Der Chromgehalt in Meerwasser ist stark variabel und liegt bei etwa 0,2-0,6 ppb.
Flusswasser enthält im Allgemeinen etwa 1 ppb dieses Elements, wobei auch stark erhöhte Konzentrationen vorkommen können, wie etwa 5-20 ppb im Niederrhein oder 10-41 ppb in der Elbe im Jahre 1988.
In Phytoplankton wurden Konzentrationen von etwa 4 ppm, in Meeresfischen von 0,03-2 ppm und in Austerngewebe von etwa 0,7 ppm (alle Werte sind auf die Trockenmasse bezogen) gefunden. Der Gehalt im Phytoplankton deutet auf einen Biokonzentrationsfaktor von circa 104 gegenüber Meerwasser hin.
In gelöstem Zustand liegt Chrom entweder in nicht-ionischer Form als dreiwertiges Cr(OH)3 oder als sechswertiges CrO42- vor. Der Gehalt an gelösten Cr3+-Ionen ist sehr gering, da sie stabile Komplexe formen.
Die Oxidationsstufen von Chrom gehen von Cr(II) bis zu Cr(VI). In natürlichen Gewässern ist jedoch die dreiwertige Form am meisten vertreten.
Elementares Chrom reagiert bei Zimmertemperatur nicht mit Wasser.
Viele Chromverbindungen sind in Wasser nur schwer oder gar nicht löslich. Chrom(III)verbindungen sind nicht nur schwer löslich, sondern werden zudem auch noch zu einem großen Teil an Schwebstoffe gebunden. Chrom(III)oxid und Chrom(III)hydroxid sind in Wasser unlöslich.
Chrom(VI)oxid ist hingegen ein Beispiel für eine wasserlösliche Chromverbindung und besitzt eine Löslichkeit von sogar 1680 g/L.
Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann Chrom kommt in der Natur nicht in freier Form vor. Das wichtigste chromhaltige Mineral ist Chromit.
Wie erwähnt sind Chromverbindungen von Natur aus nur in geringen Mengen in Gewässern enthalten. Das Element und seine Verbindungen können jedoch durch verschiedenste Industrieabwässer in Oberflächengewässer gelangen. So wird es etwa zum Veredeln von Metalloberflächen oder in Metalllegierungen verwendet. Rostfreier Stahl enthält etwa 12-15% Chrom. Chrommetall wird weltweit in Mengen von etwa 20000 Tonnen pro Jahr hergestellt. Es kann auf Hochglanz poliert werden und oxidiert nicht an der Luft.
Aus der Metallindustrie gelangt Chrom vor allem in dreiwertiger Form ins Wasser. Die sechswertige Form in industriellen Abwässern stammt hingegen meist aus der Gerberei und Färberei. Chromverbindungen werden nämlich auch als Farbpigmente und zum Gerben von Leder verwendet. 90% des Leders wird mit Hilfe von Chromverbindungen gegerbt, wobei das Abwasser der Gerbereien etwa 5 ppm Chrom enthält. Sie sind außerdem von Nutzen als Katalysatoren, in der Holzimprägnierung, bei der Herstellung von Audio- und Videokassetten und in Lasern. Chromit ist außerdem Ausgangsprodukt für verschiedene feuerfeste Materialien und Chemikalien.
In den Hausmüll gelangt Chrom als Zusatzstoff verschiedener Kunststoffe. Über die Müllverbrennung kann es bei schlechten Sicherungsmaßnahmen in die Umwelt gelangen.
Das Isotop 51Cr wird bei der Kernspaltung freigesetzt und kann zu medizinischen Diagnosezwecken genutzt werden.
Chrom ist für einige Organismen essentiell. Hierbei handelt es sich jedoch um dreiwertiges Chrom. In der sechswertigen Form gilt es sogar als sehr giftig für Flora und Fauna.
Wasserverunreinigung mit Chrom wird nicht als eines der wichtigsten und akutsten Umweltprobleme gesehen, obwohl das Einleiten von unbehandelten, mit Chrom belasteten Industrieabwässern in Flüsse schon einige Konsequenzen gezeigt hat.
Die geringe Löslichkeit von Chrom(III)oxiden begrenzt die in natürlichen Gewässern vorkommenden Konzentrationen an Chrom. Cr3+-Ionen sind bei pH-Werten über 5 kaum in Wasser vorhanden, da das hydrierte Oxid Cr(OH)3 sehr schlecht wasserlöslich ist.
Chrom(VI)verbindungen sind unter aeroben Bedingungen stabil, werden jedoch unter anaeroben zu Chrom(III)verbindungen reduziert. Der umgekehrte Prozess ist in einem oxidierenden Milieu auch möglich. Außerdem ist Chrom im Wasser zu einem großen Teil an Schwebstoffe gebunden.
Der LC50-Wert, der die Konzentration angibt, bei der die Hälfte einer Population stirbt, liegt bei Süßwasserfischen und Meeresfische bei etwa 17-400 ppm, bei Daphnien bei 0,01-0,26 und bei Algen bei 0,032-6,4 ppm.
Chrom(VI)verbindungen fallen im allgemeinen in die Wassergefährdungsklasse 3 (WGK3) und werden somit als stark wassergefährdend eingestuft.
