KROMSYRE: STRUKTUR, EGENSKABER, PRODUKTION, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den chromsyre eller H ₂ CrO ₄ er teoretisk syren forbundet med chromoxid (VI) eller chromoxid CrO ₃. Dette navn skyldes det faktum, at de arter H i sure vandige opløsninger af chromoxid ₂ CrO ₄ er til stede sammen med andre arter af chrom (VI).

Kromoxid CrO ₃ kaldes også vandfri kromsyre. CrO ₃ er en rødbrun eller violet faststof, der opnås ved behandling opløsninger af kaliumdichromat K ₂ Cr ₂ O ₇ med svovlsyre H ₂ SO ₄.

Kromoxid CrO _3- krystaller i en digel. Rando Tuvikene. Kilde: Wikipedia Commons.

Vandige kromoxidopløsninger oplever en ligevægt mellem visse kemiske arter, hvis koncentration afhænger af opløsningens pH. Ved basisk pH chromat ioner CrO ₄ ^2- fremherskende, mens ved sur pH ionerne HCrO ₄ ^- og dichromat Cr ₂ O ₇ ^2- fremherskende. Det anslås, at H ved sur pH chromsyre ₂ CrO ₄ er også til stede.

På grund af deres store oxiderende kraft bruges chromsyreopløsninger i organisk kemi til at udføre oxidationsreaktioner. De bruges også i elektrokemiske processer til behandling af metaller, så de får modstand mod korrosion og slid.

Visse polymere materialer behandles også med kromsyre for at forbedre deres vedhæftning til metaller, maling og andre stoffer.

Kromsyreopløsninger er meget farlige for mennesker, de fleste dyr og miljøet. Af denne grund behandles flydende eller fast affald fra processer, hvor kromsyre anvendes til fjernelse af spor af krom (VI) eller for at genvinde alt tilstedeværende krom og regenererer chromsyren til genbrug.

Struktur

Molekylet af chromsyre H ₂ CrO ₄ er dannet af en chromation cro ₄ ^2- og to hydrogenioner H ⁺ knyttet til den. I chromation er elementet Chrom i en oxidationstilstand på +6.

Den rumlige struktur af chromation er tetrahedral, hvor chrom er i midten og ilt optager de fire vertices af tetrahedronen.

I kromsyre er hydrogenatomer hver sammen med en ilt. Af de fire bindinger af chrom med oxygenatomer er to dobbelt og to enkle, da disse har hydrogener knyttet til dem.

Struktur chromsyre H ₂ CrO ₄, hvor det tetraedriske form af chromat og dens dobbeltbindinger overholdes. NEUROtiker. Kilde: Wikipedia Commons.

På den anden side har kromoxid CrO ₃ et chromatom i +6-oxidationstilstanden omgivet af kun tre oxygenatomer.

nomenklatur

- Kromsyre H ₂ CrO ₄

- Tetraoxochromic acid H ₂ CrO ₄

- Kromoxid (vandfri chrominsyre) CrO ₃

- Chromtrioxid (vandfri kromsyre) CrO ₃

Ejendomme

Fysisk tilstand

Vandfri kromsyre eller kromoxid er et lilla til rødt krystallinsk fast stof

Molekylær vægt

CrO ₃: 118,01 g / mol

Smeltepunkt

CrO ₃: 196 ºC

Over dens smeltepunkt er termisk ustabile, mister oxygen (reduceres) til opnåelse chrom (III) oxid Cr ₂ O ₃. Det nedbrydes ved ca. 250 ° C.

Massefylde

CrO ₃: 1,67-2,82 g / cm ³

Opløselighed

CrO ₃ er meget opløselig i vand: 169 g / 100 g vand ved 25 ºC.

Det er opløseligt i mineralsyrer, såsom svovlsyre og salpetersyre. Opløselig i alkohol.

Andre egenskaber

CrO ₃ er meget hygroskopisk, dens krystaller er deliquescent.

Når CrO ₃ opløses i vand, danner det stærkt sure opløsninger.

