KYSELINA CHROMOVÁ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, VÝROBA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Kyselina chromová nebo H ₂ CrO ₄ je teoreticky kyselina spojena s oxidem chrómu (VI) nebo chrómu CrO ₃. Tento název je vzhledem k tomu, že v kyselých vodných roztocích oxidu chromitého druh H ₂ CrO ₄ je přítomna společně s jinými druhy chrómu (VI).

Oxid chromitý CrO ₃ se také nazývá bezvodá kyselina chromová. CrO ₃ je červeno-hnědé nebo purpurové pevné látky, která se získá zpracováním roztoků dvojchroman draselný K ₂ kr ₂ O ₇ s kyselinou sírovou, H ₂ SO ₄.

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

Vodné roztoky oxidu chromového vykazují rovnováhu určitých chemických druhů, jejichž koncentrace závisí na pH roztoku. Při zásaditém pH chromanové ionty CrO ₄ ² převažují, zatímco v kyselém pH ionty HCrO ₄ ^- a dvojchromanu kr ₂ O ₇ ^2- převládajícím. Odhaduje se, že v pH kyselina chromová H ₂ CrO ₄ je také přítomen.

Kvůli jejich velké oxidační síle se roztoky kyseliny chromové v organické chemii používají k provádění oxidačních reakcí. Používají se také v elektrochemických procesech k ošetření kovů tak, aby získaly odolnost vůči korozi a opotřebení.

Některé polymerní materiály jsou také ošetřeny kyselinou chromovou, aby se zlepšila jejich adheze k kovům, barvám a jiným látkám.

Roztoky kyseliny chromové jsou vysoce nebezpečné pro člověka, většinu zvířat a životní prostředí. Z tohoto důvodu se kapalné nebo pevné odpady z procesů, při nichž se používá kyselina chromová, zpracovávají, aby se odstranily stopy chrómu (VI) nebo aby se odstranil veškerý přítomný chrom a regenerovala se kyselina chromová pro opětovné použití.

Struktura

Molekula kyseliny chromové H ₂ CrO ₄ je tvořena chromanových iontů CrO ₄ ^2- a dva vodíkové ionty H ⁺ k ní připojeny. V chromátovém iontu je prvek Chromium v ​​oxidačním stavu +6.

Prostorová struktura chromátového iontu je tetrahedrální, kde je chrom ve středu a kyslík zabírá čtyři vrcholy čtyřstěnu.

V kyselině chromové jsou atomy vodíku společně s kyslíkem. Ze čtyř vazeb chromu s atomy kyslíku jsou dvě dvojité a dvě jednoduché, protože tyto mají vodíky připojené k nim.

Struktura kyseliny chromové H ₂ CrO _4, kde je pozorováno čtyřboká forma chromanu a jeho dvojných vazeb. NEUROtiker. Zdroj: Wikipedia Commons.

Na druhé straně, oxid chromitý CrO ₃ má atom chrómu ve stavu 6 oxidačním obklopen pouze tři atomy kyslíku.

Nomenklatura

- chromová 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 nebo oxid chromitý je purpurová až červená krystalická pevná látka

Molekulární váha

CrO ₃: 118,01 g / mol

Bod tání

CrO ₃: 196 ° C

Nad jeho teplotou tavení, že je tepelně nestabilní, ztrácí kyslík (sníží) za vzniku chrom (III) oxidu kr ₂ O ₃. Rozkládá se při přibližně 250 ° C.

Hustota

CrO ₃: 1,67 až 2,82 g / cm ³

Rozpustnost

CrO ₃, je velmi rozpustný ve vodě: 169 g / 100 g vody při 25 ° C.

Je rozpustný v minerálních kyselinách, jako je kyselina sírová a dusičná. Rozpustný v alkoholu.

Další vlastnosti

CrO ₃ je velmi hygroskopický, jeho krystaly jsou kluzké.

Když CrO ₃ rozpouští ve vodě, tvoří silně kyselých roztocích.

