KROMOVA KISLINA: STRUKTURA, LASTNOSTI, PROIZVODNJA, UPORABE - KEMIJA - 2025

Kromova kislina ali H ₂ CrO ₄ je teoretično kislina povezana z kromovega oksida (VI) ali chromia SLO ₃ . To ime je posledica dejstva, da je v kislih vodnih raztopinah kromovega oksida vrsta H ₂ CrO ₄ prisotna skupaj z drugimi vrstami kroma (VI).

Kromov oksid CrO ₃ imenujemo tudi brezvodna kromova kislina. CrO ₃ je rdečkasto-rjave ali vijolično trdno snov, ki je pridobljen z obdelavo raztopine kalijevega dikromata K ₂ Cr ₂ O ₇ z žveplovo kislino H ₂ SO ₄ .

Kromatski oksidi CrO ₃ kristali v lončku. Rando Tuvikene. Vir: Wikipedia Commons.

Vodne raztopine kromovega oksida imajo ravnovesje nekaterih kemičnih vrst, katerih koncentracija je odvisna od pH raztopine. Na bazičnim pH Kromova ioni CrO ₄ ^2- Prevladujeta , medtem ko kisline pH ioni HCrO ₄ ^- in dikromat Cr ₂ O ₇ ^2- prevladujejo . Ocenjujejo, da je pri pH pH prisotna tudi kromova kislina H ₂ CrO ₄ .

Raztopine kromove kisline se zaradi svoje velike oksidacijske moči uporabljajo v organski kemiji za izvajanje oksidacijskih reakcij. Uporabljajo se tudi v elektrokemijskih postopkih za obdelavo kovin, tako da pridobijo odpornost proti koroziji in obrabi.

Nekateri polimerni materiali so obdelani tudi s kromovo kislino, da se izboljša njihova oprijemljivost na kovine, barve in druge snovi.

Raztopine kromove kisline so zelo nevarne za ljudi, večino živali in okolje. Zaradi tega se tekoči ali trdni odpadki iz procesov, pri katerih se uporablja kromova kislina, obdelajo, da se odstranijo sledi kroma (VI) ali da se odstrani ves prisoten krom in regenerira kromova kislina za ponovno uporabo.

Struktura

Molekula kromove kisline H ₂ CrO ₄ tvori kromatni ion CrO ₄ ^2- in dva vodikova iona H ^+, ki sta nanjo pritrjena. V kromatnem ionu je element Chrom v oksidacijskem stanju +6.

Prostorska zgradba kromatnega iona je tetraedrska, kjer je krom v središču, kisik pa zaseda štiri vrhove tetraedra.

V kromovi kislini so vodikovi atomi skupaj s kisikom. Od štirih vezi kroma s kisikovimi atomi sta dva dvojna in dva preprosta, saj imata na njih vezan vodik.

Struktura kromove kisline H ₂ CrO _4, kjer opazimo tetraedrsko obliko kromata in njegove dvojne vezi. NEUROtiker. Vir: Wikipedia Commons.

Po drugi strani ima kromov oksid CrO ₃ kromov atom v stanju +6 oksidacije, ki ga obdajajo samo trije kisikovi atomi.

Nomenklatura

- Kromova kislina H ₂ CrO ₄

- tetraksokromova kislina H ₂ CrO ₄

- Kromova oksid (brezvodni kromova kislina) SLO ₃

- kromovega trioksida (brezvodni kromova kislina) SLO ₃

Lastnosti

Fizično stanje

Brezvodna kromova kislina ali kromov oksid je kristalna trdna barva vijolične do rdeče barve

Molekularna teža

CrO ₃ : 118,01 g / mol

Tališče

CrO ₃ : 196 ºC

Nad njenim tališčem je termično stabilna, izgubi kisik (se zmanjša), da dobimo kromov (III) oksida Cr ₂ O ₃ . Razpade pri približno 250 ° C.

Gostota

CrO ₃ : 1,67-2,82 g / cm ³

Topnost

CrO ₃ je zelo topen v vodi: 169 g / 100 g vode pri 25 ° C.

