ХРОМОВА КИСЕЛИНА: СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, ПРОИЗВОДЊА, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Хромне киселине или Х ₂ ЦрО ₄ теоретски киселина повезан са хром оксида (ВИ) или цхромиа Цро ₃ . Ово име је због чињенице да у киселим воденим растворима хромне оксид врсте Х ₂ ЦрО ₄ присутна заједно са другим врстама хрома (ВИ).

Кровни оксид ЦрО ₃ се такође назива анхидрована хромна киселина. ЦрО ₃ је црвенкасто браон или љубичаста чврсти остатак који се добија третирањем раствора калијума дихромат К ₂ Кр ₂ О ₇ са сумпорном киселином Х ₂ СО ₄ .

Хромоксидни кристали ЦрО ₃ у посуди . Рандо Тувикене. Извор: Википедиа Цоммонс.

Водени раствори хромоксидних оксида имају равнотежу одређених хемијских врста чија концентрација зависи од пХ раствора. Ат основном пХ хромат јони ЦрО ₄ ^2- доминирају , док кисели пХ јони ХЦрО ₄ ^{- анд} дихромат Кр ₂ О ₇ ^2- преовлађују . Процењује се да у киселини пХ хромне киселине Х ₂ ЦрО ₄ је присутан .

Због велике оксидационе моћи, раствори хромне киселине се користе у органској хемији за спровођење оксидационих реакција. Такође се користе у електрохемијским процесима за обраду метала тако да стекну отпорност на корозију и хабање.

Одређени полимерни материјали се такође третирају хромном киселином да би се побољшала адхезија на метале, боје и друге супстанце.

Раствори хромне киселине су врло опасни за људе, већину животиња и животну средину. Из тог разлога, течни или чврсти отпад из процеса у којима се користи хромна киселина третирају се да би се уклонили трагови хрома (ВИ) или да би се скупио сав присутан хром и регенерирала хромна киселина ради поновне употребе.

Структура

Молекул хромне киселине Х ₂ ЦрО ₄ формира хромата јоном ЦРО ₄ ^2- и два водоника јона Х ⁺ везан за њега. У хроматном јону елемент Хром је у оксидационом стању од +6.

Просторна структура хроматног јона је тетраедарска, где је хром у центру, а кисеоник заузима четири врха тетраедра.

У хромној киселини, сваки атом атома водоника је заједно са кисеоником. Од четири везе хрома са атомима кисеоника, две су двоструке, а две су једноставне, јер на њих имају везане водонике.

Структура хромне киселине Х ₂ ЦрО ₄ где се посматра тетраедарски облик хромата и његове двоструке везе. НЕУРОтикер. Извор: Википедиа Цоммонс.

С друге стране, цхромиц оксид ЦРО ₃ има атом хрома у +6 оксидационо стање окружен само три атома кисеоника.

Номенклатура

- Хромова киселина Х ₂ ЦрО ₄

- Тетраоксохромна киселина Х ₂ ЦрО ₄

- Хромна оксид (безводни хромне киселине) цро ₃

- Хром-триоксид (безводни хромне киселине) цро ₃

Својства

Физичко стање

Безводна хромична киселина или хромов оксид је кристална чврста супстанца љубичасте до црвене боје

Молекуларна тежина

ЦрО ₃ : 118,01 г / мол

Тачка топљења

ЦрО ₃ : 196 ° Ц

Изнад своје температуре топљења је топлотно нестабилна, она губи кисеоник (смањи) да би се добио Хром (ИИИ) оксид Кр ₂ О ₃ . Разграђује се на око 250 ° Ц.

Густина

ЦрО ₃ : 1.67-2.82 г / цм ³

Растворљивост

ЦрО ₃ је веома растворљив у води: 169 г / 100 г воде на 25 ºЦ.

Топив је у минералним киселинама попут сумпорне и азотне. Растворљиво у алкохолу.

Остала својства

ЦрО ₃ је врло хигроскопан, његови кристали су сјајни.

Када ЦрО ₃ раствара у води, формира чврсто киселе решења.

