Le chrome : Propriétés et utilisations des éléments

Description du chrome

Le chrome appartient à la classe des métaux de transition, qui sont principalement connus pour leur dureté, leur résistance à la corrosion et leurs caractéristiques métalliques brillantes. Il trouve des applications significatives dans la plupart des industries, allant de la production d'acier inoxydable à son utilisation dans les revêtements protecteurs et la fabrication de produits chimiques spécialisés. Le chrome résiste au ternissement grâce à la formation de ses couches d'oxyde protectrices ; c'est donc un matériau indispensable dans l'aérospatiale, l'automobile et l'industrie manufacturière.

Le chrome en tant qu'élément

Lechrome, dont le numéro atomique est 24, appartient aux métaux de transition et au groupe 6 du tableau périodique. Le chrome a été découvert en 1797 par un chimiste français nommé Louis-Nicolas Vauquelin. Il est généralement présent dans la nature sous la forme d'un minéral, la chromite, FeCr₂O₄. Cet élément est très apprécié pour sa dureté, sa résistance à la corrosion et son éclat métallique saisissant. Le chrome est notamment utilisé pour créer des matériaux à la fois durables et résistants à l'usure de l'environnement, ce qui le rend essentiel à une variété de processus industriels.

Description des propriétés chimiques

Le chrome est un élément polyvalent dont les propriétés chimiques sont très différentes ; sa valeur réside dans un large éventail d'applications industrielles :

• États d'oxydation : Les états d'oxydation du chrome vont de -2 à +6. Parmi eux, les plus stables et les plus courants sont +2, +3 et +6. Le chrome à l'état +3 est généralement stable, tandis que l'état +6, ou chrome hexavalent, est hautement toxique et cancérigène.
• Réactivité : Le chrome se combine facilement avec l'oxygène de l'air pour former une fine couche d'oxyde protectrice Cr₂O₃, qui contribue à empêcher toute oxydation ultérieure. Cette couche d'oxyde est cruciale pour la résistance du chrome à la corrosion. Le chrome peut également se combiner avec le soufre et les halogènes pour donner divers composés tels que le sulfure de chrome et les halogénures de chrome.
• Comportement acide et basique : Le Cr₂O₃ est amphotère, c'est-à-dire qu'il peut réagir à la fois avec les acides et les bases. Cette propriété permet aux composés du chrome de participer à un large éventail de réactions chimiques, d'où leur utilité en catalyse ou dans d'autres processus industriels.
• Toxicité : Alors que le chrome +3-valent est un élément essentiel en quantités infimes pour la santé humaine, son état d'oxydation +6 est toxique et cancérigène, en particulier dans les applications industrielles. L'exposition au Cr⁶⁺ peut se produire par inhalation, ingestion ou contact avec la peau et comporte de graves risques pour la santé.

Propriétés physiques Tableau de données

Le Cr⁶ est un métal lourd, dur et argenté, dont les points de fusion et d'ébullition sont très élevés, ce qui le rend idéal pour une utilisation industrielle à haute température. Certaines de ses principales propriétés physiques sont présentées dans le tableau ci-dessous :

Pour plus d'informations, consulter le site Stanford Advanced Materials.

Utilisations courantes du chrome

Cette combinaison particulière de propriétés physiques et chimiques rend le chrome indispensable dans diverses industries. Les utilisations les plus courantes du chrome sont les suivantes :

