CROMATUL DE ZINC: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, OBȚINERE, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Cromat de zinc sau zinc cromatul este un compus anorganic care constă din elementele de zinc (Zn), crom (Cr) și oxigen (O). Are ioni Zn ²⁺ și CrO ₄ ^2- . Formula sa chimică este ZnCrO ₄ .

Termenul „cromat de zinc” servește comercial pentru a desemna trei compuși cu structură moleculară diferită: (a) cromatul de zinc însuși ZnCrO ₄ , (b) cromatul de zinc de bază ZnCrO ₄ • 4Zn (OH) ₂ și (c) ) de bază de zinc potasiu cromatul 3ZnCrO ₄ • Zn (OH) ₂ • K ₂ CrO ₄ • 2H ₂ O.

Structura cromatului de zinc. Autor: Marilú Stea.

Se utilizează în principal în vopsele sau grunduri care protejează metalele de coroziune. Pentru a face acest lucru, este amestecat cu vopsele, lacuri și polimeri care sunt apoi aplicați pe suprafața metalelor.

De asemenea, este utilizat în finisaje decorative și de protecție obținute cu alți cromati și acizi care acoperă diverse obiecte, cum ar fi scule. De asemenea, servește la păstrarea conductivității electrice a pieselor metalice.

Este utilizat ca catalizator în reacțiile de hidrogenare (adăugarea de hidrogen) în compuși organici. Face parte din pigmenții folosiți anterior în picturile artistice.

Este un material care provoacă cancer și acest lucru se datorează faptului că cromatul are crom în starea de oxidare +6.

Structura

Cromul de zinc ZnCrO ₄ este un compus galben. Autor: Marilú Stea.

Cromatul de zinc este un compus ionic format din cationul de zinc Zn ²⁺ și anionul cromat CrO ₄ ^2- . Acesta din urmă este format din crom cu valență +6 (crom hexavalent, Cr ⁶⁺ ) și patru atomi de oxigen cu stare de oxidare -2.

Ionul Zn ²⁺ are următoarea structură electronică:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ .

La rândul său, cromul hexavalent are următoarea conformație în orbitalele sale electronice:

1s ² , 2s ² 2p ⁶ , 3s ² 3p ⁶ .

Ambele structuri sunt foarte stabile, deoarece orbitalele sunt complete.

Nomenclatură

• Cromatul de zinc
• Sarea de zinc cu acid cromic
• Galben de zinc (deși acest termen se referă și la alți compuși care conțin ZnCrO ₄ ).

Proprietăți

Stare fizică

Solid cristalin de lămâie sau galben. Cristale sub formă de prisme.

Greutate moleculară

181,4 g / mol

Punct de topire

316 ºC

Densitate

3,40 g / cm ³

Solubilitate

Slab solubil în apă: 3,08 g / 100 g de H ₂ dissolve O. ușor în acizi și în amoniac lichid. Insolubil în acetonă.

pH

Conform unor surse, soluțiile sale apoase sunt acide.

Proprietăți chimice

Este un compus puternic oxidant, deci poate reacționa cu agenți reducători, generând căldură. Printre substanțele cu care poate reacționa sunt cele organice, cum ar fi cianurile, esterii și tiocianatul. De asemenea, poate ataca unele metale.

În soluție apoasă, ionul cromat prezintă diverse echilibre în funcție de pH și formând specii diferite.

Specie formată cromat

Peste pH 6 este prezent ionul cromat CrO ₄ ^2- (de culoare galbenă); între pH 2 și pH 6 ionul HCrO ₄ ^- și bicromatul Cr ₂ O ₇ ^2- ( de culoare roșu-portocaliu) sunt în echilibru ; la un pH mai mic decât 1 specia principală este H ₂ CrO ₄ .

Când se adaugă cation de zinc (II) la aceste soluții apoase, ZnCrO ₄ precipită .

Soldurile sunt următoarele:

HCrO ₄ ^- ⇔ CrO ₄ ^2- + H ⁺

H ₂ CrO ₄ ⇔ HCrO ₄ ^- + H ⁺

Cr ₂ O ₇ ² + H ₂ O ⇔ 2 HCrO ₄ ^-

În mediu de bază apar următoarele:

Cr ₂ O ₇ ^2- + OH ^- ⇔ HCrO ₄ ^- + CrO ₄ ^2-

HCrO ₄ ^- + OH ^- ⇔ CrO ₄ ^2- + H ₂ O

ZnCrO ₄ nu reacționează rapid cu aerul sau apa.