То је веома моћан оксидант. Снажно оксидира органску материју у готово свим њеним облицима. Напада тканину, кожу и нешто пластике. Такође напада већину метала.

Снажно је отровно и веома иритантно због високог оксидацијског потенцијала.

Хемија водених раствора у којима је присутна хромна киселина

Хромов оксид ЦрО ₃ се брзо раствара у води. У воденом раствору, хром (ВИ) може постојати под различитим јонским облицима.

При пХ> 6,5 или у алкалном раствору, хром (ВИ) добија хроматски јон облик ЦрО ₄ ^{2 -} жуте боје.

Ако је пХ снижен (1 <пХ <6.5), хром (ВИ) углавном формира ХЦрО ₄ ^- јон , који може да се смањи на дихроматни јон Цр ₂ О ₇ ^2- , а раствор постане наранџасти. При пХ између 2.5 и 5.5 доминантне врсте су ХЦрО ₄ ^{- и} Цр ₂ О ₇ ^2- .

Структура дихромат јона Цр ₂ О ₇ ^2- који се налази заједно са два натријумових НА ⁺ јона . Цапаццио. Извор: Википедиа Цоммонс.

Равнотеже које се у овим растворима дешавају са смањењем пХ су следеће:

ЦрО ₄ ^2- (хромат ион) + Х ⁺ ⇔ ХЦрО ₄ ^-

ХЦрО ₄ ^- + Х ⁺ ⇔ Х ₂ ЦрО ₄ ( хромна киселина)

2ХЦрО ₄ ^- ⇔ Цр ₂ О ₇ ^2- (дихромат ион) + Х ₂ О

Ове равнотеже настају само ако је киселина која је додата за снижавање пХ ХНО ₃ или ХЦлО ₄ , јер са другим киселинама настају различита једињења.

Раствори киселог дихромата су веома јака оксидациона средства. Али у алкалним растворима хроматни јон знатно мање оксидира.

Прибављање

Према изворима консултовао, један од начина да добију хромне оксид Цро ₃ се састоји у додавању сумпорне киселине у воденом раствору натријум или калијум дихромат, формирајући црвено-наранџасти талог.

Хромат оксид хидрат или хромна киселина. Химстакан. Извор: Википедиа Цоммонс.

Хромне киселине Х ₂ ЦрО ₄ налази се у воденим растворима хромне оксида у киселом медијуму.

Хромна киселина користи

При оксидацији хемијских једињења

Због своје снажне оксидационе способности, хромна киселина се дуго успешно користи за оксидацију органских и неорганских једињења.

Међу безброј примера су следећи: омогућава оксидацију примарних алкохола до алдехида, а ове до карбоксилне киселине, секундарних алкохола до кетона, толуена до бензојеве киселине, етилбензена до ацетофенона, трифенилметана у трифенилкарбинола, мравље киселине до ЦО ₂ , оксалне киселине до ЦО ₂ , од млечне киселине до ацеталдехида и ЦО ₂ , иона гвожђа Фе ²⁺ до јона жељеза Фе ³⁺ , јодидног јода до јода итд.

Омогућује конверзију нитрозо-једињења у нитро-једињења, сулфиде у сулфоне. Учествује у синтези кетона почевши од алкена, јер оксидује хидробороване алкене у кетоне.

Једињења високо резистентне на уобичајеним оксиданата као што су кисеоник О ₂ или водоник пероксид Х ₂ О ₂ , се оксидује хромне киселине. То је случај код одређених хетероцикличких бора.

У процесима анодизирања метала

Анодизација хромном киселином је електрохемијски третман који се примењује на алуминијуму да би га више година заштитило од оксидације, корозије и хабања.

Процес анодизирања укључује електрохемијско стварање слоја алуминијум оксида или глинице на металу. Затим се овај слој запечати у врућој води, чиме се постиже конверзија у трихидрат алуминијум оксида.

Заптивени оксидни слој је густ, али структурно слаб и не баш задовољавајући за накнадно лепљење. Међутим, додавањем мале количине хромне киселине у воду за заптивање развија се површина која може формирати добре везе.

