KYSELINA CHROMOVÁ: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, VÝROBA, POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Kyselina chrómová alebo H ₂ CrO ₄ je teoreticky kyselina spojená s oxidom chrómu (VI) alebo chrómu CrO ₃ . Tento názov je vzhľadom na to, že v kyslých vodných roztokoch oxidu chromitého druh H ₂ CrO ₄ je prítomná spolu s inými druhmi chrómu (VI).

Oxid chromitý CrO ₃ je tiež nazývaný bezvodá kyselina chrómová. CrO ₃ je červenohnedý alebo purpurové pevné látky získané spracovaním roztokov dvojchróman draselný K ₂ Kr ₂ O ₇ s kyselinou sírovou, H ₂ SO ₄ .

Oxid chromitý CrO ₃ kryštály v kelímku. Rando Tuvikene. Zdroj: Wikipedia Commons.

Vodné roztoky oxidu chromového majú rovnováhu určitých chemických druhov, ktorých koncentrácia závisí od pH roztoku. Pri zásaditom pH chrómanové ióny CrO ₄ ² prevažujú , zatiaľ čo v kyslom pH ióny HCrO ₄ ^- a dvojchrómanu Kr ₂ O ₇ ^2- prevládajúcim . Odhaduje sa, že v pH kyselina chrómová H ₂ CrO ₄ je tiež prítomný .

Kvôli svojej veľkej oxidačnej schopnosti sa roztoky kyseliny chromovej používajú v organickej chémii na uskutočnenie oxidačných reakcií. Používajú sa tiež v elektrochemických procesoch na úpravu kovov tak, aby získali odolnosť proti korózii a opotrebeniu.

Niektoré polymérne materiály sa tiež upravujú kyselinou chrómovou, aby sa zlepšila ich adhézia na kovy, farby a iné látky.

Roztoky kyseliny chromovej sú vysoko nebezpečné pre ľudí, väčšinu zvierat a životné prostredie. Z tohto dôvodu sa kvapalný alebo tuhý odpad z procesov, pri ktorých sa používa kyselina chrómová, upravuje na odstránenie stôp chrómu (VI) alebo na regeneráciu všetkého prítomného chrómu a regeneráciu kyseliny chrómovej na opätovné použitie.

štruktúra

Molekula kyseliny chrómovej H ₂ CrO ₄ je tvorená chrómanových iónov CrO ₄ ^2- a dva vodíkové ióny H ⁺ k nej pripojené. V chromátovom ióne je prvok Chróm v oxidačnom stave +6.

Priestorová štruktúra chromátového iónu je štvorstenná, kde je chróm v strede a kyslík zaberá štyri vrcholy štvorstena.

V kyseline chromovej sú atómy vodíka spolu s kyslíkom. Zo štyroch väzieb chrómu s atómami kyslíka sú dve dvojité a dve jednoduché, pretože k nim sú pripojené atómy vodíka.

Štruktúra kyseliny chrómovej H ₂ CrO _4, kde je pozorované štvorboká forma chrómanu a jeho dvojitých väzieb. NEUROtiker. Zdroj: Wikipedia Commons.

Na druhej strane, oxid chromitý CrO ₃ má atóm chrómu v stave 6 oxidačným obklopený iba tri atómy kyslíka.

názvoslovie

- chrómová kyselina H ₂ CrO ₄

- Tetraoxochromic kyselina H ₂ CrO ₄

- Oxid chromitý (bezvodá kyselina chromová) CrO ₃

- oxid chromitý (bezvodá kyselina chromová) CrO ₃

vlastnosti

Fyzický stav

Kyselina bezvodá chromová alebo oxid chromitý je fialová až červená kryštalická tuhá látka

Molekulová hmotnosť

CrO ₃ : 118,01 g / mol

Bod topenia

CrO ₃ : 196 ° C

Nad jeho teplotou tavenia, že je tepelne nestabilná, stráca kyslík (zníži) za vzniku chróm (III) oxidu Kr ₂ O ₃ . Rozkladá sa pri približne 250 ° C.

Hustota

CrO ₃ : 1,67 - 2,82 g / cm ³

rozpustnosť

CrO ₃ , je veľmi rozpustný vo vode: 169 g / 100 g vody pri 25 ° C.

Je rozpustný v minerálnych kyselinách, ako sú kyselina sírová a dusičná. Rozpustný v alkohole.

Ďalšie vlastnosti

CrO ₃ je veľmi hygroskopický, jeho kryštály nerozkladá.

Keď CrO ₃ rozpúšťa vo vode, tvoria silne kyslých roztokoch.

