KROMNA KISELINA: STRUKTURA, SVOJSTVA, PROIZVODNJA, UPOTREBE - KEMIJA - 2025

Kromne kiseline ili H ₂ CrO ₄ teorijski kiselina povezan s kromovim (VI) oksidom ili chromia HRV ₃. Ovaj naziv se zbog činjenice da je u kiselim vodenim otopinama krom oksida vrste H ₂ CrO ₄ prisutne zajedno s drugim vrstama kroma (VI).

Kromov oksid CrO ₃ naziva se i bezvodna kromova kiselina. CrO ₃ je crvenkasto-smeđe ili ljubičaste krutine koja se dobiti obradom otopine kalijeva dikromata K ₂ Cr ₂ O ₇ sumpornom kiselinom H ₂ SO ₄.

Kromoksidni kristali CrO ₃ u loncu. Rando Tuvikene. Izvor: Wikipedia Commons.

Vodene otopine krom-oksida imaju ravnotežu određenih kemijskih vrsta čija koncentracija ovisi o pH otopine. Pri bazičnom pH jedinica kromat iona CrO ₄ ^2- dominirati, a na kiselom pH da su ioni HCrO ₄ ^- i dikromat Cr ₂ O ₇ ^2- prevladavaju. Procjenjuje se da je pri kiselom pH kromne kiseline H ₂ CrO ₄ je također prisutan.

Zbog velike oksidacijske moći, otopine kromove kiseline koriste se u organskoj kemiji za provođenje oksidacijskih reakcija. Također se koriste u elektrokemijskim procesima za obradu metala tako da stječu otpornost na koroziju i habanje.

Određeni polimerni materijali također se obrađuju kromiranom kiselinom kako bi se poboljšala njihova adhezija na metale, boje i druge tvari.

Otopine kromove kiseline vrlo su opasne za ljude, većinu životinja i okoliš. Iz tog razloga, tekući ili kruti otpad iz procesa u kojima se koristi kromova kiselina obrađuje se za uklanjanje tragova kroma (VI) ili za obnavljanje cijelog prisutnog kroma i obnavljanje kromove kiseline radi ponovne uporabe.

Struktura

Kiselina molekula kromne H ₂ CrO ₄ je oblikovan od kromata ionom HRV ₄ ^2- i dva vodika iona H ⁺ prilogu. U kromatnom ionu element Krom je u oksidacijskom stanju od +6.

Prostorna struktura kromatnog iona je tetraedarska, gdje je krom u središtu, a kisik zauzima četiri vrha tetraedra.

U kromičnoj kiselini vodikovi su atomi zajedno s kisikom. Od četiri veze kroma s atomima kisika, dvije su dvostruke, a dvije su jednostavne, jer na njih su vezani vodikovi.

Struktura hromne kiseline H ₂ CrO ₄ gdje se opaža tetraedarski oblik kromata i njegove dvostruke veze. NEUROtiker. Izvor: Wikipedia Commons.

S druge strane, krom oksid HRV ₃ ima krom atom u oksidacijskom stanju +6 okružen samo tri atoma kisika.

Nomenklatura

- kromne kiseline H ₂ CrO ₄

- Tetraoxochromic kiselina H ₂ CrO ₄

- kromnom oksid (bezvodni kromne kiseline) HRV ₃

- krom trioksida (bezvodna kromne kiseline) HRV ₃

Svojstva

Psihičko stanje

Bezvodna kromova kiselina ili kromov oksid ljubičasta je do crvene kristalne krute tvari

Molekularna težina

CrO ₃: 118.01 g / mol

Talište

CrO ₃: 196 ºC

Iznad njenog tališta je termički stabilan, gubi kisik (reducira) i dobivena je krom (III) oksida Cr ₂ O ₃. Raspada se na oko 250 ° C.

Gustoća

CrO ₃: 1,67-2,82 g / ³

Topljivost

CrO ₃ je vrlo topljiv u vodi: 169 g / 100 g vode, na 25 ° C.

Topivo je u mineralnim kiselinama poput sumporne i dušične. Topiv u alkoholu.