Topen je v mineralnih kislinah, kot so žveplova in dušikova. Topen v alkoholu.

Druge lastnosti

CrO ₃ je zelo higroskopičen, njegovi kristali so čudoviti.

Ko se CrO ₃ raztopi v vodi, tvori močno kisle raztopine.

Je zelo močan oksidant. Močno oksidira organsko snov v skoraj vseh oblikah. Napada tkanino, usnje in nekaj plastike. Prav tako napada večino kovin.

Je močno strupen in zelo draži zaradi visokega oksidacijskega potenciala.

Kemija vodnih raztopin, v katerih je kromova kislina

Kromov oksid CrO ₃ se hitro raztopi v vodi. V vodni raztopini lahko krom (VI) obstaja v različnih ionskih oblikah.

Pri pH> 6,5 ali v alkalni raztopini krom (VI) pridobi kromatni ion v obliki CrO ₄ ^{2 -} rumene barve.

Če se pH zniža (1 <pH <6,5), krom (VI) v glavnem tvori ion HCrO ₄ ^- , ki se lahko zmanjša v dikromatni ion Cr ₂ O ₇ ^2- , raztopina pa postane oranžna. Pri pH med 2,5 in 5,5 prevladuje vrsta HCrO ₄ ^- in Cr ₂ O ₇ ^2- .

Struktura dikromatnega iona Cr ₂ O ₇ ^2-, ki ga najdemo skupaj z dvema natrijevima Na ⁺ ionoma . Capaccio. Vir: Wikipedia Commons.

Ravnotežja, ki se pojavijo v teh raztopinah, ko pH pada, so naslednja

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

HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔H ₂ CrO ₄ (kromova kislina)

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

Do teh ravnotežij pride le, če je kislina, ki ji dodamo za znižanje pH, HNO ₃ ali HClO ₄ , ker z drugimi kislinami nastanejo različne spojine.

Raztopine kislih dikromatov so zelo močna oksidacijska sredstva. Toda v alkalnih raztopinah kromatni ion veliko manj oksidira.

Pridobitev

Po virih posvetovali, eden od načinov za pridobitev kromove oksid cro ₃ z dodajanjem žveplene kisline v vodno raztopino natrijevega ali kalijevega dikromata, ki tvori rdeč-oranžno oborino.

Hromov oksidov hidrat ali kromova kislina. Himstakan. Vir: Wikipedia Commons.

Kromna kislina H ₂ CrO ₄ najdemo v vodnih raztopinah kromovega oksida v kislem mediju.

Uporaba kromove kisline

Pri oksidaciji kemičnih spojin

Zaradi močne oksidacijske sposobnosti se kromova kislina že dolgo uspešno uporablja za oksidacijo organskih in anorganskih spojin.

Med neštetimi primeri so naslednji: omogoča oksidacijo primarnih alkoholov v aldehide in teh do karboksilnih kislin, sekundarnih alkoholov do ketonov, toluena do benzojeve kisline, etilbenzena do acetofenona, trifenilmetana do trifenilkarbinola, mravljinčne kisline do CO ₂ , oksalne kisline do CO ₂ , mlečna kislina do acetaldehida in CO ₂ , železov ion Fe ²⁺ do železovega iona Fe ³⁺ , jodidni ion do joda itd.

Omogoča pretvorbo nitrozo-spojin v nitro-spojine, sulfide v sulfone. Sodeluje pri sintezi ketonov, začenši z alkeni, saj oksidira hidroborirane alkene v ketone.

Spojine zelo odporni na običajne oksidanti, kot so kisik O ₂ ali vodikov peroksid H ₂ O ₂ , oksidiramo z kromova kislina. To velja za nekatere heterociklične burne.

Pri postopkih anodiziranja kovin

Anodizacija kromove kisline je elektrokemična obdelava, ki jo na aluminij zaščitimo že vrsto let pred oksidacijo, korozijo in obrabo.

Postopek anodiziranja vključuje elektrokemično tvorbo plasti aluminijevega oksida ali glinice na kovini. Ta plast se nato zapre v vročo vodo, s katero dosežemo pretvorbo v trihidrat aluminijevega oksida.

