tarea algo más difícil, aunque en este caso no tremendamente: Vauquelin tardó sólo un año, y en 1798 pudo obtener, tras calcinar el óxido de cromo en un horno, cromo metálico puro. Aunque, evidentemente, su método no le permitió ni una pureza ni una cantidad comparables, se encontró con algo casi tan bello como esto:
Cromo metálico puro
Cromo puro (Alchemist-hp/GNU FDL 1.2).
Pero Louis Nicolas detectó pequeñas cantidades de cromo en muchas otras rocas, en su mayor parte de gran belleza y vivos colores, como en rubíes y esmeraldas. De ahí el nombre del nuevo elemento, cromo, por el griego χρώμα, color. Como sucedía con el vanadio, el cromo tiene varios estados de oxidación diferentes, y presenta muy llamativos colores en ellos, pero sobre todo el rojo y, como veremos en un momento, el amarillo. De hecho, a pesar de la belleza argéntea de su forma pura, durante muchos años su principal utilidad, y la razón de que la gente estuviera interesada en él, fueron los colores de sus estados oxidados, con los que se elaboraban tintes y pinturas diversas.
Logo de la Deutsche Post
El amarillo de cromo (PbCrO4) se convirtió en uno de los más populares; al principio se obtenía del propio “plomo rojo” o crocoíta. Posteriormente se descubrió un nuevo mineral, mucho más eficaz como fuente de cromo: la cromita, FeCr2O4, y de ella se sigue obteniendo la mayor parte del cromo en general, y el amarillo de cromo en particular. Estoy convencido de que estás muy familiarizado con ese peculiar color de pintura, porque no es otro que el de muchos sistemas postales del mundo –creo que el primero en adoptarlo fue la Deutsche Post–, y también el pigmento con el que durante muchísimos años se han pintado los autobuses escolares en los EE. UU. y otros países. Sí, ese amarillo es el amarillo de cromo.
Este pigmento, por cierto, cada vez se utiliza menos por dos razones. En primer lugar, contiene plomo, lo cual no es nada recomendable porque es un metal tóxico, como estudiaremos más en profundidad cuando lleguemos a él en esta misma serie –aunque seguro que ya lo sabías–. En segundo lugar, el cromo puede o no ser tóxico dependiendo del estado de oxidación… y el presente en el PbCrO4 es, como veremos en un momento, es muy tóxico. Hace muchos años, no existían tintes amarillos tan bellos como éste, pero hoy en día podemos disponer de otros que no contienen metales tóxicos y son igual de bonitos. Cuando decía, al principio del artículo, que me comía el sombrero si no habías tocado cromo hoy, no era por estos coloridos pigmentos sino por otra razón muchísimo más importante.
Porque lo colorido de los compuestos del cromo no era lo único excepcional de este elemento: la forma pura también tenía propiedades muy interesantes, fundamentalmente dos. La primera de ellas era que, al exponer cromo puro al aire, éste se oxidaba, pero al contrario que otros metales y aleaciones –como el hierro o el acero normal– la capa de óxido era muy fina y densa, y el oxígeno del aire no lograba penetrar más allá de ella al interior del metal para poder oxidarlo entero. Algo parecido pasaba al exponer el cromo a determinados ácidos: se había descubierto un metal muy resistente a la oxidación y la corrosión. Un acero rico en cromo, por ejemplo, podría ser de una utilidad inmensa.
Las malas noticias eran que, cuando la industria metalúrgica descubrió estas propiedades –alrededor de 1820–, no era posible obtener la suficiente cantidad de cromo como para que fuera algo comercialmente viable emplearlo en la suficiente cantidad en aleaciones. Hizo falta esperar años, a que la siderurgia fuera avanzando, para poder convertir al cromo en una parte fundamental de nuestra industria, al desarrollarse el famosísimo acero inoxidable, que lo es porque contiene al menos un 10% de cromo. Aquí es donde, seguro, has tocado cromo hoy, pues casi todos los cubiertos están hechos de acero inoxidable, además de multitud de otras piezas metálicas de la vida cotidiana.
Producción mundial anual de cromo
Evolución de la producción mundial anual de cromo (dominio público).
Para que te hagas una idea de la importancia del cromo como componente de los aceros, alrededor del 85% del cromo producido anualmente se destina a ese fin. Hoy en día sigue obteniéndose a partir de la cromita, y casi la mitad proviene de Sudáfrica. Como la cromita ya contiene hierro, además de cromo, y la mayor parte del cromo se destina a formar parte de aceros inoxidables, es muy común producir directamente una mezcla de ambos, en vez de gastar más energía y tiempo –en otras palabras, dinero– en obtener cromo puro.
