ACIDUL CROMIC: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, PRODUCȚIE, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Acidul cromic sau H ₂ CrO ₄ este teoretic acidul asociat cu oxid de crom (VI) sau cromații CrC ₃ . Acest nume se datorează faptului că în soluții apoase acide de oxid cromic din specia H ₂ CrO ₄ este prezent împreună cu alte specii de crom (VI).

Oxidul crom CrO ₃ se mai numește acid crom anhidru. CrC ₃ este un brun roșcat sau solid purpuriu obținut prin tratarea soluțiilor de bicromat de potasiu K ₂ Cr ₂ O ₇ cu acid sulfuric H ₂ SO ₄ .

Cristale crOxid de oxid ₃ CrO într-un creuzet. Rando Tuvikene. Sursa: Wikipedia Commons.

Soluțiile apoase de oxid crom experimentează un echilibru al anumitor specii chimice a căror concentrație depinde de pH-ul soluției. La pH bazic cromatului ioni CrO ₄ ^2- predomină , în timp ce la pH acid , ionii de HCrO ₄ ^- și dicromat Cr ₂ O ₇ ² predomină . Se estimează că la acid cromic pH Acid H ₂ CrO ₄ este de asemenea prezent .

Datorită puterii lor mari de oxidare, soluțiile de acid crom sunt utilizate în chimia organică pentru a efectua reacții de oxidare. De asemenea, sunt utilizate în procese electrochimice pentru tratarea metalelor, astfel încât să dobândească rezistență la coroziune și uzură.

Anumite materiale polimerice sunt, de asemenea, tratate cu acid cromic pentru a îmbunătăți aderența lor la metale, vopsele și alte substanțe.

Soluțiile de acid cromic sunt foarte periculoase pentru oameni, majoritatea animalelor și mediul înconjurător. Din acest motiv, deșeurile lichide sau solide din procesele în care se folosește acidul crom sunt tratate pentru a îndepărta urmele de crom (VI) sau pentru a recupera toată cromul prezent și pentru a regenera acidul cromic pentru refolosire.

Structura

Molecula de acid cromic H ₂ CrO ₄ este formată dintr - un ion cromatul CRO ₄ ^2- și doi hidrogen ioni H ⁺ atașat la acesta. În ionul cromat, elementul Crom este într-o stare de oxidare de +6.

Structura spațială a ionului cromat este tetraedrică, unde cromul este în centru și oxigenul ocupă cele patru vertexuri ale tetraedrului.

În acidul crom atomii de hidrogen sunt fiecare împreună cu un oxigen. Dintre cele patru legături ale cromului cu atomii de oxigen, două sunt duble și două sunt simple, deoarece acestea au hidrogenii atașați de ei.

Structura acidului cromic H ₂ CrO ₄ unde se observă forma tetraedrică a cromatului și legăturile sale duble. NEUROtiker. Sursa: Wikipedia Commons.

Pe de altă parte, oxidul crom CrO ₃ are un atom de crom în starea de oxidare +6 înconjurat de doar trei atomi de oxigen.

Nomenclatură

- acid cromic H ₂ CrO ₄

- Acid Tetraoxochromic H ₂ CrO ₄

- Oxid cromic (acid crom anhidru) CrO ₃

- Trioxid de crom (acid crom anhidru) CrO ₃

Proprietăți

Stare fizică

Acidul sau oxidul crom anhidru este un solid cristalin purpuriu până la roșu

Greutate moleculară

CrC ₃ : 118.01 g / mol

Punct de topire

CrC ₃ : 196 ° C

Deasupra punctului său de topire este instabil din punct de vedere termic, pierde oxigen (este redus) pentru a da oxid de crom (III) Cr ₂ O ₃ . Se descompune la aproximativ 250 ° C.

Densitate

CrC ₃ : 1.67-2.82 g / cm ³

Solubilitate

CrO ₃ este foarte solubil în apă: 169 g / 100 g apă la 25 ºC.

Este solubil în acizi minerali, cum ar fi sulfuric și nitric. Solubil în alcool.