Ostala svojstva

CrO ₃ je vrlo higroskopan, njegovi su kristali sjajni.

Kada CrO ₃ otapa u vodi, čini jako kisele otopine.

Vrlo je moćan oksidans. Snažno oksidira organsku tvar u gotovo svim njenim oblicima. Napada tkaninu, kožu i nešto plastike. Također napada većinu metala.

Snažno je otrovno i vrlo iritantno zbog visokog oksidacijskog potencijala.

Kemija vodenih otopina u kojima je kromova kiselina

Kromov oksid CrO ₃ brzo se otapa u vodi. U vodenoj otopini, krom (VI) može postojati pod različitim ionskim oblicima.

Pri pH> 6,5 ili u alkalnoj otopini, krom (VI) dobiva kromatni ion oblika CrO ₄ ^{2 -} žute boje.

Ako je pH snižen (1 <pH <6,5), krom (VI) uglavnom tvori HCrO ₄ ^- ion, koji se može dimerirati u dikromatni ion Cr ₂ O ₇ ^2-, a otopina postaje narančasta. Pri pH između 2,5 i 5,5 glavne vrste su HCrO ₄ ^- i Cr ₂ O ₇ ^2-.

Struktura dikromata iona Cr ₂ O ₇ ^2- koja se nalazi uz dvije natrija Na ⁺ iona. Capaccio. Izvor: Wikipedia Commons.

Ravnoteže koje se u ovim otopinama događaju kako pH smanjuje su sljedeće:

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

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

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

Te ravnoteže nastaju samo ako je kiselina dodana za snižavanje pH HNO ₃ ili HClO ₄, jer s drugim kiselinama nastaju različiti spojevi.

Otopine kiselog dikromata vrlo su jaka oksidaciona sredstva. Ali u alkalnim otopinama kromatni ion znatno manje oksidira.

dobivanje

Prema izvorima konzultirali, jedan od načina za dobivanje kromove oksid HRV ₃ sastoji se od dodavanja sumporne kiseline u vodenu otopinu natrijevog ili kalijevog dikromata, formiranje crveno-narančaste talog.

Hromat oksidni hidrat ili kromova kiselina. Himstakan. Izvor: Wikipedia Commons.

Kromne kiseline H ₂ CrO ₄ nalazi se u vodenim otopinama krom oksida u kiselom mediju.

Kromna kiselina koristi

U oksidaciji kemijskih spojeva

Zbog svoje snažne oksidacijske sposobnosti, kromova kiselina dugo se uspješno koristi za oksidaciju organskih i anorganskih spojeva.

Među bezbrojnim primjerima su slijedeće: ona omogućuje da se oksidira primarnih alkohola u aldehide i to za karboksilne kiseline, sekundarnih alkohola u ketone, toluen se benzojeve kiseline, etilbenzena do acetofenona, trifenilmetan na trifenilkarbinol, mravlja kiselina CO ₂, oksalna kiselina CO ₂, od mliječne kiseline do acetaldehida i CO ₂, željezovog iona Fe ²⁺ do iona željeza Fe ³⁺, jodidnog iona do joda itd.

Omogućuje pretvorbu nitrozo spojeva u nitro spojeve, sulfide u sulfone. Sudjeluje u sintezi ketona počevši od alkena, jer oksidira hidroborirane alkene u ketone.

Spojevi visoko otporni na uobičajene oksidansima, kao što su kisik O ₂ ili vodik peroksida H ₂ O ₂, oksidiraju kromnom kiselinom. To je slučaj kod određenih heterocikličkih burana.

U postupcima anodiziranja metala

Anodizacija kromnom kiselinom elektrokemijska je obrada koja se primjenjuje na aluminij kako bi se zaštitila dugi niz godina od oksidacije, korozije i habanja.

Postupak anodiziranja uključuje elektrokemijsko stvaranje sloja aluminij-oksida ili glinice na metalu. Zatim se ovaj sloj zapečati u vrućoj vodi, čime se postiže pretvorba u trihidrat aluminijevog oksida.

