CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CROM 1. Vai trò của Crom với con người Đặc tính, độc tính của các kim loại phụ thuộc vào dạng của chúng. Crom tồn tại chủ yếu ở hai dạng oxi hóa cơ bản đó là Crom hóa trị +3 (Cr(III)) và Crom hóa trị +6 (Cr(VI)).
Trong khi Cr(III) đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa đường, insulin và protein, Cr(VI) lại được coi là tác nhân gây đột biến và ung thư. Cr(VI) bị nghi ngờ là thể hiện độc tính cao khi hít phải, nó sẽ tác dụng lên đường hô hấp, gan, thận, hệ tiêu hóa và hệ miễn dịch hoặc có thể ở trong máu. Nghiên cứu dịch tễ học của công nhân tiếp xúc với Cr(VI) cho thấy khi hít phải Cr(VI) làm tăng nguy cơ ung thư phổi. Khi tiếp xúc với Cr(VI) gây viêm da, mọc mụn, loét da.
Có nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng gây ung thư của Cr(VI) sau khi tiến hành thí nghiệm cho chuột uống nước có chứa Cr(VI). Tuy nhiên độc tính của Cr trong thực phẩm còn đang được thảo luận vì Cr(VI) bị giảm đáng kể trong môi trường axit của dạ dày. Vì vậy sự phơi nhiễm Cr(VI) qua hô hấp và tiếp xúc gây ra nhiều vấn đề hơn so với sự phơi nhiễm qua đường ăn uống.[1] Thông thường, hàm lượng crom trong cơ thể động vật và thực vật vào khoảng 10-3 – 10-4 %, còn trong cơ thể người khoảng 10-3 – 10-6 %, nhu cầu crom hằng ngày của cơ thể con người là khoảng 50 – 200 µg. Crom có ích cho cơ thể người lớn trong việc đồng hóa cacbonhydrat và lipit kép.
Sự thiếu crom trong cơ thể dẫn đến sự tăng đường huyết. Y học khuyến cáo phụ nữ đang mang thai và mẹ đang trong thời kì cho con bú, bệnh nhân tiểu đường và người trên 45 tuổi nên sử dụng những thực phẩm chứa nhiều crom như thuốc lên men, gan động vật, rau quả tươi.[2] Crom kích thích hoạt động của insulin, loại hormon giúp tiêu thụ thành phần glucose trong những tế bào để dự trữ hoặc sản sinh năng lượng cho cơ thể. Nó còn hỗ trợ hoạt động của tuyến tuỵ trong việc sản sinh insulin. Hơn thế, Crom tác động đến sự chuyển hoá của chất béo bằng việc đốt cháy lipit, giảm luan an 4 lượng cholesterol có hại trong cơ thể cũng như ngừa béo phì và các bệnh lý về tim mạch, chứng xơ vữa động mạch.
Crom hỗ trợ vận chuyển đường huyết (glucose) từ mạch máu đến các tế bào, điều khiển lượng đường trong máu và có thể kiểm soát bệnh tiểu đường loại 2. Crom tác động tích cực đến thị giác, nếu một người có hàm lượng crom thấp thì nguy cơ mắc bệnh tăng nhãn áp càng cao. Crom làm giảm thiểu quá trình mất canxi, vì thế nó giúp ngăn ngừa tình trạng loãng xương đối với những phụ nữ tiền mãn kinh. Đối với phụ nữ mang thai, mẹ bầu thường mắc chứng tiểu đường thai kỳ, để giữ cho mức đường trong cơ thể ở mức bình thường, Crom sẽ làm việc với hormon insulin để duy trì lượng đường đó.