Хромна киселина у води за растворе раствара део грубе ћелијске структуре и оставља танки, снажни, чврсто везани слој алуминијум-оксида, на који се лепила лепе и формирају чврсте и издржљиве везе.

Анодизација хромне киселине такође се односи на титан и његове легуре.

У третманима хемијске претворбе

Хромова киселина се користи у процесима превлачења метала хемијском претворбом.

Током овог процеса метали су уроњени у растворе хромне киселине. То реагује и делимично раствара површину истовремено таложи танки слој сложених хромних једињења која ступају у интеракцију са основним металом.

Овај поступак се назива превлака за претварање хромата или превлачење хромом.

Метали који су углавном подвргнути претварању хромирањем су различите врсте челика, као што су угљенични челик, нехрђајући челик и челик обложен цинком и различити обојени метали, као што су легуре магнезијума, легуре кала, легуре алуминијума, бакар. , кадмијум, манган и сребро.

Овај третман омогућава отпорност на корозију и сјај метала. Што је пХ већи у процесу, то је већа отпорност на корозију. Температура убрзава реакцију киселине.

Могу се наносити премази различитих боја, попут плаве, црне, златне, жуте и бистре. Такође омогућава боље пријањање металне површине према бојама и лепковима.

У еродираним или јаловим површинама

Раствори хромне киселине користе се у припреми површине предмета од термопластичног материјала, термосет полимера и еластомера за накнадно премазивање бојама или лепковима.

Х ₂ ЦрО _{4 има} утицај на хемију површине и њену структуру, јер помаже повећати храпавост. Комбинација питтинг-а и оксидације повећава продирање лепила и чак може проузроковати промене у својствима полимера.

Коришћен је за уклањање разгранатог полиетилена ниске густине, линеарног полиетилена високе густине и полипропилена.

Широко се користи у индустрији галванизације или галванизације да олакша пријањање метала и полимера.

У разне сврхе

Хромова киселина се користи као конзерванс за дрво, такође у магнетним материјалима и за катализу хемијских реакција.

Опоравак хромне киселине

Постоје многи процеси који користе хроману киселину и стварају токове или остатке који садрже хром (ИИИ) који се не могу одложити јер имају јоне хрома (ВИ) који су веома токсични, нити их се може поново употребити јер је концентрација хроматних јона врло ниска.

Њихово одлагање захтева хемијску редукцију хромата до хрома (ИИИ), праћену таложењем хидроксида и филтрацијом, што ствара додатне трошкове.

Из тог разлога су проучаване различите методе за уклањање и обнављање хромата. Ево неких од ових.

Коришћењем смоле

Јонске изменљиве смоле користе се дужи низ година за третман воде контаминиране хроматима. Ово је један од третмана који је одобрила америчка Агенција за заштиту животне средине, или ЕПА (Агенција за заштиту животне средине).

Ова метода омогућава обнављање концентроване хромне киселине јер се она поново регенерише из смоле.

Смоле могу бити јаке или слабе. У јако основним смоле хромат се морају уклонити, јер јони ХЦрО ₄ ^{- и} Цр ₂ О ₇ ^2- размењује са јонима ОХ ^{- и} Цл ^- . У слабо базним смолама, на пример сулфатним, јони се размењују са СО ₄ ^{2 -} .

У случају јако базичних Р- (ОХ) смола, укупне реакције су следеће:

2РОХ + ХЦрО ₄ ^- + Х ⁺ ⇔ Р ₂ ЦрО ₄ + 2Х ₂ О

Р ₂ ЦрО ₄ + 2ХЦрО ₄ ^- ⇔ 2РХЦрО ₄ + ЦрО ₄ ^2-

Р ₂ ЦрО ₄ + ХЦрО ₄ ^- + Х ⁺ ⇔ Р ₂ Кр ₂ О ₇ + Х ₂ О

За сваки мол утрошеног Р ₂ Цро ₄ конвертован, један мол Цр (ВИ) се уклања из раствора, што чини овај метод веома атрактивно.