Det er en meget kraftig oxidant. Oxiderer kraftigt organisk stof i næsten alle dets former. Angriber stof, læder og noget plast. Angriber også de fleste metaller.

Det er stærkt giftigt og meget irriterende på grund af dets høje oxidationspotentiale.

Kemi af vandige opløsninger, hvor kromsyre er til stede

Kromoxid CrO ₃ opløses hurtigt i vand. I vandig opløsning kan chrom (VI) eksistere under forskellige ioniske former.

Ved pH> 6,5 eller i alkalisk opløsning får chrom (VI) chromation fra CrO ₄ ^{2 -} gul farve.

Hvis pH sænkes (1 <pH <6,5), chrom (VI) danner hovedsagelig HCrO ₄ ^- ion, som kan dimerisere til dichromation Cr ₂ O ₇ ^2-, og opløsningen bliver orange. Ved pH mellem 2,5 og 5,5 de dominerende arter er HCrO ₄ ^- og Cr ₂ O ₇ ^2-.

Struktur af dichromation Cr ₂ O ₇ ^2- som findes sammen med to natrium Na ⁺ -ioner. Capaccio. Kilde: Wikipedia Commons.

Balancerne, der forekommer i disse opløsninger, når pH-værdien falder, er følgende:

CrO ₄ ^2- (chromation) + H ⁺ ⇔ HCrO ₄ ^-

HCrO ₄ ^- + H ⁺ ⇔ H ₂ CrO ₄ (kromsyre)

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

Disse saldi kun forekomme, hvis syren, der er tilsat for at sænke pH-værdien er HNO ₃ eller HCIO ₄, fordi med andre syrer forskellige forbindelser er dannet.

Sure dichromatopløsninger er meget stærke oxidationsmidler. Men i alkaliske opløsninger er chromation meget mindre oxiderende.

Indhentning

I henhold til de konsulterede kilder består en af ​​måderne til opnåelse af chromoxid CrO ₃ af at tilsætte svovlsyre til en vandig opløsning af natrium- eller kaliumdichromat, danne et rød-orange bundfald.

Kromoxidhydrat eller kromsyre. Himstakan. Kilde: Wikipedia Commons.

Chromsyre H ₂ CrO ₄ findes i vandige opløsninger af chromoxid i surt medium.

Kromsyre bruger

Ved oxidation af kemiske forbindelser

På grund af sin stærkt oxiderende evne er kromsyre længe blevet brugt med succes til at oxidere organiske og uorganiske forbindelser.

Blandt utallige eksempler er følgende: det tillader at oxidere primære alkoholer til aldehyder og disse til carboxylsyrer, sekundære alkoholer til ketoner, toluen til benzoesyre, ethylbenzen til acetophenon, triphenylmethan til triphenylcarbinol, myresyre til CO ₂, oxalsyre til CO ₂, mælkesyre til acetaldehyd og CO ₂, ferroion Fe ²⁺ til ferriion Fe ³⁺, iodidion til iod, etc.

Det muliggør omdannelse af nitroso-forbindelser til nitroforbindelser, sulfider til sulfoner. Det er involveret i syntesen af ​​ketoner startende fra alkener, da det oxiderer hydroborerede alkener til ketoner.

Forbindelser yderst resistente over for de sædvanlige oxidanter, såsom oxygen O ₂ eller hydrogenperoxid H ₂ O ₂, oxideres af chromsyre. Dette er tilfældet for visse heterocykliske boraner.

I metalanodiseringsprocesser

Kromsyreanodisering er en elektrokemisk behandling anvendt på aluminium for at beskytte den i mange år mod oxidation, korrosion og slid.

Anodiseringsprocessen involverer den elektrokemiske dannelse af et lag aluminiumoxid eller aluminiumoxid på metallet. Dette lag forsegles derefter i varmt vand, hvormed omdannelsen til aluminiumoxidtrihydrat opnås.

Det forseglede oxidlag er tykt, men strukturelt svagt og ikke særlig tilfredsstillende til efterfølgende klæbebinding. Dog tilsætter man en lille mængde kromsyre til forseglingsvandet en overflade, der kan danne gode bindinger.