Crom cũng thúc đẩy việc tạo thành các protein trong các mô tế bào đang lớn dần của em bé trong bụng, góp phần vào sự phát triển của thai nhi. Nhu cầu Crom đối với phụ nữ có thai và cho con bú là khoảng 55 – 60 µg, thậm chí có tài liệu đề cập còn cao hơn. Thiếu crom sẽ gây ra những triệu chứng như lo lắng, buồn bực, mắc một số bệnh về vành tim, bệnh tiểu đường, bệnh đường huyết thấp hay làm rối loạn chức năng gây béo phì. Thừa crom gây ra một số bệnh liên quan đến dạ dày, hạ đường huyết, nặng hơn là gây tổn thương gan, thận, thần kinh và gây ra nhịp tim bất thường.[2] Crom tồn tại trong men, thịt, khoai tây, phô mai, mật đường, gia vị, các loại ngũ cốc nguyên hạt và trái cây rau củ quả tươi sống.
Bên cạnh đó, crom cũng có mặt trong một số loại sữa công thức. Tỷ lệ Crom có trong thực phẩm như gan bò, lòng đỏ trứng, men bia thường thấp dưới 10µg/100g, tỷ lệ này nhiều hơn một chút trong ngô, khoai tây, bánh mỳ đen, đậu xanh, nấm, thịt bò.[2] luan an 5 Hình 1. Các nguồn thực phẩm giàu Crom Độc tính của Crom đối với con người Các nguồn phát thải Crom vào môi trường (sự phong hóa đất đá, núi lửa hoạt động, hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thuộc da…) đã thải một lượng Crom vào môi trường tạo ra sự tích lũy Crom trong môi trường (đất, nước, không khí, trầm tích). Khi con người và động thực vật tiếp xúc và trao đổi chất với môi trường làm cho một lượng Crom trong môi trường được đưa vào và tích lũy trong cơ thể người và các loài động thực vật.
Sau đó các động thực vật lại được sử dụng làm thực phẩm hay chế phẩm để cung cấp cho con người. Do đó làm cho lượng Crom tích lũy trong cơ thể người tăng lên. Sự tích lũy trong thời gian dài có thể gây ra một số bệnh ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Với đặc tính hóa lý của Crom (như: nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao, khó oxi hóa, cứng, tính bảo vệ cao…) mà Crom ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống cũng như công nghiệp.
Cùng với đó là việc ô nhiễm kim loại Crom trong môi trường ngày càng gia tăng, tác hại của nó gây ra cho con người ngày càng nhiều. Crom được xếp vào nhóm có khả năng gây ung thư, tùy vào dạng tồn tại của nó mà có sự tác động đến con người khác nhau. Crom thường tồn tại ở dạng Cr(III) và Cr(VI), Cr(III) tham gia vào sự điều tiết insulin và chuyển hóa glucose trong cơ thể trong khi Cr(VI) rất độc (độc gấp 100 lần so luan an 6 với Cr(III)), đây là tác nhân chủ yếu dẫn đến bệnh ung thư, đột biến gen, các bệnh ngoài da cho con người. Tuy nhiên con người lại hấp thụ Cr(VI) nhiều hơn Cr(III), crom kim loại thì không độc.[3, 4] Crom xâm nhập vào con người thông qua ba đường: tiêu hóa, hô hấp và tiếp xúc.
Sau khi xâm nhập vào cơ thể thì Crom hòa tan trong máu ở nồng độ 0,001mg/l, sau đó chúng được hòa tan vào hồng cầu (tốc độ hòa tan tăng nhanh từ 10-20 lần). Từ hồng cầu crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng rồi được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu. Ở các cơ quan phủ tạng, crom hòa tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm.[3] Qua tiếp xúc: Khi tiếp xúc với da, các hợp chất của Cr(VI) có thể gây lở loét, mọc mụn cơm. Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên, kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát.
Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành tràm hóa. Qua đường hô hấp: Khi trực tiếp hít phải có thể dẫn đến viêm đường hô hấp, viêm yết hầu, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi). Khi ở dạng hóa hơi chất này sẽ gây bỏng nghiêm trọng cho hệ hô hấp của người bị thấm nhiễm. Qua đường tiêu hóa: Crom xâm nhập vào cơ thể người chủ yếu qua con đường thức ăn, lên mô để tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư.