Obținerea

Poate fi produs prin reacția unui oxid apos de zinc sau a unui nămol apos de hidroxid cu o sare cromată dizolvată și apoi neutralizarea.

La scară industrială, se utilizează procedeul Cronak, în care zincul metalic este cufundat într - o soluție de dicromat de sodiu (Na ₂ Cr ₂ O ₇ ) și acid sulfuric (H ₂ SO ₄ ).

De asemenea, poate fi preparat prin precipitarea acestuia din soluții în care sunt dizolvate zinc și săruri cromatice:

K ₂ CrO ₄ + ZnSO ₄ → ZnCrO ₄ ↓ + K ₂ SO ₄

Aplicații

În protecția metalelor

În industria metalurgică, este utilizat mai ales în vopselele de bază (vopsea pregătitoare sau acoperire inițială) aplicate metalelor, la care oferă rezistență la coroziune.

Este folosit ca pigment în vopsele și lacuri, fiind introdus în matricea unui polimer organic.

Acest tip de vopsea se aplică conductelor, petrolierelor, structurilor de oțel, cum ar fi podurile, turnurile de transmisie a puterii și pieselor auto pentru a inhiba coroziunea.

Structurile din oțel ale podurilor sunt vopsite cu o bază cromată de zinc înainte de vopsirea finală pentru a le proteja de coroziune. Autor: オ ギ ク ボ マ ン サ ク. Sursa: Pixabay.

pasivizare

Se găsește, de asemenea, protejarea componentelor metalice acoperite cu zinc care au fost pasivizate folosind cromatele de metale alcaline. Pasivizarea constă în pierderea reactivității chimice în anumite condiții de mediu.

Aceste acoperiri servesc, de asemenea, ca finisaje decorative și pentru a păstra conductibilitatea electrică. Acestea sunt aplicate în mod obișnuit la articole de zi cu zi, cum ar fi unelte și pot fi recunoscute prin culoarea lor galbenă.

Unele unelte sunt acoperite cu cromat de zinc. Autor: Duk. Sursa: Wikimedia Commons.

Cum functioneazã

Unii cercetători au descoperit că protecția cromatului de zinc împotriva coroziunii metalelor s-ar putea datora faptului că inhibă creșterea fungilor. În acest fel, previne deteriorarea stratului de vopsea anticoroziv.

Alte studii indică faptul că efectul anticoroziv s-ar putea datora faptului că compusul accelerează formarea oxizilor de protecție asupra metalelor.

Grund anticoroziv cu cromat de zinc pentru protecția suprafețelor metalice. 水水 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Sursa: Wikimedia Commons.

În cataliza reacțiilor

Acest compus a fost utilizat ca un catalizator în diferite reacții chimice, cum ar fi hidrogenarea monoxidului de carbon (CO) , pentru a se obține metanol (CH ₃ OH).

Esterii pot fi convertiți în alcooli primari prin hidrogenare, folosind acest compus pentru a accelera reacția.

Conform unor cercetători, acțiunea sa catalitică se datorează faptului că solidul nu prezintă o structură stoechiometrică, adică se abate de la formula sa ZnCrO ₄ și este mai degrabă:

Zn _1-x Cr _2-x O ₄

Aceasta implică existența unor defecte în structură care favorizează energetic cataliza.

Alte aplicatii

Se găsește în niște coloranți uleioși, se folosește pentru imprimare, este un agent de tratare a suprafeței, se aplică în învelitori de podea și este un reactiv în laboratoarele chimice.

Utilizări întrerupte

Începând cu anii 1940, un derivat al ZnCrO ₄ , cromatul de cupru de zinc, a fost folosit ca fungicid foliar pentru plantele de cartof.

Plante de cartofi. Autor: Dirk (Beeki®) Schumacher. Sursa: Pixabay.

Această utilizare a fost abandonată din cauza toxicității și a efectelor nocive ale compusului.