Zaprta plast oksida je debela, vendar strukturno šibka in ne zelo zadovoljiva za kasnejše lepljenje. Vendar z dodajanjem majhne količine kromove kisline v vodi za tesnjenje nastane površina, ki lahko tvori dobre vezi.

Kromova kislina v vodi za raztapljanje raztopi nekaj grobe celične strukture in pusti tanko, močno, trdno pritrjeno plast aluminijevega oksida, na katero se lepilo oprime in tvori močne in trpežne vezi.

Anodizacija kromove kisline velja tudi za titan in njegove zlitine.

Pri kemičnih pretvorbah

Kromna kislina se uporablja pri postopkih prevleke kovin s kemično pretvorbo.

Med tem postopkom kovine potopimo v raztopine kromove kisline. Ta reagira in delno raztopi površino, hkrati pa odlaga tanko plast kompleksnih kromovih spojin, ki medsebojno delujejo z osnovno kovino.

Ta postopek imenujemo prevleka s kromatsko pretvorbo ali pretvorba krom.

Kovine, ki so običajno podvržene pretvarjanju s kromiranjem, so različne vrste jekla, kot so ogljikovo jeklo, nerjavno jeklo in pocinkano jeklo ter različne neželezne kovine, kot so magnezijeve zlitine, kositrne zlitine, aluminijeve zlitine, baker. , kadmij, mangan in srebro.

Ta obdelava zagotavlja odpornost proti koroziji in sijaj kovine. Višji kot je pH pri postopku, večja je odpornost proti koroziji. Temperatura pospeši reakcijo kisline.

Lahko se nanesejo premazi različnih barv, kot so modra, črna, zlata, rumena in prozorna. Omogoča tudi boljši oprijem kovinske površine na barve in lepila.

V erodiranih ali jaških površinah

Raztopine kromove kisline se uporabljajo pri pripravi površine predmetov iz termoplastičnega materiala, termoset polimerov in elastomerov za kasnejše premazovanje z barvami ali lepilom.

H ₂ CrO ₄ vpliva na kemijo površine in njeno strukturo, saj pomaga povečati njeno hrapavost. Kombinacija pitta in oksidacije poveča prodiranje lepil in lahko celo povzroči spremembe lastnosti polimera.

Uporabljali so ga za razkroj razvejenega polietilena z nizko gostoto, linearnega polietilena visoke gostote in polipropilena.

Široko se uporablja v industriji za galvanizacijo ali galvanizacijo, da olajša oprijem kovine in polimerov.

V različnih vrstah uporabe

Kromova kislina se uporablja kot konzervans za les, tudi v magnetnih materialih in za katalizo kemičnih reakcij.

Izkoristek kromove kisline

Obstaja veliko postopkov, ki uporabljajo kromovo kislino in ustvarjajo tokove ali ostanke, ki vsebujejo krom (III), ki ga ni mogoče odstraniti, ker imajo kroma (VI) ione, ki so zelo strupeni, niti jih ni mogoče ponovno uporabiti, ker je koncentracija kromatskih ionov zelo nizka.

Za njihovo odstranjevanje je treba kemično reducirati kromate do kroma (III), čemur sledi obarjanje hidroksida in filtracija, kar povzroči dodatne stroške.

Zaradi tega so bile proučene različne metode za odstranjevanje in obnavljanje kromatov. Tukaj je nekaj teh.

Z uporabo smole

Ionske izmenjevalne smole se že vrsto let uporabljajo za čiščenje vode, onesnažene s kromati. To je eden od načinov zdravljenja, ki ga je odobrila ameriška agencija za varstvo okolja ali EPA (Environmental Protection Agency).

Ta metoda omogoča pridobivanje koncentrirane kromove kisline, saj se ta ponovno regenerira iz smole.

Smole so lahko močne ali šibke. V močno bazičnih smolah lahko kromat odstranimo, saj se iona HCrO ₄ ^- in Cr ₂ O ₇ ^2- izmenjujeta z ionoma OH ^- in Cl ^- . V šibko bazičnih smolah, na primer sulfatu, se ioni izmenjujejo s SO ₄ ^{2 -} .