Pero no todo el cromo se obtiene mezclado con hierro, ya que tiene muchos otros usos. Es muy común cubrir piezas metálicas de coches y motos, piezas de grifería, etc., con una capa de cromo (es decir, cromarlas) mediante la electrodeposición de este metal, ya que así se consigue una buena defensa contra la corrosión, y otra ventaja más, cortesía de otra propiedad del cromo: es un reflectante excelente. El cromo pulido tiene un brillo muy difícil de igualar, con lo que se consigue aumentar la belleza de la pieza metálica a la vez que se protege contra las agresiones químicas, incluida la oxidación –aunque una buena protección sólo se consigue si la capa es suficientemente gruesa–.
Metal cromado
Metal cromado (Atoma/CC 2.5 Attribution-Sharealike).
Otras propiedades menos conocidas de algunos compuestos del cromo lo han convertido durante años en un elemento muy útil en hornos; los óxidos de cromo y la propia cromita tienen un punto de fusión muy alto, y son materiales refractarios. Dicho en otras palabras, si la cromita forma parte de las paredes de un horno industrial que va a estar a altas temperaturas, no va a fundirse ni a romperse tan fácilmente como otros materiales… pero, desgraciadamente, hay un problema: como he dicho antes, dependiendo del estado de oxidación del cromo, puede ser tóxico o no, y al someterlo a altas temperaturas pueden formarse estados muy oxidados que sí son tóxicos. Por tanto, igual que en pinturas, el cromo cada vez se usa menos de esta manera.
La cuestión es que este metal, como el vanadio que lo precede en la tabla, puede ganar estabilidad química si se deshace de uno o más electrones –es decir, se oxida–, pero los estados de oxidación más comunes son Cr3+ y Cr6+, es decir, el resultado de perder tres o seis electrones respectivamente. Podría parece que la diferencia entre uno y otro es simple, pero para nuestro cuerpo no lo es en absoluto.
El cromo metálico (sin oxidarse) no es peligroso, y el cromo (III) –el estado de oxidación en el que se han perdido tres electrones– parece ser incluso necesario para algunas funciones metabólicas, aunque sólo en cantidades minúsculas. Las trazas de Cr3+ presentes en una dieta normal son suficientes de sobra para no tener que preocuparse de él, y los únicos casos de deficiencia de cromo constatados sin lugar a dudas se han dado en personas alimentadas por vía intravenosa. Pero el cromo (VI) no es necesario, ni siquiera inocuo, ¡ni mucho menos!
Ingerir Cr6+ es peligroso, ya que es un oxidante muy fuerte y produce, entre otras cosas, daños en el riñón y en el hígado. Afortunadamente, es muy difícil que esto suceda, aunque si has visto la película Erin Brockovich, se centra precisamente en un vertido de cromo (VI) en el agua potable de una ciudad. Ésta es la razón de que utilicemos tan poco amarillo de cromo hoy en día, ya que en un principio está en la pintura, pero con el tiempo ésta se degrada y no sabemos dónde puede acabar el maldito Cr6+ (pero, no me preguntes por qué, ¡aún se usa!). El trióxido de cromo obtenido por Vauquelin era, por cierto, óxido de cromo (VI), con lo que espero que el francés no estuviera expuesto al polvo en exceso.
Trióxido de cromo
Trióxido de cromo, CrO3. ¡Ojito! (BXXXD/Creative Commons Attribution Sharealike 3.0)
Pero también es peligroso respirarlo en forma de polvo, ya que produce daños sobre el ADN celular y, por lo tanto, el Cr6+ es un agente cancerígeno. Esto se sabe desde que, a finales del siglo XIX, cuando el cromo se empleaba aún fundamentalmente como pigmento, se hizo evidente que la tasa de cáncer entre los empleados de una fábrica de tintes basadas en sales de cromo era mucho más elevada de lo normal. En la vida normal y corriente es difícil que te veas expuesto a polvo de cromo hexavalente, pero apostaría a que alguna vez has estado cerca: se produce, por ejemplo, al soldar acero inoxidable –que contiene bastante cromo, claro–. Digamos que, si sueldas piezas de acero inoxidable alguna vez, yo me pondría una mascarilla sin dudarlo un instante.
De modo que ahí lo tienes: colorido, brillante, resistente y tóxico. Un ejemplo de que un mismo elemento químico, dependiendo de las condiciones y el estado, puede ser de una enorme utilidad o peligroso, según lo empleemos, y de cómo los metales de transición son casi todos parecidos, pero con detalles que hacen a cada uno único. Y en la próxima entrega de la serie seguiremos con otro metal de transición, en este caso el de 25 protones: el manganeso.

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