Alte proprietăți

CrO ₃ este foarte higroscopic, cristalele sale sunt delicioase.

Când CrO _{3 se} dizolvă în apă, formează soluții puternic acide.

Este un oxidant foarte puternic. Oxidează în mod viguros materia organică în aproape toate formele sale. Atacă țesătura, pielea și unele materiale plastice. Atacă de asemenea majoritatea metalelor.

Este puternic otrăvitor și foarte iritant datorită potențialului său ridicat de oxidare.

Chimia soluțiilor apoase în care este prezent acidul cromic

Oxidul cromic CrO _{3 se} dizolvă rapid în apă. În soluție apoasă, cromul (VI) poate exista sub diferite forme ionice.

La pH> 6,5 sau în soluție alcalină, cromul (VI) dobândește forma cromului ion CrO ₄ ^{2 - de} culoare galbenă.

Dacă pH - ul este redus (1 <pH <6,5), crom (VI) formează în principal HCrO ₄ ^- ion , care poate dimerize la ionul dicromat de Cr ₂ O ₇ ² , iar portocaliu se transformă de soluție. La un pH între 2,5 și 5,5 speciile predominante sunt HCrO ₄ ^- și Cr ₂ O ₇ ^2- .

Structura ionului bicromatului Cr ₂ O ₇ ² , care se găsește împreună cu doi sodiu Na ⁺ ioni . Capaccio. Sursa: Wikipedia Commons.

Soldurile care apar în aceste soluții odată cu scăderea pH-ului sunt următoarele:

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

HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ H ₂ CrO ₄ (acid cromic)

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

Aceste solduri apar numai în cazul în care acidul care este adăugat pentru a scădea pH - ul este HNO ₃ sau HClO ₄ , deoarece cu alți acizi sunt formați compuși diferiți.

Soluțiile de dicromat acid sunt agenți de oxidare foarte puternici. Dar în soluții alcaline, ionul cromatic este mult mai puțin oxidant.

Obținerea

Conform surselor consultate, una dintre modalitățile de obținere a oxidului crom CrO ₃ constă în adăugarea de acid sulfuric la o soluție apoasă de dicromat de sodiu sau potasiu, formând un precipitat roșu-portocaliu.

Hidratul de oxid cromic sau acidul cromic. Himstakan. Sursa: Wikipedia Commons.

Acid cromic H ₂ CrO ₄ se găsește în soluții apoase de oxid cromic într - un mediu acid.

Utilizează acidul cromic

În oxidarea compușilor chimici

Datorită capacității sale puternice de oxidare, acidul cromic a fost utilizat cu mult timp cu succes pentru oxidarea compușilor organici și anorganici.

Printre nenumărate exemple se numără următoarele: permite oxidarea alcoolilor primari la aldehide și acestea la acizi carboxilici, alcooli secundari la cetone, toluen la acid benzoic, etilbenzen la acetofenonă, trifenilmetan la trifenilcarbinol, acid formic la CO ₂ , acid oxalic la CO ₂ , acid lactic la acetaldehidă și CO ₂ , ion feros Fe ²⁺ până la ionul feric Fe ³⁺ , ion iodat la iod etc.

Permite conversia nitrocompușilor în nitro-compuși, sulfuri la sulfone. Este implicat în sinteza cetonelor pornind de la alchene, deoarece oxidează alchenele hidroborate la cetone.

Compușii foarte rezistente la oxidanților obișnuite, cum ar fi oxigenul O ₂ sau peroxid de hidrogen H ₂ O ₂ , sunt oxidate de acid cromic. Acesta este cazul anumitor borani heterociclici.

În procesele de anodizare a metalelor

Anodizarea acidului cromic este un tratament electrochimic aplicat aluminiului pentru a-l proteja mulți ani de oxidare, coroziune și uzură.

Procesul de anodizare implică formarea electrochimică a unui strat de oxid de aluminiu sau alumină pe metal. Acest strat este apoi sigilat în apă fierbinte, cu ajutorul căruia se realizează conversia în oxid de aluminiu trihidrat.