• Production d'acier inoxydable: Le chrome est un élément d'alliage très important dans la production d'acier inoxydable, qui lui confère une résistance inégalée à la corrosion et aux taches. La teneur en chrome de l'acier inoxydable varie généralement entre 10 et 30 % et forme une couche d'oxyde passive qui protège l'acier de la rouille et du ternissement. Ces aciers ont trouvé un large champ d'application dans des produits allant des ustensiles de cuisine et des instruments médicaux à la construction et à l'aérospatiale.
• Le chromage : Le chrome est très couramment utilisé en galvanoplastie pour donner une finition brillante, durable et résistante à la corrosion. Le chromage est normalement appliqué aux pièces automobiles, aux appareils ménagers, aux accessoires de plomberie et aux articles décoratifs. Il améliore à la fois l'attrait esthétique et la durabilité de ces produits.
• Pigments et colorants : Les composés du chrome, y compris l'oxyde de chrome (Cr₂O₃), sont utilisés comme pigments pour les peintures, les teintures et les encres. Le jaune de chrome, PbCrO₄, est le pigment bien connu utilisé dans la fabrication de peintures jaune vif. L'oxyde de chrome, plus stable, est utilisé pour créer les pigments verts dans les glaçures céramiques et les plastiques.
• Alliages : Le chrome est utilisé dans un certain nombre d'alliages à haute performance pour des applications industrielles, aérospatiales et militaires. Par exemple, le chrome est allié au nickel et au fer pour créer des superalliages utilisés dans les aubes de turbines, les moteurs et les systèmes d'échappement. Ces alliages présentent un degré exceptionnellement élevé de résistance à la chaleur et à l'usure, ce qui les rend adaptés aux conditions difficiles.
• Préservation du bois : Les composés de chrome, et plus particulièrement le traitement à l'arséniate de cuivre chromaté, sont utilisés pour traiter le bois afin de le rendre résistant à la pourriture, aux champignons et aux attaques d'insectes. En raison de cette résistance, le bois traité au CCA trouve de nombreuses applications dans les structures extérieures, telles que les clôtures et les terrasses, ainsi que dans les poteaux électriques.

Méthodes de préparation

La principale méthode d'extraction du chrome est la réaction aluminothermique ; le minerai généralement utilisé est la chromite, FeCr₂O₄. Dans ce processus, la chromite est mélangée à de la poudre d'aluminium et chauffée, ce qui entraîne la réduction de l'oxyde de chrome pour produire du chrome métallique. Le chrome peut également être produit par électrolyse du chlorure de chrome dans du sel fondu ; ce procédé est utilisé pour des applications de haute pureté. Bien que ces méthodes consomment beaucoup d'énergie, elles permettent d'obtenir un approvisionnement en chrome très fiable pour l'industrie.

Produits industriels connexes

Le chrome est utilisé dans la fabrication de nombreux produits industriels :

• Acier inoxydable : Le chrome, généralement associé au nickel et au molybdène, est à la base de l'acier inoxydable, qui est utilisé dans tous les domaines, de la transformation des aliments à la construction en passant par la médecine.
• Alliages de chrome : Les alliages de chrome sont utilisés dans des applications qui exigent une grande solidité, une grande résistance à la chaleur et une grande ténacité. On en trouve des exemples dans des composants tels que les pales de turbines, les pièces de moteurs et les composants de machines lourdes.
• Produits chimiques à base de chrome : La fabrication de produits chimiques est un autre domaine important où le chrome est une matière première essentielle. Il s'agit notamment des sels de chrome, du dioxyde de chrome, utilisé dans les supports d'enregistrement magnétiques, ainsi que d'autres composés spécialisés. Ces produits sont utilisés dans plusieurs domaines allant du tannage du cuir au traitement de l'eau en passant par les procédés de galvanoplastie.

Questions fréquemment posées

À quoi sert le chrome dans la vie de tous les jours ?

Les utilisations du chrome comprennent principalement la production d'acier inoxydable pour les appareils de cuisine, la coutellerie, les instruments médicaux et les machines industrielles. Il est également utilisé pour le chromage des pièces automobiles, des articles ménagers et des finitions décoratives.

Comment le chrome est-il extrait ?

L'extraction du chrome du minerai de chromite implique la réaction aluminothermique du minerai avec de la poudre d'aluminium, qui est chauffée pour réduire l'oxyde de chrome en chrome métallique. En outre, diverses méthodes électrolytiques ont été mises au point pour obtenir un chrome encore plus pur.

Pourquoi le chrome est-il dangereux ?

Le chrome est toxique et cancérigène, surtout sous sa forme hexavalente (Cr⁶⁺). Il présente des risques pour la santé en cas d'inhalation ou d'ingestion. L'exposition industrielle à cet élément est très courante et des précautions appropriées doivent donc être prises lors de la manipulation de composés de chrome dans un contexte industriel.

Le chrome joue-t-il un rôle essentiel dans la santé humaine ?

Oui, le chrome trivalent (Cr³⁺) est un oligo-élément essentiel qui joue un rôle dans la régulation du métabolisme du glucose. Cependant, il n'est nécessaire qu'en petites quantités et les carences sont rares.

Quelle est la principale source de chrome ?

La majeure partie du chrome provient du minerai de chromite, que l'on trouve principalement en Afrique du Sud, en Inde, au Kazakhstan et en Turquie. Ces pays sont les principaux producteurs de minerai de chromite au monde.