Prezența unei săruri complexe de cromat de zinc, 4ZnCrO ₄ • K ₂ O • 3H ₂ O (zinc hidratat și cromat de potasiu), care este un pigment galben numit galben de lămâie , a fost descoperită în picturile artistice din secolul al XIX-lea .

riscuri

Deși nu este combustibil, atunci când este încălzit, emite gaze toxice. Poate exploda dacă este în contact cu agenți reducători sau materiale organice.

Praful irită ochii și pielea provocând o reacție alergică. Inhalarea provoacă iritarea nasului și a gâtului. Afectează plămânii, provoacă scurtarea respirației, bronșită, pneumonie și astm.

Ingestia sa afectează tractul digestiv, ficatul, rinichii, sistemul nervos central, produce o colaps circulator și dăunează sistemului imunitar.

Generator de cancer

Este un cancerigen confirmat, crește riscul de cancer pulmonar și al cavității nazale. Este toxic pentru celule (citotoxice) și, de asemenea, dăunează cromozomilor (genotoxic).

Cromatul de zinc determină cancer pulmonar și respirator. Autor: OpenClipart-Vectors. Sursa: Pixabay.

S-a stabilit că toxicitatea și carcinogenitatea acestui compus este cauzată în principal de acțiunea cromului în starea de oxidare +6. Cu toate acestea, prezența zincului conferă produsului insolubilitate și acest lucru influențează și daunele pe care le produce.

Efecte asupra mediului

Este foarte toxic pentru animale și viața acvatică, provocând efecte nocive care durează în timp. Această substanță chimică se poate acumula în întregul lanț alimentar.

Din toate aceste motive, procesele care implică cronați (crom hexavalent) sunt reglementate de organizațiile de sănătate mondiale și înlocuite cu tehnici alternative fără acest ion.

Referințe

1. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Cromatul de zinc. Recuperat din pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, DR (editor) (2003). Manual CRC de Chimie și Fizică. 85 - ^lea CRC Press.
3. Xie, H. și colab. (2009). Cromatul de zinc induce instabilitatea cromozomilor și pauzele ADN duble catenelor în celulele pulmonare umane. Toxicol Appl Pharmacol 2009 1 februarie; 234 (3): 293-299. Recuperat din ncbi.nlm.nih.gov.
4. Jackson, RA și colab. (1991). Activitatea catalitică și structura defectă a cromatului de zinc. Catal Lett 8, 385-389 (1991). Recuperat de pe link.springer.com.
5. Yahalom, J. (2001). Metode de protecție la coroziune. În Enciclopedia materialelor: știință și tehnologie. Recuperat de la sciencedirect.com.
6. Stranger-Johannessen, M. (1988). Efectul antimicrobian al pigmenților în vopselele protectoare împotriva coroziunii. În Houghton DR, Eggins, HOW (eds) Biodeteriorarea 7. Recuperat de la link.springer.com.
7. Barrett, AGM (1991). Reducere. În sinteza organică cuprinzătoare. Recuperat de la sciencedirect.com.
8. Thurston, HW și colab. (1948). Cromatii sub formă de fungicide din cartofi. American Potato Journal 25, 406-409 (1948). Recuperat de pe link.springer.com.
9. Lynch, RF (2001). Zinc: aliaj, prelucrare termochimică, proprietăți și aplicații În Enciclopedia materialelor: știință și tehnologie. Recuperat de la sciencedirect.com.
10. Ramesh Kumar, AV și Nigam, RK (1998). Studiul spectroscopiei Mössbauer a produselor coroziunii sub acoperire cu grund care conține pigmenți anticorozivi. J Radioanal Nucl Chem 227, 3-7 (1998). Recuperat de pe link.springer.com.
11. Otero, V. și colab. (2017). Gălbenele de bariu, zinc și stronțiu în picturile în ulei de la sfârșitul secolului XIX-începutul secolului XX Herit Sci 5, 46 (2017). Recuperat de la heritagesciencejournal.springeropen.com.
12. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
13. Wikipedia (2020). Cromatul de zinc. Recuperat de pe en.wikipedia.org.
14. Wikipedia (2020). Acoperire cu conversie cromatică Recuperat de pe en.wikipedia.org.