Je to veľmi silné oxidačné činidlo. Intenzívne oxiduje organickú hmotu takmer vo všetkých jej formách. Napadá látku, kožu a niektoré plasty. Napadá tiež väčšinu kovov.

Je silne jedovatý a veľmi dráždivý kvôli vysokému oxidačnému potenciálu.

Chémia vodných roztokov, v ktorých je prítomná kyselina chromová

Oxid chromitý CrO ₃ rozpúšťa rýchlo vo vode. Vo vodnom roztoku môže chróm (VI) existovať v rôznych iónových formách.

Pri pH> 6,5, alebo v alkalickom roztoku, chróm (VI), získava chrómanu iónové forme CRO ₄ ^{2 -} žltej farby.

Ak je hodnota pH znížená (1 <pH <6,5), chróm (VI) tvoria predovšetkým HCrO ₄ ^- ión , ktorý môže dimerizáciu na dichrómanu iónov Cr ₂ O ₇ ^2- a roztok sa zafarbí na oranžovo. Pri pH medzi 2,5 a 5,5 prevládajúcich druhov sú HCrO ₄ ^- a Cr ₂ O ₇ ^2- .

Štruktúra dichrómanu iónov Cr ₂ O ₇ ² , ktorý sa nachádza spolu s dvoma sodíka sodné ⁺ ióny . Capaccio. Zdroj: Wikipedia Commons.

Zostatky, ktoré sa vyskytujú v týchto roztokoch pri znižovaní pH, sú nasledujúce:

CrO ₄ ^2- (chromát ion) + H ⁺ ⇔ HCrO ₄ ^-

HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ H ₂ CrO ₄ (kyselina chrómová)

2HCrO ₄ ^- ⇔ Cr ₂ O ₇ ^2- (dvojchróman ion) + H ₂ O

Tieto zostatky dôjsť len v prípade, že kyseliny, ktorá sa pridáva pre zníženie pH je HNO ₃ alebo HClO ₄ , pretože s inými kyselinami rôznych zlúčenín sa tvoria.

Kyslé dichrómanové roztoky sú veľmi silné oxidačné činidlá. Ale v alkalických roztokoch je chromátový ión oveľa menej oxidujúci.

získanie

Podľa zdrojov konzultované, jeden zo spôsobov, ako získať oxid chrómový CrO ₃ sa skladá z pridania kyseliny sírovej do vodného roztoku hydroxidu sodného alebo dvojchrómanu draselného, za vzniku červeno-oranžová zrazenina.

Hydrát oxidu chromitého alebo kyselina chromová. Himstakan. Zdroj: Wikipedia Commons.

Chrómová kyselina H ₂ CrO ₄ sa vyskytuje vo vodných roztokoch oxidu chromitého v kyslom prostredí.

Použitie kyseliny chromovej

Pri oxidácii chemických zlúčenín

Kyselina chromová sa vďaka svojej silne oxidačnej schopnosti už dlho úspešne používa na oxidáciu organických a anorganických zlúčenín.

Medzi nespočetnými príkladmi sú nasledujúce: umožňuje oxidáciu primárnych alkoholov na aldehydy a tieto na karboxylové kyseliny, sekundárnych alkoholov na ketóny, toluén sa kyselina benzoová, etylbenzén na acetofenón, trifenylmethan na trifenylkarbinolu, kyselina mravčia na CO ₂ , kyseliny šťaveľovej na CO ₂ , kyselina mliečna na acetaldehyd a CO ₂ , železitý ión Fe ²⁺ až železitý ión Fe ³⁺ , jodidový ión na jód atď.

Umožňuje konverziu nitrozlúčenín na nitrozlúčeniny, sulfidy na sulfóny. Podieľa sa na syntéze ketónov z alkénov, pretože oxiduje hydroborované alkény na ketóny.

Zlúčeniny, vysoko odolné voči obvyklých oxidačných činidiel, ako je kyslík O _2, alebo peroxidu vodíka H ₂ O ₂ , sa oxiduje kyselinou chrómovou. To je prípad určitých heterocyklických boranov.

Pri eloxovaní kovov

Eloxovanie kyseliny chromovej je elektrochemické ošetrenie hliníka, ktoré ho chráni pred oxidáciou, koróziou a opotrebením po mnoho rokov.

Proces eloxovania zahŕňa elektrochemickú tvorbu vrstvy oxidu hlinitého alebo aluminy na kove. Táto vrstva sa potom utesní horúcou vodou, čím sa dosiahne premena na trihydrát oxidu hlinitého.