Zaptiveni oksidni sloj je debeo, ali strukturno slab i ne baš zadovoljavajući za kasnije lijepljenje. Međutim, dodavanjem male količine kromove kiseline u vodu za brtvljenje razvija se površina koja može tvoriti dobre veze.

Kromna kiselina u vodi za brtvljenje rastvara dio krupne ćelijske strukture i ostavlja tanki, snažni, čvrsto pričvršćeni sloj aluminij-oksida, na koji se ljepila priliježu i tvore jake i trajne veze.

Anodizacija kromove kiseline odnosi se također na titan i njegove legure.

U tretmanima kemijske pretvorbe

Kromna kiselina koristi se u postupcima prevlačenja metala kemijskom pretvorbom.

Tijekom ovog procesa metali su uronjeni u otopine kromove kiseline. To reagira i djelomično rastvara površinu uz taloženje tankog sloja složenih kroma spojeva koji djeluju na bazični metal.

Taj se postupak naziva prevlaka kromatske prevlake ili prevlačenje kromiranjem.

Metali koji se općenito podvrgavaju kromiranju pretvarača su različite vrste čelika, poput ugljičnog čelika, nehrđajućeg čelika i čelika obloženih pocinkom, te razni obojeni metali, poput magnezijevih legura, kositrnih legura, aluminijskih legura, bakra., kadmij, mangan i srebro.

Ovaj tretman pruža otpornost na koroziju i sjaj metala. Što je pH veći u procesu, to je veća otpornost na koroziju. Temperatura ubrzava kiselu reakciju.

Mogu se nanositi premazi različitih boja, poput plave, crne, zlatne, žute i bistre. Također omogućuje bolje prijanjanje metalne površine na boje i ljepila.

U erodiranim ili jalovim površinama

Otopine krom-kiseline koriste se u pripremi površine predmeta od termoplastičnog materijala, termoset polimera i elastomera za naknadno premazivanje bojama ili ljepilom.

H ₂ CrO ₄ utječe na kemiju površine i njenu strukturu jer pomaže povećati njenu hrapavost. Kombinacija pittinga i oksidacije povećava prodor ljepila i čak može uzrokovati promjene u svojstvima polimera.

Korištena je za uklanjanje razgranatog polietilena niske gustoće, linearnog polietilena visoke gustoće i polipropilena.

Široko se koristi u industriji galvanizacije ili galvaniziranja kako bi se olakšalo prianjanje metala i polimera.

U raznim namjenama

Kromna kiselina koristi se kao konzervans za drvo, također u magnetskim materijalima i za katalizu kemijskih reakcija.

Oporavak kromne kiseline

Mnogo je postupaka koji koriste kromansku kiselinu i stvaraju struje ili ostatke koji sadrže krom (III) koji se ne mogu odložiti jer imaju ione kroma (VI) koji su vrlo toksični, niti ih se može ponovno upotrijebiti jer je koncentracija kromatnih iona vrlo niska.

Njihovo zbrinjavanje zahtijeva kemijsku redukciju kromata do kroma (III), nakon čega slijedi taloženje hidroksida i filtracija, što stvara dodatne troškove.

Iz tog razloga proučavane su razne metode za uklanjanje i obnavljanje kromata. Evo nekih od ovih.

Upotrebom smole

Smole za izmjenu iona koriste se dugi niz godina za obradu vode onečišćene kromatima. Ovo je jedan od tretmana koji je odobrila američka Agencija za zaštitu okoliša, ili EPA (Agencija za zaštitu okoliša).

Ova metoda omogućava obnavljanje koncentrirane kromove kiseline jer se ona ponovo regenerira iz smole.

Smole mogu biti jake ili slabe. U jako alkalne smole kromat može ukloniti, jer su ioni HCrO ₄ ^- i Cr ₂ O ₇ ^2- su zamijenjeni s ionima OH ^- i Cl ^-. U slabo bazičnim smolama, na primjer sulfatnim, ioni se izmjenjuju s SO ₄ ^{2 -}.

U slučaju jako bazičnih R- (OH) smola, sveukupne reakcije su sljedeće:

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 svaki mol R ₂ HRV ₄ pretvaraju, jedan mol Cr (VI) se ukloni iz otopine, što čini ovaj postupak vrlo atraktivna.