Након уклањања хромата, смола се третира снажно алкалним раствором како би их регенерирала на сигурном месту. Хромати се затим претварају у концентровану хромску киселину да би се поново користили.

Кроз електрохемијску регенерацију

Друга метода је електрохемијска регенерација хромне киселине, што је такође врло погодна алтернатива. Хром (ИИИ) се анодно оксидује у хром (ВИ) овим поступком. Анодни материјал у овим случајевима је пожељно оловни диоксид.

Употреба микроорганизама за чишћење отпадних вода са траговима хромне киселине

Метода која је истражена и још увек се проучава је употреба микроорганизама који су природно присутни у одређеним отпадним токовима контаминираним шестеровалентним јонима хрома, који су садржани у растворима хромне киселине.

Отпади штетни за животну средину. Аутор: ОпенЦлипарт-Вецторс. Извор: Пикабаи.

Такав је случај са одређеним бактеријама које се налазе у отпадним водама коже штављења. Ови микроби су проучавани и утврђено је да су отпорни на хромате и да су способни да редукују хром (ВИ) у хром (ИИИ) што је много мање штетно за животну средину и жива бића.

Из тог разлога, процењује се да се они могу користити као еколошки прихватљива метода за санацију и детоксикацију отпадних вода загађених траговима хромне киселине.

Опасности од хромне киселине и хромоксида

ЦрО ₃ није запаљив, али може појачати сагоревање других супстанци. Много њихових реакција може изазвати пожар или експлозију.

ЦрО ₃ и киселих раствора хромне су снажни иритирајући за кожу (може да изазове дерматитис), очи (може изгорјети) и слузокожа (може изазвати бронцхоасма) и може изазвати такозване "хрома рупе" у респираторном систему. .

Хромова (ВИ) једињења као што су хромна киселина и хром оксид су озбиљно токсична, мутагена и канцерогена за већину живих бића.

Референце

1. Цоттон, Ф. Алберт и Вилкинсон, Геоффреи. (1980). Напредна неорганска хемија. Четврто издање. Јохн Вилеи & Сонс.
2. Америчка национална медицинска библиотека. (2019). Хромна киселина. Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов
3. Вегман, РФ и Ван Твиск, Ј. (2013). Алуминијум и легуре алуминијума. 2.5. Процес анодизирања хромне киселине У техникама припреме површине за лепљење (друго издање). Опоравак од сциенцедирецт.цом.
4. Вегман, РФ и Ван Твиск, Ј. (2013). Магнезијум. 6.4. Припрема магнезијумових и легура магнезијума поступцима лечења хромном киселином. У техникама припреме површине за лепљење (друго издање). Опоравак од сциенцедирецт.цом.
5. Грот, В. (2011). Апликације. 5.1.8. Регенерација хромне киселине Ин Флуоринатед Иономери (Друго издање). Опоравак од сциенцедирецт.цом.
6. Свифт, КГ и Боокер, ЈД (2013). Процеси површинских инжењеринга. 9.7. Хромирање. Приручник за избор процеса производње. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
7. Поулссон, АХЦ ет ал. (2019). Технике модификације површине ПЕЕК-а, укључујући обраду површине плазме. 11.3.2.1. Површинско јеткање У приручнику о биоматеријалима ПЕЕК (друго издање). Опоравак од сциенцедирецт.цом.
8. Вестхеимер, ФХ (1949). Механизми оксидације хромне киселине. Хемијски прегледи 1949, 45, 3, 419-451. Опоравак од пубс.ацс.орг.
9. Тан, ХКС (1999). Уклањање хромне киселине Анион Екцханге. Канадски часопис за хемијско инжењерство, свезак 77, фебруар 1999. Преузето са интернетске књижнице.вилеи.цом.
10. Кабир, ММ и др. (2018). Изолација и карактеризација хрома (ВИ) бактерија које смањују из отпадних вода и чврстог отпада. Светски часопис за микробиологију и биотехнологију (2018) 34: 126. Опоравак од нцби.нлм.них.гов.