Utesnená vrstva oxidu je hrubá, ale štrukturálne slabá a nie príliš uspokojivá na následné lepenie. Pridaním malého množstva kyseliny chromovej do tesniacej vody sa však vytvorí povrch, ktorý môže vytvárať dobré väzby.

Kyselina chrómová v tesniacej vode rozpúšťa časť hrubej bunkovej štruktúry a zanecháva tenkú, pevnú, pevne pripojenú vrstvu oxidu hlinitého, ku ktorej adhezíva priľnú a tvoria silné a trvanlivé väzby.

Eloxovanie kyseliny chromovej sa vzťahuje aj na titán a jeho zliatiny.

Pri chemickej konverzii

Kyselina chromová sa používa pri procesoch povrchového potiahnutia kovov chemickou konverziou.

Počas tohto procesu sú kovy ponorené do roztokov kyseliny chromovej. Toto reaguje a čiastočne rozpúšťa povrch, zatiaľ čo nanáša tenkú vrstvu komplexných zlúčenín chrómu, ktoré interagujú so základným kovom.

Tento proces sa nazýva chromátový konverzný povlak alebo konverzný chrómový povlak.

Kovy, ktoré sa všeobecne podrobujú konverzii chrómového povlaku, sú rôzne druhy ocele, ako je uhlíková oceľ, nehrdzavejúca oceľ a zinok potiahnutá oceľ a rôzne neželezné kovy, ako sú zliatiny horčíka, zliatiny cínu, zliatiny hliníka, meď. , kadmium, mangán a striebro.

Toto ošetrenie poskytuje odolnosť proti korózii a žiareniu kovu. Čím vyššie je pH procesu, tým väčšia je odolnosť proti korózii. Teplota urýchľuje kyslú reakciu.

Môžu sa nanášať rôzne farby, napríklad modrá, čierna, zlatá, žltá a číra. Poskytuje tiež lepšiu priľnavosť kovového povrchu k farbám a lepidlám.

Na erodovaných alebo štrbinových povrchoch

Roztoky kyseliny chrómovej sa používajú na prípravu povrchu predmetov vyrobených z termoplastického materiálu, termosetových polymérov a elastomérov na následné poťahovanie farbami alebo lepidlami.

H ₂ Cr04 _má vplyv na chémiu povrchu a jeho štruktúru, pretože pomáha zvyšovať jeho drsnosť. Kombinácia jamiek a oxidácie zvyšuje penetráciu lepidiel a môže dokonca spôsobiť zmeny vo vlastnostiach polyméru.

Používa sa na eróziu rozvetveného polyetylénu s nízkou hustotou, lineárneho polyetylénu s vysokou hustotou a polypropylénu.

Je široko používaný v priemysle elektrolytického pokovovania alebo elektrolytického pokovovania na uľahčenie adhézie kov-polymér.

Na rôzne použitia

Kyselina chromová sa používa ako prostriedok na ochranu dreva, tiež v magnetických materiáloch a na katalýzu chemických reakcií.

Regenerácia kyseliny chromovej

Existuje mnoho procesov, ktoré používajú kyselinu chrómovú a vytvárajú prúdy alebo zvyšky, ktoré obsahujú chróm (III), ktoré nie je možné zlikvidovať, pretože obsahujú ióny chrómu (VI), ktoré sú veľmi jedovaté, a nemôžu byť znovu použité, pretože koncentrácia iónov chrómanu je veľmi nízka.

Ich likvidácia vyžaduje chemickú redukciu chromátov na chróm (III), po čom nasleduje zrážanie hydroxidu a filtrácia, čo spôsobuje ďalšie náklady.

Z tohto dôvodu boli študované rôzne spôsoby odstránenia a získania chromátov. Tu je niekoľko z nich.

Použitím živíc

Živice na výmenu iónov sa už mnoho rokov používajú na úpravu vody kontaminovanej chromátmi. Toto je jedno z ošetrení schválených Agentúrou pre ochranu životného prostredia USA alebo EPA (Agentúrou pre ochranu životného prostredia).

Táto metóda umožňuje regeneráciu koncentrovanej kyseliny chrómovej, ktorá sa znova regeneruje zo živice.

Živice môžu byť silné alebo slabé. V silne bázických živíc môžu byť odstránené, pretože chromát ióny HCrO ₄ ^- a Cr ₂ O ₇ ^2- vymieňajú s iónmi OH ^- a Cl ^- . V slabo bázické živice, napríklad tie, sulfátu, ióny sú vymenené s SO ₄ ^{2 -} .