Nakon uklanjanja kromata, smola se obrađuje snažno alkalnom otopinom kako bi ih regenerirali na sigurnom mjestu. Zatim se kromati pretvaraju u koncentriranu kromijsku kiselinu kako bi se ponovno upotrijebili.

Kroz elektrokemijsku regeneraciju

Druga metoda je elektrokemijska regeneracija kromove kiseline, što je također vrlo povoljna alternativa. Krom (III) se ovim postupkom anodno oksidira u krom (VI). Anodni materijal u tim slučajevima je ponajprije olovni dioksid.

Upotreba mikroorganizama za čišćenje otpadnih voda sa tragovima kromove kiseline

Metoda koja je istražena i još uvijek se proučava je upotreba mikroorganizama koji su prirodno prisutni u određenim otpadnim tvarima kontaminiranim šesterovalentnim ionima kroma, koji su sadržani u otopinama kromove kiseline.

Otpadi štetni za okoliš. Autor: OpenClipart-Vectors. Izvor: Pixabay.

Takav je slučaj kod određenih bakterija prisutnih u otpadnim vodama kože štavljenja. Ti su mikrobi proučavani i utvrđeno je da su otporni na kromat, a također su sposobni reducirati krom (VI) na krom (III) što je mnogo manje štetno za okoliš i živa bića.

Iz tog razloga, procjenjuje se da se mogu koristiti kao ekološki prihvatljiva metoda za sanaciju i detoksikaciju otpadnih voda onečišćenih tragovima kromove kiseline.

Opasnosti od kromirane kiseline i klorida

CrO ₃ nije zapaljiv, ali može pojačati sagorijevanje drugih tvari. Mnogo njihovih reakcija može izazvati požar ili eksploziju.

Otopine CrO ₃ i kromove kiseline snažno su nadražujući kožu (mogu izazvati dermatitis), oči (mogu izgorjeti) i sluznice (mogu uzrokovati bronhoasmu) i mogu uzrokovati takozvane "kromove rupe" u dišnom sustavu., Kromovi (VI) spojevi kao što su krom kiselina i kromov oksid ozbiljno su toksični, mutageni i kancerogeni za većinu živih bića.

Reference

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četvrto izdanje. John Wiley & Sinovi.
2. Američka nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Kromna kiselina. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF i Van Twisk, J. (2013). Aluminij i legure aluminija. 2.5. Postupak anodiziranja hromne kiseline U tehnikama pripreme površine za ljepljenje (drugo izdanje). Oporavljeno od sciencedirect.com.
4. Wegman, RF i Van Twisk, J. (2013). Magnezij. 6.4. Priprema magnezijevih i magnezijevih legura postupcima obrade kromiranom kiselinom. U tehnikama pripreme površine za ljepljenje (drugo izdanje). Oporavljeno od sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Aplikacije. 5.1.8. Regeneracija hromne kiseline. U fluoriranim ionomerima (drugo izdanje). Oporavljeno od sciencedirect.com.
6. Swift, KG i Booker, JD (2013). Procesi površinske obrade. 9.7. Kromiranjc. Priručnik za odabir procesa proizvodnje. Oporavljeno od sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC i sur. (2019). Tehnike izmjene površine PEEK-a, uključujući obradu površine plazme. 11.3.2.1. Jedrenje na površini. U priručniku o biomaterijalima PEEK (drugo izdanje). Oporavljeno od sciencedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mehanizmi oksidacije kromova kiselina. Kemijski pregledi 1949, 45, 3, 419-451. Oporavak od pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Uklanjanje hromne kiseline pomoću Anion Exchange. Kanadski časopis za kemijsko inženjerstvo, svezak 77, veljača 1999. Preuzeto s internetske knjižnice.wiley.com.
10. Kabir, MM i sur. (2018.). Izolacija i karakterizacija krom (VI) bakterija koje reduciraju iz talognih otpadnih voda i čvrstog otpada. Svjetski časopis za mikrobiologiju i biotehnologiju (2018) 34: 126. Oporavak od ncbi.nlm.nih.gov.