Je to velmi silný oxidant. Intenzivně oxiduje organickou hmotu téměř ve všech jejích formách. Napadá látku, kůži a některé plasty. Také útočí na většinu kovů.

Je silně jedovatý a velmi dráždivý díky vysokému oxidačnímu potenciálu.

Chemie vodných roztoků, kde je přítomna kyselina chromová

Oxid chromitý CrO ₃ rozpouští rychle ve vodě. Ve vodném roztoku může chrom (VI) existovat v různých iontových formách.

Při pH> 6,5 nebo v alkalickém roztoku získává chrom (VI) chromátový iont CrO ₄ ^{2 -} žluté barvy.

Je-li hodnota pH snížena (1 <pH <6,5), chrom (VI) tvoří především HCrO ₄ ^- iont, který může dimerizaci na dichromanu iontů Cr ₂ O ₇ ^2- a roztok se zabarví oranžově. Při pH mezi 2,5 a 5,5 převládajících druhů jsou HCrO ₄ ^- a Cr ₂ O ₇ ^2-.

Struktura dichromanu iontů Cr ₂ O ₇ ², který se nachází spolu s dvěma sodíku sodné ⁺ ionty. Capaccio. Zdroj: Wikipedia Commons.

Zůstatky, které se vyskytují v těchto roztocích při snižování pH, jsou následující:

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

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

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

Tyto zůstatky dojít pouze v případě, že kyseliny, která se přidává pro snížení pH je HNO ₃ nebo HClO ₄, protože s jinými kyselinami různých sloučenin se tvoří.

Kyselé dichromanové roztoky jsou velmi silnými oxidačními činidly. Ale v alkalických roztocích je chromátový ion mnohem méně oxidující.

Získání

Podle zdrojů konzultovány, jeden ze způsobů, jak získat oxid chromový CrO ₃ je přidání kyseliny sírové do vodného roztoku hydroxidu sodného nebo dvojchromanu draselného, za vzniku červeno-oranžová sraženina.

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

Chromová kyselina H ₂ CrO ₄ se vyskytuje ve vodných roztocích oxidu chromitého v kyselém prostředí.

Použití kyseliny chromové

Při oxidaci chemických sloučenin

Kyselina chromová se díky své silně oxidační schopnosti úspěšně používá k oxidaci organických a anorganických sloučenin.

Mezi nesčetnými příklady jsou následující: umožňuje oxidaci primárních alkoholů na aldehydy a tyto na karboxylové kyseliny, sekundárních alkoholů na ketony, toluen se kyselina benzoová, ethylbenzen na acetofenon, trifenylmethan na trifenylkarbinolu, kyselina mravenčí na CO ₂, kyseliny šťavelové na CO ₂, kyselina mléčná na acetaldehyd a CO ₂, železitý ion Fe ²⁺ na železitý ion Fe ³⁺, jodidový ion na jód atd.

Umožňuje přeměnu nitrososloučenin na nitrosloučeniny, sulfidy na sulfony. Podílí se na syntéze ketonů počínaje alkeny, protože oxiduje hydroborované alkeny na ketony.

Sloučeniny, vysoce odolné vůči obvyklých oxidačních činidel, jako je kyslík O _2, nebo peroxidu vodíku H ₂ O ₂, se oxiduje kyselinou chromovou. To je případ některých heterocyklických boranů.

Při eloxování kovů

Eloxování kyselinou chromovou je elektrochemické ošetření aplikované na hliník, které ho po mnoho let chrání před oxidací, korozí a opotřebením.

Proces eloxování zahrnuje elektrochemickou tvorbu vrstvy oxidu hlinitého nebo aluminy na kovu. Tato vrstva se poté uzavře horkou vodou, čímž se dosáhne konverze na trihydrát oxidu hlinitého.