V prípade silne zásaditých R- (OH) živíc sú celkové reakcie nasledujúce:

2ROH + HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ R ₂ CrO ₄ + 2 H ₂ O

R ₂ CrO ₄ + 2HCrO ₄ ^- ⇔ 2RHCrO ₄ + CrO ₄ ^2-

R ₂ CrO ₄ + HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ R ₂ Kr ₂ O ₇ + H ₂ O

Pre každý mol R ₂ Cro ₄ prevedie jeden mol Cr (VI), sa odstráni z roztoku, čo robí tento spôsob veľmi atraktívny.

Po odstránení chromátov sa živica spracuje silne zásaditým roztokom, ktorý ich regeneruje na bezpečnom mieste. Chrómany sa potom prevedú na koncentrovanú kyselinu chrómovú, ktorá sa má znova použiť.

Elektrochemickou regeneráciou

Inou metódou je elektrochemická regenerácia kyseliny chromovej, ktorá je tiež veľmi výhodnou alternatívou. Týmto postupom sa chróm (III) anodicky oxiduje na chróm (VI). Anódovým materiálom je v týchto prípadoch výhodne oxid olovnatý.

Použitie mikroorganizmov na čistenie odpadových vôd so stopami kyseliny chrómovej

Metóda, ktorá bola skúmaná a stále sa študuje, je použitie mikroorganizmov, ktoré sa prirodzene vyskytujú v určitých odpadových vodách kontaminovaných šesťmocnými iónmi chrómu, ktoré sú obsiahnuté v roztokoch kyseliny chromovej.

Odtoky škodlivé pre životné prostredie. Autor: OpenClipart-Vectors. Zdroj: Pixabay.

To je prípad určitých baktérií prítomných v odpadových vodách na vyčiňovanie kože. Tieto mikróby boli študované a zistilo sa, že sú odolné voči chrómanom a sú tiež schopné redukovať chróm (VI) na chróm (III), ktorý je oveľa menej škodlivý pre životné prostredie a živé bytosti.

Z tohto dôvodu sa odhaduje, že sa dajú použiť ako ekologická metóda na sanáciu a detoxikáciu odpadových vôd kontaminovaných stopami kyseliny chromovej.

Nebezpečenstvo kyseliny chromovej a oxidu chromitého

CrO ₃ nie je horľavý, ale môže zosilniť spaľovanie iných látok. Mnoho z ich reakcií môže spôsobiť požiar alebo výbuch.

Roztoky CrO ₃ a kyseliny chromovej sú silne dráždivé pre pokožku (môžu spôsobiť dermatitídu), oči (môžu páliť) a sliznice (môžu spôsobiť bronchoazmu) a môžu spôsobovať tzv. „Chrómové diery“ v dýchacom systéme. ,

Zlúčeniny chrómu (VI), ako je kyselina chrómová a oxid chromitý, sú pre väčšinu živých zvierat vážne toxické, mutagénne a karcinogénne.

Referencie

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
2. Americká národná lekárska knižnica. (2019). Kyselina chromová. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF a Van Twisk, J. (2013). Hliník a zliatiny hliníka. 2.5. Proces eloxovania kyseliny chromovej. V technikách povrchovej úpravy lepenia lepidiel (druhé vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
4. Wegman, RF a Van Twisk, J. (2013). Horčík. 6.4. Príprava horčíka a zliatin horčíka procesmi úpravy kyseliny chromovej. V technikách povrchovej úpravy lepenia lepidiel (druhé vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
5. Grot, W. (2011). Aplikácie. 5.1.8. Regenerácia kyseliny chromovej. In Fluorinated Ionomers (Second Edition). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
6. Swift, KG a Booker, JD (2013). Procesy povrchového inžinierstva. 9.7. Chromátovaním. V Príručke pre výber výrobného procesu. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
7. Poulsson, AHC a kol. (2019). Techniky povrchovej modifikácie PEEK, vrátane plazmovej povrchovej úpravy. 11.3.2.1. Povrchové leptanie. V príručke PEEK Biomaterials Handbook (druhé vydanie). Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mechanizmy oxidácie kyseliny chromovej. Chemical Reviews 1949, 45, 3, 419 - 451. Obnovené z adresy pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Odstránenie kyseliny chromovej pomocou aniónovej výmeny. Kanadský vestník chemického inžinierstva, zväzok 77, február 1999. Zdroj: onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM a kol. (2018). Izolácia a charakterizácia baktérií redukujúcich chróm (VI) z odpadov z koželužní a pevných odpadov. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Získané z ncbi.nlm.nih.gov.