Stratul de oxid etanș este gros, dar structural slab și nu este foarte satisfăcător pentru lipirea ulterioară a adezivului. Cu toate acestea, adăugarea unei cantități mici de acid cromic la apa de etanșare dezvoltă o suprafață care poate forma legături bune.

Acidul cromic din apa de etanșare dizolvă o parte din structura asemănătoare cu celulele grosiere și lasă un strat subțire, puternic, solid de oxid de aluminiu, la care adezivii aderă și formează legături puternice și durabile.

Anodizarea acidului crom se aplică și titanului și aliajelor sale.

În tratamente de conversie chimică

Acidul cromic este utilizat în procesele de acoperire a metalelor prin conversie chimică.

În timpul acestui proces, metalele sunt cufundate în soluții de acid cromic. Aceasta reacționează și dizolvă parțial suprafața în timp ce depune un strat subțire de compuși complexi de crom care interacționează cu metalul de bază.

Acest proces se numește acoperire de conversie cromatică sau placare cromă de conversie.

Metalele care sunt în general supuse placării cromate de conversie sunt diferite tipuri de oțel, cum ar fi oțelul carbon, oțelul inoxidabil și oțelul acoperit cu zinc, precum și diverse metale neferoase, precum aliaje de magneziu, aliaje de staniu, aliaje de aluminiu, cupru. , cadmiu, mangan și argint.

Acest tratament oferă rezistență la coroziune și strălucire la metal. Cu cât este mai mare pH-ul procesului, cu atât rezistența la coroziune este mai mare. Temperatura accelerează reacția acidă.

Se pot aplica acoperiri de diferite culori, precum albastru, negru, auriu, galben și clar. De asemenea, asigură o mai bună aderență a suprafeței metalice la vopsele și adezivi.

În suprafețe erodate sau împodobite

Soluțiile de acid crom sunt utilizate la pregătirea suprafeței obiectelor din material termoplastic, polimeri termoset și elastomeri pentru acoperirea ulterioară cu vopsele sau adezivi.

H ₂ CrO _{4 are} un efect asupra chimiei suprafeței și structura sa, deoarece contribuie la creșterea rugozitatea. Combinația de pitting și oxidare crește penetrarea adezivilor și poate provoca chiar modificări ale proprietăților polimerului.

Acesta a fost utilizat pentru a eroda polietilenă de densitate joasă ramificată, polietilenă liniară de înaltă densitate și polipropilenă.

Este utilizat pe scară largă în industria de galvanizare sau galvanizare pentru a facilita aderența metal-polimer.

În diverse utilizări

Acidul cromic este utilizat ca conservant al lemnului, de asemenea, în materiale magnetice și pentru cataliza reacțiilor chimice.

Recuperarea acidului cromic

Există multe procese care folosesc acidul cromic și generează fluxuri sau reziduuri care conțin crom (III), care nu pot fi eliminate, deoarece au ioni de crom (VI) foarte toxici și nici nu pot fi reutilizate, deoarece concentrația ionilor cromatici este foarte mică.

Eliminarea lor necesită reducerea chimică a cromatilor la crom (III), urmată de precipitarea hidroxidului și filtrarea, ceea ce generează costuri suplimentare.

Din acest motiv, au fost studiate diverse metode de îndepărtare și recuperare a cromatilor. Iată câteva dintre acestea.

Prin utilizarea rășinilor

Rășinile schimbătoare de ioni au fost folosite de mai mulți ani pentru tratarea apei contaminate cu cromatici. Acesta este unul dintre tratamentele aprobate de Agenția pentru Protecția Mediului din SUA sau EPA (Agenția pentru Protecția Mediului).

Această metodă permite recuperarea acidului cromic concentrat, deoarece acesta este regenerat din nou din rășină.

Rășinile pot avea o bază puternică sau slabă. In rășinile puternic bazice cromatului pot fi eliminate deoarece ionii HCrO ₄ ^- și Cr ₂ O ₇ ² sunt schimbate cu ionii OH ^- și Cl ^- . În rășinile slab bazice, de exemplu în cele ale sulfatului, ionii sunt schimbați cu SO ₄ ^{2 -} .