Utěsněná vrstva oxidu je tlustá, ale strukturálně slabá a není příliš uspokojivá pro následné lepení. Přidáním malého množství kyseliny chromové do těsnicí vody se však vytvoří povrch, který může vytvářet dobré vazby.

Kyselina chromová v těsnicí vodě rozpouští část hrubé buněčné struktury a zanechává tenkou, silnou, pevně připojenou vrstvu oxidu hlinitého, ke které adheziva přilnou a tvoří silné a trvanlivé vazby.

Eloxace kyselinou chromovou se vztahuje také na titan a jeho slitiny.

Při chemickém zpracování

Kyselina chromová se používá při procesech potahování kovů chemickou přeměnou.

Během tohoto procesu jsou kovy ponořeny do roztoků kyseliny chromové. To reaguje a částečně rozpouští povrch a současně nanáší tenkou vrstvu komplexních sloučenin chromu, které interagují s obecným kovem.

Tento proces se nazývá chromátový konverzní povlak nebo konverzní chromování.

Kovy, které jsou obecně podrobeny konverznímu chromování, jsou různé typy oceli, jako je uhlíková ocel, nerezová ocel a zinek potažená ocel, a různé neželezné kovy, jako jsou slitiny hořčíku, slitiny cínu, slitiny hliníku, měď., kadmium, mangan a stříbro.

Toto ošetření poskytuje odolnost vůči korozi a lesk na kov. Čím vyšší je pH procesu, tím větší je odolnost proti korozi. Teplota urychluje kyselou reakci.

Lze použít různé barvy, jako je modrá, černá, zlatá, žlutá a čirá. Poskytuje také lepší přilnavost kovového povrchu k barvám a lepidlům.

Na erodovaných nebo šikmých plochách

Roztoky kyseliny chromové se používají k přípravě povrchu předmětů vyrobených z termoplastického materiálu, termosetových polymerů a elastomerů pro následné potažení barvami nebo lepidly.

H ₂ CrO _{4 má} vliv na chemii povrchu a jeho strukturu, protože pomáhá zvyšovat jeho drsnost. Kombinace důlku a oxidace zvyšuje pronikání lepidel a může dokonce způsobit změny ve vlastnostech polymeru.

Používá se k erodování rozvětveného nízkohustotního polyethylenu, lineárního vysokohustotního polyethylenu a polypropylenu.

Široce se používá v galvanickém nebo galvanickém průmyslu k usnadnění adheze kov-polymer.

Při různých použitích

Kyselina chromová se používá jako prostředek na ochranu dřeva, také v magnetických materiálech a pro katalýzu chemických reakcí.

Regenerace kyseliny chromové

Existuje mnoho procesů, které používají kyselinu chromovou a vytvářejí toky nebo zbytky, které obsahují chrom (III), které nelze likvidovat, protože obsahují ionty chromu (VI), které jsou velmi toxické, ani je nelze znovu použít, protože koncentrace chromanových iontů je velmi nízká.

Jejich likvidace vyžaduje chemickou redukci chromátů na chrom (III), následuje vysrážení hydroxidu a filtrace, což vede k dalším nákladům.

Z tohoto důvodu byly studovány různé způsoby odstraňování a získávání chromátů. Zde jsou některé z nich.

Pomocí pryskyřic

Iontoměničové pryskyřice se již mnoho let používají k úpravě vody kontaminované chromáty. Toto je jedno z ošetření schválených Agenturou pro ochranu životního prostředí USA nebo EPA (Environmental Protection Agency).

Tato metoda umožňuje regeneraci koncentrované kyseliny chromové, která se znovu regeneruje z pryskyřice.

Pryskyřice mohou být silné nebo slabé. V silně bazických pryskyřic mohou být odstraněny, protože chromát ionty HCrO ₄ ^- a Cr ₂ O ₇ ^2- vyměňují s ionty OH ^- a Cl ^-. V slabě bazické pryskyřice, například ty, sulfátu, ionty jsou vyměněny s SO ₄ ^{2 -}.