V primeru močno bazičnih R- (OH) smol so splošne reakcije naslednje:

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

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

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

Za vsak mol R ₂ cro ₄ pretvori, en mol Cr (VI) odstrani iz raztopine, zaradi česar je ta postopek zelo privlačen.

Po odstranitvi kromatov smolo obdelamo z močno alkalno raztopino, da jih obnovimo na varnem mestu. Kromati se nato pretvorijo v koncentrirano kromovo kislino, da se ponovno uporabijo.

Skozi elektrokemijsko regeneracijo

Druga metoda je elektrokemična regeneracija kromove kisline, ki je tudi zelo priročna alternativa. Krom (III) se s tem postopkom anodično oksidira v krom (VI). Anodni material je v teh primerih prednostno svinčev dioksid.

Uporaba mikroorganizmov za čiščenje odpadnih vod s sledovi kromove kisline

Metoda, ki je bila raziskana in se še preučuje, je uporaba mikroorganizmov, ki so naravno prisotni v nekaterih odpadnih vodah, onesnaženih s šestkovalentnimi kromiranimi ioni, ki jih vsebujejo raztopine kromove kisline.

Odtoki, škodljivi za okolje. Avtor: OpenClipart-Vectors. Vir: Pixabay.

Tak primer so nekatere bakterije, ki so prisotne v odpadni vodi za strojenje usnja. Te mikrobe so preučevali in ugotovili so, da so odporni na kromatike in so sposobni reducirati krom (VI) na krom (III), ki je manj škodljiv za okolje in živa bitja.

Zaradi tega se ocenjuje, da se lahko uporabljajo kot okolju prijazna metoda za sanacijo in razstrupljanje odpadnih voda, onesnaženih s sledovi kromove kisline.

Nevarnosti kromove kisline in kromovega oksida

CrO ₃ ni vnetljiv, lahko pa intenzivira izgorevanje drugih snovi. Mnogo njihovih reakcij lahko povzroči požar ali eksplozijo.

Raztopine CrO ₃ in kromove kisline so močna dražilna sredstva za kožo (lahko povzročijo dermatitis), oči (lahko gorijo) in sluznico (lahko povzročijo bronhoasmo) in lahko povzročijo tako imenovane "kromove luknje" v dihalih. .

Kromove (VI) spojine, kot so kromova kislina in kromov oksid, so za večino živih snovi močno strupene, mutagene in rakotvorne.

Reference

1. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
2. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Kromna kislina. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF in Van Twisk, J. (2013). Aluminij in aluminijeve zlitine. 2.5. Postopek anodiranja kromove kisline. V tehniki priprave površin za lepljenje (druga izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
4. Wegman, RF in Van Twisk, J. (2013). Magnezij. 6.4. Priprava magnezijevih in magnezijevih zlitin s postopki obdelave s kromovo kislino. V tehniki priprave površin za lepljenje (druga izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Prijave. 5.1.8. Obnova kromove kisline. V fluoriranih ionomerih (druga izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
6. Swift, KG in Booker, JD (2013). Površinski inženirski postopki. 9.7. Kromiranje. Priročnik za izbiro proizvodnih postopkov. Pridobljeno od sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC in sod. (2019). Tehnike spreminjanja površine PEEK, vključno s površinsko obdelavo s plazmo. 11.3.2.1. Jedkanje na površini V priročniku PEEK Biomaterials (druga izdaja). Pridobljeno od sciencedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mehanizmi oksidacije kromove kisline. Kemični pregledi 1949, 45, 3, 419–451. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Odstranjevanje kromove kisline z Anion Exchange. Kanadski časopis za kemijsko inženirstvo, letnik 77, februar 1999. Vzpostavljeno iz spletnega mesta knjižnica.wiley.com.
10. Kabir, MM in sod. (2018). Izolacija in karakterizacija krom (VI) bakterij, ki zmanjšujejo krompirjevo odpadno tekočino in trdne odpadke. Svetovni časopis za mikrobiologijo in biotehnologijo (2018) 34: 126. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.