În cazul rășinilor R- (OH) puternic bazice, reacțiile generale sunt următoarele:

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

Pentru fiecare mol de R ₂ CrO ₄ convertit, un mol de Cr (VI) se îndepărtează din soluție, ceea ce face ca această metodă foarte atractivă.

După îndepărtarea cromatelor, rășina este tratată cu o soluție puternic alcalină pentru a le regenera într-un loc sigur. Cromatele sunt apoi transformate în acid cromic concentrat pentru a fi reutilizate.

Prin regenerare electrochimică

O altă metodă este regenerarea electrochimică a acidului cromic, care este și o alternativă foarte convenabilă. Cromul (III) este oxidat anodic la crom (VI) prin această procedură. Materialul anodic în aceste cazuri este de preferință dioxid de plumb.

Utilizarea microorganismelor pentru curățarea efluenților cu urme de acid cromic

O metodă care a fost investigată și este încă în studiu este utilizarea microorganismelor prezente în mod natural în anumiți efluenți contaminate cu ioni de crom hexavalent, care sunt cele conținute în soluțiile de acid cromic.

Efecte dăunătoare mediului. Autor: OpenClipart-Vectors. Sursa: Pixabay.

Acesta este cazul anumitor bacterii prezente în apele uzate de bronzare din piele. Acești microbi au fost studiați și s-a stabilit că sunt rezistenți la cromatici și sunt, de asemenea, capabili să reducă cromul (VI) la cromul (III), care este mult mai puțin dăunător mediului și ființelor vii.

Din acest motiv, se estimează că acestea pot fi utilizate ca o metodă ecologică pentru remedierea și detoxifierea efluenților contaminate cu urme de acid cromic.

Pericol de acid cromic și oxid de crom

CrO ₃ nu este combustibil, dar poate intensifica arderea altor substanțe. Multe dintre reacțiile lor pot provoca incendii sau explozii.

Soluțiile CrO ₃ și acidul crom sunt iritanți puternici pentru piele (pot provoca dermatită), ochi (pot arde) și mucoase (pot provoca bronhoasma) și pot provoca așa-numitele „găuri de crom” în sistemul respirator. .

Compușii de crom (VI), cum ar fi acidul cromic și oxidul crom sunt foarte toxici, mutageni și cancerigeni pentru majoritatea lucrurilor vii.

Referințe

1. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
2. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Acidul cromic. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF și Van Twisk, J. (2013). Aliaje de aluminiu și aluminiu. 2.5. Procesul de anodizare a acidului cromic. În tehnici de pregătire a suprafeței pentru lipire adezivă (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Wegman, RF și Van Twisk, J. (2013). Magneziu. 6.4. Pregătirea aliajelor de magneziu și magneziu prin procesele de tratare a acidului cromic. În tehnici de pregătire a suprafeței pentru lipire adezivă (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Aplicații. 5.1.8. Regenerarea acidului cromic. În Ionomeri fluorurați (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Swift, KG și Booker, JD (2013). Procese de inginerie de suprafață. 9.7. Cromare. În manualul de selecție a proceselor de fabricație. Recuperat de la sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC și colab. (2019). Tehnici de modificare a suprafeței PEEK, inclusiv tratarea suprafeței plasmatice. 11.3.2.1. Gravură de suprafață În manualul PEEK Biomaterials (ediția a doua). Recuperat de la sciencedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mecanismele oxidărilor de acid cromic. Recenzii chimice 1949, 45, 3, 419-451. Recuperat din pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Eliminarea acidului cromic prin schimbul de anioni. The Canadian Journal of Chemical Engineering, volumul 77, februarie 1999. Preluat de pe onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM și colab. (2018). Izolarea și caracterizarea bacteriilor de reducere a cromului (VI) din efluenții de tăbăcire și deșeuri solide. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Recuperat din ncbi.nlm.nih.gov.