Kromsyren i forseglingsvandet opløser noget af den grove cellelignende struktur og efterlader et tyndt, stærkt, fast bundet lag aluminiumoxid, hvortil klæbemidlerne klæber og danner stærke og holdbare bindinger.

Kromsyreanodisering gælder også titan og dets legeringer.

I kemiske konverteringsbehandlinger

Kromsyre bruges i metalbelægningsprocesser ved kemisk omdannelse.

Under denne proces nedsænkes metaller i opløsninger af kromsyre. Dette reagerer og opløser delvis overfladen under afsætning af et tyndt lag komplekse chromforbindelser, der interagerer med basismetallet.

Denne proces kaldes kromkonverteringsbelægning eller konverteringskrombelægning.

De metaller, der generelt underkastes omdannelse af forkromning, er forskellige typer stål, såsom kulstofstål, rustfrit stål og zinkbelagt stål, og forskellige ikke-jernholdige metaller, såsom magnesiumlegeringer, tinlegeringer, aluminiumlegeringer, kobber., cadmium, mangan og sølv.

Denne behandling giver modstand mod korrosion og glans over for metallet. Jo højere pH i processen er, jo større er modstanden mod korrosion. Temperatur accelererer syrereaktionen.

Overtræk i forskellige farver kan påføres, såsom blå, sort, guld, gul og klar. Det giver også bedre vedhæftning af metaloverfladen til maling og klæbemidler.

I eroderede eller huller i overflader

Kromsyreopløsninger anvendes til fremstilling af overfladen af ​​genstande fremstillet af termoplastisk materiale, termohærdede polymerer og elastomerer til efterfølgende belægning med maling eller klæbemiddel.

H ₂ CrO _{4 har} en indflydelse på overfladens kemi og dens struktur, da det hjælper med at øge dens ruhed. Kombinationen af ​​pitting og oxidation øger penetrationen af ​​klæbemidlerne og kan endda forårsage ændringer i polymerens egenskaber.

Det er blevet brugt til at erodere forgrenet lavdensitetspolyethylen, lineær højdensitetspolyethylen og polypropylen.

Det bruges i vid udstrækning i galvaniserings- eller elektropletteringsindustrien for at lette metalpolymeradhæsion.

I forskellige anvendelser

Kromsyre bruges som et træbeskyttelsesmiddel, også i magnetiske materialer og til katalyse af kemiske reaktioner.

Kromsyreproduktion

Der er mange processer, der bruger kromsyre og genererer strømme eller rester, der indeholder krom (III), som ikke kan bortskaffes, fordi de har chrom (VI) -ioner, der er meget giftige, og de kan heller ikke genbruges, fordi koncentrationen af ​​kromioner er meget lav.

Deres bortskaffelse kræver kemisk reduktion af chromater til chrom (III) efterfulgt af udfældning af hydroxid og filtrering, hvilket genererer yderligere omkostninger.

Af denne grund er forskellige metoder til fjernelse og nyttiggørelse af kromater undersøgt. Her er nogle af disse.

Ved at bruge harpikser

Ionbytterharpikser er blevet brugt i mange år til behandling af vand forurenet med kromater. Dette er en af ​​de behandlinger, der er godkendt af det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur, eller EPA (Environmental Protection Agency).

Denne metode tillader genvinding af koncentreret kromsyre, når den regenereres igen fra harpiksen.

Harpiksen kan være stærk eller svag baseret. I stærkt basiske harpikser chromat kan fjernes, eftersom ionerne HCrO ₄ ^- og Cr ₂ O ₇ ^2- udveksles med ionerne OH ^- og Cl ^-. I svagt basiske harpikser, for eksempel sulfat, udskiftes ionerne med SO ₄ ^{2 -}.

I tilfælde af de stærkt basiske R- (OH) -harpikser er de samlede reaktioner som følger:

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

For hver mol R ₂ CrO ₄ omdannes et mol Cr (VI) fjernes fra opløsningen, hvilket gør denne fremgangsmåde meget attraktivt.