Die Phytotoxizität von Chrom ist noch undeutlich. Es wurde sogar beobachtet, dass bei Konzentrationen von 500-6000 ppm im Boden keine Schädigung von Pflanzen auftrat. Kalk oder Phosphat im Boden verringert die Empfindlichkeit zusätzlich. Im Allgemeinen sind in lufttrockenen Böden durchschnittlich 2-100 ppm Chrom enthalten. Die Löslichkeit von Chrom im Boden ist geringer als die von anderen potentiell giftigen Metallen. Daher nehmen auch Pflanzen verhältnismäßig wenig davon auf. Normalerweise enthalten Pflanzen etwa 0,02-1 ppm Chrom auf ihre Trockenmasse bezogen, wobei die Werte auch bis zu 14 ppm ansteigen können. So sind etwa in Moosen, aber auch Flechten, oft relativ hohe Chromwerte zu finden.
Chrom(VI)verbindungen haben nicht nur bei Tieren, sondern auch bei Pflanzen schon in geringen Konzentrationen eine toxische Wirkung, die jedoch auch vom pH-Wert des Bodens abhängt. Sie sind im Boden zudem mobiler als Chrom(III)verbindungen, werden jedoch normalerweise innerhalb relativ kurzer Zeit zu Chrom(III)verbindungen reduziert und können sich anschließend weniger gut ausbreiten. Lösliche Chromate werden in unlösliche Chrom(III)salze umgesetzt und sind somit auch nicht mehr verfügbar für Pflanzen. Auf diese Weise wird die Nahrungskette zu einem bestimmtem Maß vor zu viel Chrom geschützt. Die Mobilität von Chromaten im Boden wird sowohl vom pH-Wert und der Sorptionskapazität des Bodens, als auch der Temperatur beeinflusst. Als Richtlinie für den maximalen Chromgehalt landwirtschaftlich genutzter Böden gelten etwa 100 ppm.
Chrom hat von Natur aus vier stabile Isotope. Es gibt aber auch acht radioaktive Isotope dieses Elements. Das etwa zu Diagnosezwecken genutzte 51Cr fällt in die Radiotoxizitätsklasse „mittel“.
Der menschliche Körper enthält Chrom in einer Konzentration von etwa 0,03 ppm. Die tägliche Einnahme hängt jedoch stark von der Ernährung ab und liegt meistens bei etwa 15-200 μg, kann aber auch 1 mg betragen. Die Aufnahme von Chrom liegt bei etwa 0,5-1% und ist somit sehr gering. Das Organ, in dem die höchsten Chromwerte gefunden wurden, ist die Plazenta.
Dreiwertiges Chrom ist ein essentielles Spurenelement für den Menschen. Zusammen mit Insulin sorgt es dafür, dass Glucose wieder aus der Blutbahn beseitigt wird, und trägt zum Fettstoffwechsel bei. Die Symptome von Diabetes können durch Mangel an Chrom verstärkt werden. Außerdem ist es in der RNA enthalten. Chrommangel ist jedoch eine sehr seltene Erscheinung und chromhaltige Nahrungsergänzungsmittel sind eher ungebräuchlich.
Eine toxische Wirkung von dreiwertigem Chrom ist eher nicht zu befürchten, zumindest nicht über die Aufnahme über Nahrung und Trinkwasser. Es kann sogar zu einer Verbesserung der Gesundheit bei Patienten, die an Neuropathie und Enzephalopathie leiden, führen.
Sechswertige Chromverbindungen sind hingegen für ihre negativen Gesundheitseffekte und Giftigkeit bekannt. Sie lösen allergische und asthmatische Reaktionen aus, sind wahrscheinlich sogar krebserregend und können bis zu 1000mal giftiger sein als Chrom(III)verbindungen. Durch Chromverbindungen ausgelöste Vergiftungserscheinungen sind Durchfall, Magen- und Darmblutungen, Krämpfe, sowie Leber- und Nierenschäden. Sie können zudem eine erbgutschädigende Wirkung haben.
Chrom(VI)oxid ist ein starkes Oxidationsmittel, bei dessen Auflösung stark ätzende Chromsäure entsteht. Seine Einnahme kann Krämpfe und Lähmungen zur Folge haben. Als tödliche Dosis gelten etwa 1-2 g.
In den meisten Ländern liegt der Grenzwert für Chrom im Trinkwasser bei 50 ppb.
Eine Berufkrankheit in der chromverarbeitenden Industrie ist die Bildung von juckenden Chromgeschwüren bei Hautkontakt mit Chromaten. Auch die Aufnahme von Chromtrioxidstäuben am Arbeitsplatz kann Krebs erzeugen und die Atmungsorgane beschädigen.
Chrom hat keinen sehr großen Einfluss auf die Trinkwasserqualität. Es kommt normalerweise auch nicht in bedeutenden Konzentrationen in Grund- und Oberflächenwasser vor. Die spezielle Beseitigung in Kläranlagen ist daher auch unüblich.
Eine Beseitigung von Chrom aus Wasser ist dennoch möglich. Hervorragende Möglichkeiten bieten Ionenaustauscher. Eine andere Option ist der Gebrauch von Aktivkohle zur Chromentfernung.
Chrom(III) kann unter Umständen in Form des Hydroxids ausgefällt werden. Fällung ist andererseits jedoch nicht effektiv für die Beseitigung von Chrom(VI)verbindungen. Bei der Nutzung von Eisensulfat kann wahrscheinlich Chrom(VI) mit Hilfe des Eisenions zu Chrom(III) reduziert und schließlich entfernt werden. Diese Methode ist jedoch für die Trinkwasserbehandlung nicht gebräuchlich. Die Trinkwassernormen von WHO, EU und Deutschland geben alle eine maximale Chromkonzentration von 0,05 mg/L vor. Quellenangaben
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