V případě silně zásaditých R- (OH) pryskyřic jsou celkové reakce následující:

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

Pro každý mol R ₂ Cro ₄ převede jeden mol Cr (VI), se odstraní z roztoku, což činí tento způsob velmi atraktivní.

Po odstranění chromátů je pryskyřice ošetřena silně alkalickým roztokem, který je regeneruje na bezpečném místě. Chromáty se poté převedou na koncentrovanou kyselinu chromovou, aby se znovu použily.

Elektrochemickou regenerací

Další metodou je elektrochemická regenerace kyseliny chromové, což je také velmi výhodná alternativa. Chrom (III) se tímto postupem anodicky oxiduje na chrom (VI). Anodovým materiálem je v těchto případech s výhodou oxid olovnatý.

Použití mikroorganismů k čištění odpadních vod se stopami kyseliny chromové

Metodou, která byla zkoumána a stále se studuje, je použití mikroorganismů přirozeně přítomných v určitých odpadních vodách kontaminovaných hexavalentními chromovými ionty, které jsou obsaženy v roztokech kyseliny chromové.

Odtoky škodlivé pro životní prostředí. Autor: OpenClipart-Vectors. Zdroj: Pixabay.

To je případ některých bakterií přítomných v odpadních vodách činících kůži. Tyto mikroby byly studovány a bylo zjištěno, že jsou rezistentní na chromáty a jsou také schopné redukovat chrom (VI) na chrom (III), což je mnohem méně škodlivé pro životní prostředí a živé bytosti.

Z tohoto důvodu se odhaduje, že mohou být použity jako ekologická metoda pro remediaci a detoxikaci odpadních vod kontaminovaných stopami kyseliny chromové.

Nebezpečí kyseliny chromové a oxidu chromitého

CrO ₃ není hořlavý, ale může zesílit spalování jiných látek. Mnoho z jejich reakcí může způsobit požár nebo výbuch.

Roztoky CrO ₃ a kyseliny chromové jsou silně dráždivé pro kůži (mohou způsobit dermatitidu), oči (mohou hořet) a sliznice (mohou způsobit bronchoasma) a mohou v dýchacím systému způsobit tzv. „Chromové díry“..

Sloučeniny chrómu (VI), jako je kyselina chromová a oxid chromitý, jsou pro většinu živých druhů silně toxické, mutagenní a karcinogenní.

Reference

1. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
2. Americká národní lékařská knihovna. (2019). Kyselina chromová. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF a Van Twisk, J. (2013). Hliník a slitiny hliníku. 2.5. Proces eloxování kyseliny chromové. V technikách přípravy povrchu pro lepení lepidel (druhé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Wegman, RF a Van Twisk, J. (2013). Hořčík. 6.4. Příprava hořčíku a slitin hořčíku procesy zpracování kyselinou chromovou. V technikách přípravy povrchu pro lepení lepidel (druhé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Aplikace. 5.1.8. Regenerace kyseliny chromové. In Fluorinated Ionomers (Second Edition). Obnoveno z sciposedirect.com.
6. Swift, KG a Booker, JD (2013). Procesy povrchového inženýrství. 9.7. Chromování. V Příručce pro výběr výrobního procesu. Obnoveno z sciposedirect.com.
7. Poulsson, AHC a kol. (2019). Techniky povrchové modifikace PEEK, včetně plazmové povrchové úpravy. 11.3.2.1. Povrchové leptání. V PEEK Biomaterials Handbook (Druhé vydání). Obnoveno z sciposedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mechanismy oxidace kyseliny chromové. Chemical Reviews 1949, 45, 3, 419-451. Obnoveno z pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Odstranění kyseliny chromové aniontovou výměnou. Kanadský deník chemického inženýrství, svazek 77, únor 1999. Citováno z onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM a kol. (2018). Izolace a charakterizace bakterií redukujících chrom (VI) z odpadů z koželužen a pevných odpadů. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.