Efter fjernelse af chromaterne behandles harpiksen med en stærk alkalisk opløsning for at regenere dem på et sikkert sted. Kromaterne omdannes derefter til koncentreret kromsyre, der skal genanvendes.

Gennem elektrokemisk regenerering

En anden metode er den elektrokemiske regenerering af kromsyre, som også er et meget praktisk alternativ. Chrom (III) oxideres anodisk til chrom (VI) ved denne procedure. Anodematerialet er i disse tilfælde fortrinsvis blydioxid.

Brug af mikroorganismer til rengøring af spildevand med spor af kromsyre

En metode, der er blevet undersøgt og stadig undersøges, er brugen af ​​mikroorganismer, der er naturligt til stede i visse spildevand, der er kontamineret med hexavalente kromioner, hvilket er dem, der er indeholdt i chromsyreopløsninger.

Spildevand, der er skadeligt for miljøet. Forfatter: OpenClipart-Vectors. Kilde: Pixabay.

Dette er tilfældet med visse bakterier, der findes i spildevand i læderbrun. Disse mikrober er undersøgt, og det er blevet bestemt, at de er modstandsdygtige over for kromater og også er i stand til at reducere chrom (VI) til krom (III), hvilket er langt mindre skadeligt for miljøet og levende væsener.

Af denne grund estimeres det, at de kan anvendes som en miljøvenlig metode til sanering og afgiftning af spildevand, der er kontamineret med spor af kromsyre.

Kromsyre og kromoxidfarer

CrO ₃ er ikke brændbart, men det kan intensivere forbrændingen af ​​andre stoffer. Mange af deres reaktioner kan forårsage brand eller eksplosion.

CrO ₃ og kromsyreopløsninger er stærke irritanter på huden (kan forårsage dermatitis), øjne (kan brænde) og slimhinder (kan forårsage bronchoasma) og kan forårsage såkaldte "kromhuller" i åndedrætssystemet..

Krom (VI) -forbindelser, såsom kromsyre og chromoxid, er alvorligt giftige, mutagene og kræftfremkaldende for de fleste levende ting.

Referencer

1. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & sønner.
2. US National Library of Medicine. (2019). Kromsyre. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wegman, RF og Van Twisk, J. (2013). Aluminium og aluminiumslegeringer. 2.5. Kromsyreanodiseringsproces. I overfladeforberedelsesteknikker til klæbende limning (Anden udgave). Gendannes fra sciencedirect.com.
4. Wegman, RF og Van Twisk, J. (2013). Magnesium. 6.4. Fremstilling af magnesium og magnesiumlegeringer ved hjælp af kromsyrebehandlingsprocesser. I overfladeforberedelsesteknikker til klæbende limning (Anden udgave). Gendannes fra sciencedirect.com.
5. Grot, W. (2011). Programmer. 5.1.8. Krom syre regenerering. I fluorinerede Ionomere (Anden udgave). Gendannes fra sciencedirect.com.
6. Swift, KG og Booker, JD (2013). Overfladetekniske processer. 9.7. Kromatering. I fremstillingsproces valg af håndbog. Gendannes fra sciencedirect.com.
7. Poulsson, AHC et al. (2019). Overflademodifikationsteknikker af PEEK, inklusive plasmaoverfladebehandling. 11.3.2.1. Ætsning på overfladen. I PEEK Biomaterials-håndbog (Anden udgave). Gendannes fra sciencedirect.com.
8. Westheimer, FH (1949). Mekanismerne for chromsyreoxidationer. Kemiske anmeldelser 1949, 45, 3, 419-451. Gendannes fra pubs.acs.org.
9. Tan, HKS (1999). Fjernelse af kromsyre ved anionbytte. The Canadian Journal of Chemical Engineering, bind 77, februar 1999. Hentet fra onlinelibrary.wiley.com.
10. Kabir, MM et al. (2018). Isolering og karakterisering af chrom (VI) -reducerende bakterier fra garveriudløb og fast affald. World Journal of Microbiology and Biotechnology (2018) 34: 126. Gendannes fra ncbi.nlm.nih.gov.