Tuy nhiên với hàm lượng cao, Crom làm kết tủa các protein, các axit nuclêic và ức chế lên men cơ bản. Mức độ hấp thụ qua đường ruột tùy thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thụ và còn có thể thấm qua màng tế bào. Nếu Cr(III) chỉ hấp thụ 1% thì lượng hấp thụ của Cr(VI) sẽ lên tới 50%. Tính chất và các dạng tồn tại của Crom Crom có số oxi hóa đa dạng từ +1 đến +6, trong đó số oxi hóa +3 và +6 là hai dạng bền nhất và có ứng dụng rộng rãi trong đời sống.
Crom trong các hợp chất có số oxi hóa khác nhau thì có màu đặc trưng khác nhau: Cr(VI) thể luan an 7 hiện tính oxi hóa mạnh và dung dịch có màu vàng hoặc da cam, Cr(III) có màu xanh lá cây (đây là dạng bền nhất của crom), Cr(II) thể hiện tính khử và dung dịch có màu xanh da trời (ngoài ra các hợp chất của Cr(II) có các màu khác như CrO màu đen, Cr(OH)2 màu vàng, CrS màu đen, CrCl2 màu trắng). Cr(III) thu được bằng cách hòa tan nguyên tố Crom trong axit như HCl, H2SO4 hoặc có thể thu được bằng cách khử Cr(VI) bằng cytochrom C7. Crom (III) có xu hướng hình thành các phức bát diện, Clorua hydrat crom (III) thương mại là phức chất màu xanh đậm [CrCl2(H2O)4]Cl, hợp chất [CrCl(H2O)5]Cl2 có màu xanh nhạt, [Cr(H2O)6]Cl3 màu violet. Nếu Clorua crom (III) màu xanh lá cây, không ngậm nước được hòa tan trong nước thì dung dịch màu xanh lá cây sẽ chuyển sang màu tím sau một thời gian khi clorua trong cầu liên kết được thay thế bằng nước.
Nó bị tách nước khi đun nóng tạo thành Cr2O3 có màu xanh lá và có cấu trúc tinh thể giống hệt corundum. Crom (VI) Các hợp chất Crom (VI) là các chất oxi hóa ở pH thấp hoặc trung tính, Cr(VI) chủ yếu tồn tại ở dạng CrO42- và Cr2O72-. Chúng tồn tại một trạng thái cân bằng, phụ thuốc vào pH. 2 [CrO4]2−+ 2 H+⇌ [Cr2O7]2−+ H2O Các halogenua Cr(VI) bao gồm CrF6 và CrO2Cl2.
Cả CrO42- và Cr2O72- đều là tác nhân oxi hóa mạnh ở pH thấp. Cr2O2−7 + 14 H3O+ + 6 e− → 2Cr3+ + 21H2O (ε0= 1,33V) Tuy nhiên chúng chỉ bị oxi hóa vừa phải ở pH cao. CrO2−4 + 4H2O + 3 e− → Cr(OH)3 + 5OH−(ε0= −0,13V) luan an 8 Axit Cromic có công thức giả thiết là H2CrO4, nó là một hóa chất chưa được mô tả rõ ràng, mặc dù nhiều có nhiều Cromat và dicromat đã được xác định rõ. CrO3 có màu đỏ sẫm, anhydrit axit của axit cromic được bán dưới dạng axit cromic công nghiệp.
Nó có thể được sản xuất bằng cách trộn lẫn axit sunfuric với dicromat, và nó là một tác nhân oxi hóa mạnh. Một số dạng oxi hóa khác của Crom Các hợp chất của Cr(V) khá hiếm, chúng chỉ tồn tại trong các hợp chất trung gian trong nhiều phản ứng liên quan đến qúa trình oxi hóa bằng cromat. Hợp chất nhị phân duy nhất của Cr(V) là CrF5, đây là chất rắn màu đỏ dễ bay hơi, điểm nóng chảy ở 30°C, nhiệt độ sôi là 117°C. Một trạng thái khác của Cr(V) là Peroxocromat (V) (K3[Cr(O2)4]), hợp chất có màu đỏ nâu, ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng tự phân hủy một cách tự nhiên ở 150 – 170°C.